DE4007371A1 - Auslassventilanordnung bei einem umlaufkolben-rotationskompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auslaßventilanordnung bei einem Umlauf­ kolben-Rotationskompressor, bei dem ein Umlaufkolben innerhalb eines Zylinders mit einem Zylinderblock und zwei gegenüberliegenden Endwänden angeordnet ist, von denen eine mit einer Gasausströmöffnung für den Zylinder versehen ist, deren Auslaßende einen ringförmigen Ventilsitz für ein Auslaß­ ventil in einer in dieser Endwand vorgesehenen länglichen Vertiefung ausbildet, wobei das Auslaßventil in der Vertiefung in Form eines Auslaß-Blattventils vorgesehen ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine neue Konstruktion zur Aufnahme des Auslaßventils bei einem Kompressor eines Typs, wie er üblicherweise bei kleinen Kühleinrichtungen eingesetzt wird.

Ein Umlaufkolben-Rotationskompressor ist herkömmlicherweise mit einer Direktansaugung und einem Ausgang in Richtung zur Innenseite des Gehäuses versehen, d. h. er arbeitet innerhalb des Gehäuses mit einem hohen inneren Druck (Hochdruckseiten-Verdichter).

Bei derartigen Verdichtern stellt das im Inneren des Gehäuses vorhandene Gas hohen Drucks ein ausgezeichnetes Mittel dar, um Lärm zu übertragen. Deshalb werden im Inneren des Verdichters Stöße bzw. Pulse sowie Turbulenzen beim Ausströmen des komprimierten Gases in das Gehäuseinnere über das Hochdruck­ gas zu den Gehäusewänden übertragen, die dadurch in Vibrationen versetzt werden, die Lärm erzeugen.

Es ist aus diesen Gründen sehr wichtig, die Bildung von Turbulenzen am Auslaß (d.h. an der Auslaßöffnung für das komprimierte Gas) solcher "Hochdruck­ seiten"-Verdichter zu vermeiden oder zu reduzieren. Ein hervorragender Ort für die Bildung von Turbulenzen ist gerade die Auslaßöffnung für das Gas, an welcher der mit großer Geschwindigkeit ausströmende Gasfluß gegen die Wände der Vertiefung prallt, die das Ventil an der Außenseite der jeweiligen Endwand der Zylindereinrichtung des Verdichters aufnimmt. Die Bildung von Turbulenzen erfolgt aber auch noch aufgrund von Grenzschichtablösungen am Auslaßventilsitz (wie dies nachfolgend noch ausgeführt werden wird). Diese Turbulenzen erzeugen in einem solchen den Auslaßventilsitz umgebenden Bereich hauptsächlich hochfrequenten Lärm. Jedoch ist bis heute noch nichts genaueres über die dabei wirksamen Mechanismen der Lärmerzeugung mittels Turbulenzen an der Auslaßöffnung von Rotationsverdichtern üblicher Art bekannt. Bei der überwiegenden Anzahl derartiger Kompressoren ist deren Auslaßventil-Aufnahmevertiefung, die üblicherweise durch eines der Lager der Verdichter-Kurbelwelle gebildet ist, an der Außenfläche der Zylinder-Endwand im wesentlichen rechtwinkelig eingearbeitet. Diese bekannte Ausbildung ist jedoch gerade besonders gut geeignet, Turbulenzen im Ausströmfluß gerade am Auslaß hervorzurufen.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Auslaßventilanordnung für solche Umlaufkolben-Rotationskompressoren vorzuschlagen, bei der das Problem der hochfrequenten, lärmerzeugenden Bildung von Turbulenzen an der Auslaßöffnung beseitigt und die dennoch einfach herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Auslaßventilanordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Bodenwand des den Ventilsitz umgebenden Bereichs der länglichen Vertiefung durch eine jeweils bogenförmig gekrümmte Fläche mit der umgebenden Seitenwand der länglichen Vertiefung und/oder der Umfangswand des Ventilsitzes verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Aufnahmevertiefung für den Ventil­ sitz des Auslaßventiles in einer der Endwände der Verdichter-Zylinder­ einrichtung wird überraschenderweise das Auftreten der oben genannten hoch­ frequenten, lärmerzeugenden Turbulenzen an der Auslaßöffnung sehr gut verhindert. Gleichzeitig ist auch eine einfache Herstellbarkeit gegeben, da die Aufnahmevertiefung in dem Teil, das die die Vertiefung aufweisende Zylinder­ wand bildet, mittels eines einfachen Bearbeitungs- oder Sinterprozesses erzeugt werden kann. Der Bereich der Vertiefung zwischen deren Boden und der Umfangskante des Ventilsitzes und/oder der Seitenwand der den Ventilsitz umgebenden Vertiefung ist erfindungsgemäß geeignet abgerundet, wodurch das ausströmende Gas glatter und ungestörter fließt und die Turbulenzbildung gerade hinter dem Ventilauslaß (und damit die Bildung hochfrequenten Lärms) gut vermieden wird.

Dieses glatte und ungestörte Strömen des Gasflusses kann mit Vorteil noch dadurch verbessert werden, daß die den Ventilsitz umgebende Bodenwand der länglichen Vertiefung eine konkave Form aufweist, die wenigstens mit einem der Teile verbunden ist, welche durch die umgebende Seitenwand der länglichen Vertiefung und durch die Umfangskante des Ventilsitzes gebildet werden.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die den Ventilsitz umgebende Seitenwand der länglichen Vertiefung einen radialen Abstand zur Umfangskante des Ventilsitzes auf, der nicht kleiner als etwa 3/4 des Durchmessers der Kontur dieser Umfangskante beträgt. Ein derartiger Abstand hat sich als ausreichend erwiesen, um zu bewirken, daß der Gasfluß aus dem Auslaß die umgebende Seitenwand der länglichen Vertiefung mit einer deutlich reduzierten Geschwindigkeit erreicht.

Die Kontur der den Ventilsitz umgebenden Seitenwand der länglichen Vertiefung kann in Bezug auf die Umfangskante des Ventilsitzes bevorzugt eine sich im wesentlichen elliptisch vergrößernde Form aufweisen, und zwar ausgehend von den Punkten der den Ventilsitz umgebenden Seitenwand, die sich am äußersten Rand des Durchmessers des Ventilsitzes quer zum länglichen Schaft bzw. der Längsachse des Ventilblattes befinden, hin zu den Punkten der Seitenwand am äußersten Ende des Längsschaftes bzw. der Längsachse des Ventilblattes. Eine derartige Verringerung der Krümmung der umgebenden Seitenwand in dem zur Öfnungsseite des Ventilblattes gehörenden Bereich bringt neben einer Glättung des Gasflusses im wesentlichen auch eine Verkleinerung des Leistungsverlustes, der in dem vom Zylinder abgegebenen Gasstrom auftritt.

Wenn bei einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung der Umlaufkolben auf einer über ein Haupt- und ein Sekundärlager gelagerten Kurbelwelle sitzt, wird besonders bevorzugt die längliche Vertiefung auf der axialen Endfläche eines dieser beiden Lager ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip beispiels­ halber noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt eines Drehkolben-Rotationskompressors;

Fig. 2 eine teilweise Ansicht der Endwand eines Zylinders in Richtung des Pfeiles X in Fig. 1, wobei diese Endwand durch ein Sekundärlager gebildet wird und die Form einer länglichen Vertiefung für die Aufnahme eines Auslaß­ ventils nach dem Stand der Technik zeigt;

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, der ein Blattventil und einen zugehörigen Öfnungsbegrenzungsanschlag für dieses zeigt;

Fig. 4 eine zur Ansicht der Fig. 2 gleiche Ansicht, hier aber mit einer länglichen Vertiefung entsprechend der Erfindung;

Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt längs Linie V-V in Fig. 5, der auch noch die relative Lage des Blatts und des Begrenzungsanschlags zueinander zeigt;

Fig. 6 einen Längsschnitt entlang Linie VI-VI in Fig. 4;

Fig. 7 einen zum Längsschnitt der Fig. 6 gleichen Längsschnitt, der aber die relative Lage des Blatts und des Begrenzungsanschlags zueinander zeigt;

Fig. 8 und Fig. 9 jeweils eine Ansicht und einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform für die längliche Vertiefung zur Aufnahme des Auslaßventils gemäß der Erfindung;

Fig. 10 und Fig. 11 jeweils eine Ansicht und einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform für die längliche Vertiefung zur Aufnahme des Auslaßventils gemäß der Erfindung, und

Fig. 12 eine Meßkurve, welche die akustischen Spektren des Verdichterlärms bei Verwendung einer Ventil-Aufnahmevertiefung gemäß dem Stand der Technik und einer Ventil-Aufnahmevertiefung gemäß der Erfindung zeigt.

Der in Fig. 1 dargestellte Kompressor umfaßt ein Gehäuse 1, das mit einer Ansaugverbindung 2 und einer Auslaßverbindung 3 versehen ist. Das Gehäuse 1 umschließt einen Zylinderblock 4, in dem ein auf einer Kurbelwelle 6 montierter Umlaufkolben 5 angebracht ist, wobei die Kurbelwelle 6 durch einen von einem Stator 7 und einem Rotor 8 gebildeten Elektromotor angetrieben und über ein Hauptlager 10 sowie ein Sekundärlager 20 gelagert wird. Beide Lager 10, 20 sind mit einer Platte bzw. einem radialen Flansch 10 a, 21 versehen, die bzw. der jeweils an einer der axialen Endflächen des Zylinderblocks 4 zur Ausbildung der Zylinderwände angebracht ist, innerhalb derer der Umlaufkolben 5 läuft.

Im gezeigten Beispiel ist an der Außenseite des Sekundärlagers 20 eine Abzugs- und Dämpfungskammer 13 zur Aufnahme von komprimiertem Gas aus dem Inneren des Zylinders vorgesehen. Am Flansch bzw. der Platte 21 des Sekundärlagers 20 ist eine axial verlaufende und exzentrisch angeordnete Auslaßöffnung 22 angebracht, deren Auslaßende einen ringförmigen Ventilsitz 23 innerhalb einer länglichen Vertiefung 24 ausbildet, die an der äußeren axialen Endfläche der Platte 21 des Sekundärlagers 20 vorgesehen und so bemessen ist, daß sie ein blattförmiges Ventil 30 aufnehmen kann. Die Offen­ stellung dieses Blattventils 30 wird durch einen Begrenzungsanschlag 31 fest­ gelegt, der über einen Niet 32 am Boden der Vertiefung 24 befestigt ist.

Die Vertiefung 24, das Auslaßventil 30 und die Auslaßöffnung 22 müssen dabei nicht notwendigerweise mit dem Sekundärlager 20 verbunden sein. Sie können vielmehr zusammen mit irgendeinem Element vorgesehen werden, das eine der Endwände der Zylindereinrichtung bildet.

Fig. 2 zeigt eine längliche, entsprechend dem bekannten Stand der Technik ausgebildete Vertiefung 24 mit einem Boden 25, der einen Ventilsitz 23 unter Ausbildung scharfer Kanten zu diesem umgibt und im wesentlichen senkrecht zur benachbarten Seitenwand der Vertiefung 24 sowie zur Umfangswand des Ventilsitzes 23 liegt.

In den Fig. 4 bis 7 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wobei der Bereich des den Ventilsitz 23 umgebenden Bodens 25 in die umgebende bzw. umhüllende Seitenwand der Vertiefung 24 über eine gekrümmte konkave Fläche 24 a übergeht.

Hierbei sind die scharfen Ecken zwischen dem Boden 25 und der umgebenden Seitenwand der Vertiefung 24 (vgl. Fig. 3) völlig beseitigt, wodurch sich bereits deutlich veränderte Ausströmbedingungen für das Gas (etwa im Vergleich zu der in Fig. 3 gezeigten Formgebung) im Sinne einer merklichen Verbesserung ergeben. Diese Ausströmbedingungen werden noch weiter dadurch verbessert, daß ein abgerundeter Übergang 25 a im Verbindungsbereich zwischen dem Boden 25 und der Umfangswand des Ventilsitzes 23 vorgesehen wird.

Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Ausführungsform zeigt eine weitere Abwandlung, die zusätzlich zu der Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 7 vorgesehen werden kann. Sie betrifft die Bemessung des radialen Abstand zwischen der Umfangskante des Ventilsitzes 23 und der umgebenden Seiten­ wand der Vertiefung 24. Bei den Ausführungsformen der Fig. 4 bis 7 und 10 sowie 11 ist dieser radiale Abstand im wesentlichen nahezu konstant und nicht kleiner als etwa 3/4 des Durchmessers der Umfangskante des Ventilsitzes 23. In der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9 wächst dieser radiale Abstand jedoch von den Seiten des Ventilsitzes 23 in Richtung auf den Bereich der Seitenwand der Vertiefung 24, der sich entlang der Ausdehnung des Längs­ schaftes des Blattventils 30 erstreckt. Insbesondere wächst der radiale Abstand von den Punkten der Seitenwand der Vertiefung 24, die auf den beiden hinsichtlich des Längsschaftes des Ventilblattes 30 einander gegenüber­ liegenden Seiten des Ventilsitzes 23 angeordnet sind, und in Richtung auf den Punkt der Seitenwand hin, der zur Blattöffnungsseite weist. Mit einer solchen konstruktiven Anordnung enthält das Ventil eine wesentlich günstigere Ausbildung für den Gasfluß, wodurch nicht nur Turbulenzbildungen vermieden, sondern auch die Lastverluste minimiert werden können.

Diese Variabilität der Länge des radialen Abstands kann zusammen mit einem oder beiden abgerundeten Übergangsbereichen 24 a und 25 a sowie auch mit der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Ausbildung eingesetzt werden, wobei hierzu die Bodenwand 25 c eine im wesentlichen konkave Form aufweist.

Die in Fig. 12 dargestellten Meßwertverläufe verdeutlichen die wesentliche Erniedrigung des Lärmpegels, die sich insbesondere bei höheren Frequenzen durch die erfindungsgemäße Lösung im Vergleich zum bekannten Stand der Technik erreichen läßt. Dabei zeigt in Fig. 12 die gestrichelt eingezeichnete Kurve die Verhältnisse bei einer üblichen Ausbildung der Ventilsitz-Vertiefung (mit scharfwinkeliger Kantenausbildung entsprechend dem Stand der Technik), und die ausgezogen dargestellte Kurvenlinie die Verhältnisse bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Vertiefung mit abgerundeter Ausbildung der Über­ gangsbereiche. Wie aus dem Diagramm der Fig. 12 entnommen werden kann, zeigt sich dabei nahezu über den gesamten durchmessenen Frequenzbereich hinweg eine deutliche, teilweise sogar ganz erhebliche Absenkung des Lärm­ pegels bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Ausnehmung 24.

Claims (6)

1. Auslaßventilanordnung bei einem Umlaufkolben-Rotationskompressor, bei dem ein Umlaufkolben (5) innerhalb eines Zylinders angeordnet ist, der durch einen Zylinderblock (4) und zwei gegenüberliegenden Endwände gebildet wird, von denen eine mit einer Gasauslaßöffnung (22) für den Zylinder versehen ist, deren Auslaßende einen ringförmigen, in einer in dieser Endwand vorgesehenen länglichen Vertiefung (24) angeordneten Ventilsitz (23) für ein Auslaßventil bildet, das in der Vertiefung in Form eines Blattventils (30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (25, 25 c) des den Ventilsitz (23) umgebenden Bereichs der länglichen Vertiefung (24) jeweils über einen abgerundeten Übergangsbereich (24 a, 25 a) in die umgebende Seitenwand der länglichen Vertiefung (24) und/oder in die Umfangswand des Ventilsitzes (239) übergeht.

2. Auslaßventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ventilsitz (23) umgebende Boden (25 c) der länglichen Vertiefung (24) eine konkave Form aufweist.

3. Auslaßventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilsitz (23) umgebende Seitenwand der länglichen Vertiefung (24) zur Umlaufkante des Ventilsitzes (23) einen radialen Abstand aufweist, der nicht kleiner als annähernd 3/4 des Durchmessers dieser Umlaufkante des Ventilsitzes (23) ist.

4. Auslaßventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand von den einander gegenüberliegenden Seitenbereichen des Ventilsitzes (23) aus zum Seitenwandbereich der an der Längsblattachse vorgesehenen länglichen Vertiefung (24) hin zunimmt.

5. Auslaßventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand mit einer im wesentlichen elliptischen Kontur anwächst.

6. Auslaßventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Umlauf­ kolben (5) auf einer über ein Hauptlager (10) und ein Sekundärlager (20) gelagerten Kurbelwelle (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Vertiefung (24) auf der in Achsrichtung weisenden Seitenfläche eines der beiden Lager (10, 20) angebracht ist.