DE4033420A1 - Druckventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Druckventil, insbesondere einem Auslaßventil für Kompressoren mit rotierendem Kolben, wie Kreiskolben- oder Flügelzellenverdichter, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einem bekannten Druckventil in sog. Rundbauweise der eingangs genannten Art (DE 35 15 239 C2) wird der Ventilkörper von einer Ventilhülse gebildet, in der eine Vielzahl von Ventilschlitzen ausgebildet ist. Zwischen den Ventilschlitzen ist auf der lnnenmantelfläche der Ventilhülse eine Vielzahl von Vorsprüngen vorgesehen. Jeder Ventilschlitz ist von einem Ventilsitz umgeben. Das zylindrische Ventilelement ist innerhalb der Ventilhülse angeordnet und mit einer der Anzahl der Ventilschlitze entsprechenden Zahl von Lamellen versehen, die auf je einem Ventilsitz aufliegen. Das Ventilelement wird von dem in der Ventilhülse angeordneten Ventilelementträger aufgenommen und speziell abgedichteten Ventildeckel am Hubring erforderlich sind, wie diese bei in Radialbohrung eingesetzten Druckventilen herkömmlicher Bauart unerläßlich sind. Zusätzlich kann durch die runde Bauart die Wandstärke des Hubrings zwischen Kompressionsraum und Axialbohrung zur Aufnahme des Auslaßventils stärker reduziert und dadurch der Schadraum des Auslaßventils klein gehalten werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Druckventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil eines einfachen konstruktiven Aufbaus und einer damit verbundenen kostengünstigen Fertigung. Es besteht nur aus zwei zu montierenden Teilen, nämlich Ventilelement und Trägerhülse, die einfach zusammengesteckt und in die im Hubring vorbereitete Axialbohrung eingeschoben werden. Durch Wegfall der Ventilhülse kann der Schadraum des Druckventils gegenüber dem bekannten Druckventil weiter reduziert werden. Die Ventilzungen arbeiten reibungsfrei und erlauben somit eine hohe Betriebsfrequenz.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Druckventils möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines zweiflutigen Flügelkompressors mit im Hubring einliegendem Druckventil,

Fig. 2 ausschnittweise einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 mit Seitenansicht des einliegenden Druckventils,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Trägerhülse des Druckventils, schematisiert,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Ventilelements des Druckventils, schematisiert,

Fig. 6 und 7 jeweils eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 und 3 eines Druckventils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 und 9 jeweils eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 und 3 eines Druckventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte zweiflutige Flügelzellenverdichter als Beispiel für einen Kompressor mit rotierendem Kolben für einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug weist einen Stator 10 mit einem einen Kompressionsraum 11 umschließenden Hubring 12 und einen im Kompressionsraum 11 umlaufenden Rotor 13 auf, der beispielsweise von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben wird. Stirnseitig ist der Kompressionsraum 11 von Seitenplatten 14, die auf dem Hubring 12 gasdicht aufgeschraubt sind, abgeschlossen. Im Kompressionsraum 11 sind zwischen Rotor 13 und Hubring 12 zwei Arbeitskammern 15, 16 ausgebildet, die in Drehrichtung (Pfeil 17) des Rotors 11 hintereinander angeordnet sind. Die beiden Arbeitskammern 15, 16 sind identisch ausgebildet und weisen eine über den Umfang sich verändernde radiale Breite auf, wobei diese, in Rotationsrichtung 17 des Rotors 13 gesehen, vom Kammeranfang zur Kammermitte zunimmt und von Kammermitte zum Kammerende wieder abnimmt. Die radiale Breite der Arbeitskammern 15, 16 wird dabei durch die Innenwand 18 des Hubrings 12 festgelegt, die im Bereich der Arbeitskammer 15, 16 bezüglich der Rotorachse 19 trochoidenartig verläuft. Die beiden Arbeitskammern 15, 16 sind durch zwei Dichtleisten 20, 21 gasdicht voneinander getrennt, die in entsprechenden Längsnuten 22, 23 im Hubring 12 einliegen und im Bereich des kleinsten Spaltes zwischen Hubring 12 und Rotor 13 an letzterem anliegen.

Der zylinderförmige Rotor 13 trägt insgesamt fünf Flügel 24, die in parallel zur Rotorachse 19 sich erstreckenden und radial bis zum Umfang des Rotors 13 reichenden Längsschlitzen 25 gleitend einliegen. Das zum Nutgrund weisende Ende der Flügel 24 begrenzt in jedem Längsschlitz 25 einen Druckraum 26, der mit Kältemittel gefüllt ist, das unter einem vorgegebenen Druck steht, der größer als der Ansaugdruck und kleiner als der Kompressionsdruck des Kältemittels ist. Unter Wirkung dieses Druckes liegen die mit ihren Längsachsen parallel zur Rotorachse 19 ausgerichteten und in Radialrichtung verschieblichen Flügel 24 mit ihren aus den Längsschlitzen 25 vorstehenden freien Enden an der Innenwand 18 des Hubrings 12 an und unterteilen bei der Rotation des Rotors 13 die Arbeitskammern 15, 16 in Ansaugzellen 151 bzw. 161 und Kompressionszellen 152 bzw. 162 mit veränderlichen Volumina. Jede Arbeitskammer 15, 16 besitzt am Kammereingang einen hier nicht zu sehende Fluideinlaß und am Kammerende einen Fluidauslaß 27. Von den Fluidauslässen der beiden Arbeitskammern 15, 16 ist nur der Fluidauslaß 27 der Arbeitskammer 15 zu sehen. Wie aus der Schnittdarstellung in Fig. 2 zu erkennen ist, wird der Fluidauslaß 27 von drei in Achsrichtung mit Abstand nebeneinander liegenden Auslaßöffnungen 271, 272 und 273 gebildet. Nahe dem Fluidauslaß 27 ist in dem Hubring 12 eine Axialbohrung 28 ausgebildet, in welcher drei in Axialrichtung nebeneinander liegende Ventilöffnungen 31, 32, 33 vorgesehen sind. Jede Ventilöffnung 31-33 ist über eine Bohrung 34-36 mit einer Auslaßöffnung 271-273 des Fluidauslasses 27 der Arbeitskammer 15 verbunden. Eine gleiche Axialbohrung mit gleichen Ventilöffnungen ist auch am Fluidauslaß der anderen Arbeitskammer 16 vorgesehen.

Der Hubring 12 mit Axialbohrung 28 bildet den Ventilkörper eines dem Fluidauslaß 27 nachgeordneten Druck- oder Auslaßventils 30, das weiterhin ein Ventilelement 37 (Fig. 2 und 5) und eine Trägerhülse 38 (Fig. 2 und 4) umfaßt, die mit leichtem Preßsitz in der Axialbohrung 28 einliegt und das Ventilelement 37 in der Axialbohrung 28 positioniert. Eine Drehung der Trägerhülse 38 in der Axialbohrung 28 wird durch einen Sicherungsstift 39 zwischen Stirnseite der Trägerhülse 28 und der einen Seitenplatte 14 des Stators 10 verhindert, während eine axiale Verschiebung der Trägerhülse 38 durch die beiden an den Stirnseiten der Trägerhülse 38 anliegenden Seitenplatten 14 des Stators 10 unterbunden ist. Zum positionsgerechten Einsetzen der Trägerhüle 38 in die Axialbohrung 28 ist ihre innere Hülsenwand an der einen Stirnseite zu einem Vieleck 40 (Fig. 3 und 4) ausgeformt.

Die Trägerhülse 38 weist an ihrem Umfang einerseits eine Axialnut 44, die sich über die gesamte Länge der Trägerhülse 38 erstreckt, und andererseits drei Ringnuten 41, 42, 43 auf, die von der Axialnut 44 ausgehend quer zu dieser in Umfangsrichtung verlaufen. Der Abstand der drei Ringnuten 41-43 voneinander ist so gewählt, daß jeweils eine Ringnut 41-43 eine Ventilöffnung 31-33 in der Axialbohrung 28 überdeckt. Jede Ventilöffnung 31-33 ist dabei von einem Ventilsitz 45-47 umgeben, so daß die axiale Breite der Ringnuten 41-43 etwas größer als der äußere Ventilsitzdurchmesser bemessen ist. Das Ventilelement 37 besteht aus drei im Abstand voneinander parallel verlaufenden Ventilzungen 51, 52, 53, die am Zungengrund einstückig mit einem Quersteg 50 verbunden sind. Der axiale Abstand der Ventilzungen 51-53 entspricht dem axialen Abstand der Ringnuten 41-43 sowie dem axialen Abstand der Ventilöffnungen 31-33 voneinander. Die Abmessungen des Ventilelements 37 sind dabei so gewählt, daß der Quersteg 50 spiellos in der Axialnut 44 einsetzbar ist und die Ventilzungen 51-53 mit Spiel in den Ringnuten 41-43 einliegen. Die Dicke des Ventilelements 37 entspricht etwa Ventilzungen 51-53 ist dabei so gewählt, daß sie sich etwa über etwas weniger als den halben Umfang der Trägerhülse 38 erstrecken. Die Nuttiefe der Ringnuten 41-43 ist über einen Umfangswinkel von ca. 180° konstant und zwar etwa gleich der Nuttiefe der Axialnut 44. In diesem Bereich mit konstanter Nuttiefe kreuzt die Axialnut 44 auch die Ringnuten 41-43. Über weitere ca. 90° Umfangswinkel nimmt die Nuttiefe der Ringnuten 41-43 kontinuierlich zu bis auf eine maximale Tiefe, die durch den gewünschten Hub der Endabschnitte der Ventilzungen 51-53 vorgegeben ist, und nimmt dann wieder kontinuierlich bis auf die konstante Ringnuttiefe ab. Der Nutgrund der Ringnuten 41-43 bildet dabei einen sog. Hubfänger, d. h. einen Anschlag für die Ventilzungen 51-53, der den Öffnungshub der Ventilzungen 51-53 beim Öffnen des Auslaßventils 30 begrenzt. Am Grunde einer jeden Ringnut 41-43 mündet eine die Hülsenwand durchdringende Radialbohrung, von denen in Fig. 2 nur die Radialbohrung 54 und in Fig. 3 nur die Radialbohrung 55 zu sehen ist. Die Radialbohrungen 54, 55 sind dabei so angeordnet, daß sie im Bereich vergrößerter Nuttiefe außerhalb des von den Ventilzungen 51-53 überdeckten Ringnutabschnittes liegen. Sie sind dabei etwa diametral zur Axialnut 44 angeordnet.

Zur Montage des Auslaßventils 30 wird das Ventilelement 37 (Fig. 5) in Axialnut 44 und Ringnuten 41-43 in der Trägerhülse 38 (Fig. 4) bündig eingelegt. Dann wird die Trägerhülse 38 mit einliegendem Ventilelement 37 in die Axialbohrung 28 eingeschoben und durch Drehen der Trägerhülse 38 so positioniert, daß die Enden der federnden Ventilzungen 51-53 mit Vorspannung auf den Ventilsitzen 45-47 aufliegen (Fig. 2 und 3). Dann wird die mit leichtem Preßsitz in der Axialbohrung 28 gehaltene Trägerhülse 38 mittels des Sicherungsstiftes 39 zusätzlich in ihrer erreichten Position festgelegt. Sobald der Gasdruck in der Arbeitskammer 15 des Kompressionsraums 11 den vorgegebenen Auslaßdruck überschreitet, heben die Ventilzungen 51-53 von den Ventilsitzen 45-47, ab und das verdichtete Gas kann über die Ventilöffnungen 31-33, die Ringnuten 41-43 und die Radialbohrungen 54, 55 in das Innere der Trägerhülse 38 und von dort in die Druckleitung oder den Druckraum des Kompressors entweichen.

In Fig. 6 und 7 ist ein modifiziertes Druck- oder Auslaßventil 30′ dargestellt, wobei mit dem Druckventil 30 in Fig. 2 und 3 übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Abänderung des Druckventils 30 gemäß Fig. 2 und 3 sind hier die Ringnuten 41′, 42′ und 43′ über den gesamten Umfang der Trägerhülse 38′ mit gleicher, konstanter Nuttiefe ausgeführt, die gleich der Dicke des Ventilelements 37 ist. In der Axialbohrung 28 sind drei mit Axialabstand voneinder angeordnete Einstiche 56, 57, 58 eingebracht, die sich im Bereich der Ventilöffnungen 31-33 über etwa einen Umfangswinkel von 180° erstrecken. Der Axialabstand der Einstiche entspricht dem Axialabstand der Ringnuten 41′, 42′, 43′, so daß diese mit den Einstichen 56-58 fluchten. Die Einstichtiefe nimmt vom Einstichanfang zur Einstichmitte hin kontinuierlich zu und von der Einstichmitte zum Einstichende hin wieder stetig ab. Die maximale Einstichtiefe ist von dem erforderlichen Hub der Ventilzungen 51-53 vorgegeben. Die Ventilöffnungen 31-33 befinden sich am Einstichgrund jeweils eines der Einstiche 56-58. Im übrigen stimmen Aufbau und Wirkungsweise des Druckventils 30′ gemäß Fig. 6 und 7 mit dem in Fig. 2 und 3 beschriebenen Druckventil 30 überein. Bei der Montage wird die Trägerhülse 38′ mit dem eingelegten Ventilelement 37 um 180° verdreht axial in die Axialbohrung 28 eingeschoben und dann in die richtige Lage gedreht, wobei die Ventilzungen 51-53 in die in der Axialbohrung 28 im Hubring 12 ausgeschliffenen Einstiche 56-58 einschwenken, um mit ihren Endabschnitten auf den die Ventilöffnungen 31-33 umgebenden Ventilsitzen 45-47 mit Vorspannkraft aufzuliegen.

Der Vorteil dieser Ausführungsform des Druckventils 30, besteht darin, daß durch die im Hubring 12 ausgeschliffenen Einstiche 56, 58 die Bohrungslänge der Bohrungen 34-36 verkürzt und damit das Schadraumvolumen des Druckventils 30′ gegenüber der Ausführungsform in Fig. 2 und 3 weiter verringert ist.

Bei dem in Fig. 8 und 9 dargestellten weiteren Ausführungsbeipiel des Druckventils 30′′ sind wiederum mit dem Druckventil 30 gemäß Fig. 2 und 3 übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei diesem Druckventil 30′′ ist die Trägerhülse 38′′ so modifiziert, daß sie mit nur geringfügiger Nachbearbeitung im Gieß- oder pulvermetallurgischem Preßverfahren hergestellt werden kann. Die Hülsenwand der Trägerhülse 38′′ ist auf zwei endseitige Kreisringe 60, 61, die über einen axialen Quersteg 65 (Fig. 9) miteinander verbunden sind und auf drei von dem Axialsteg einstückig abgehende Bogensegmente 62, 63, 64 reduziert. Die Bogensegmente 62-64 sind geringfügig länger bemessen als die Ventilzungen 51-53. Der verbleibende Quersteg 65 trägt die Axialnut 44, und die Bogensegmente 62, 64 tragen jeweils eine der Ringnuten 41-43, die hier wie in Fig. 2 und 3 mit variabler Nuttiefe ausgebildet sind. Die Radialbohrungen 54, 55 sind entfallen, da dieser Bereich der Hülsenwand ohnehin fehlt und die Verbindung von den Ventilöffnungen 31-33 zu der Zentralöffnung zur Druckleitung und zum Druckraum des Kompressors damit gegeben ist. Im übrigen stimmt Aufbau und Wirkungsweise dieses Druckventils 30′′ mit dem Druckventil 30 in Fig. 2 und 3 überein.

Bei dem Druckventil 30′′ gemäß Fig. 8 und 9 können die Ringnuten 41-43 auch wie bei dem Druckventil 30′ in Fig. 6 und 7 mit konstanter Nuttiefe ausgeführt werden und dafür entsprechende Einstiche in der Axialbohrung 28 vorgesehen werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind andere Verwendungszwecke des Druckventils möglich als sein hier beschriebener Einsatz bei Kompressoren, wie Flügelzellen­ oder Rotationskolbenverdichter.

Claims (11)

1. Druckventil, insbesondere Auslaßventil für Kompressoren mit rotierendem Kolben, wie Kreiskolben- oder Flügelzellenverdichter, mit einem einen zylindrischen Ventilraum aufweisenden Ventilkörper, in dem mindestens eine mit radialer Querschnittsachse mündende Ventilöffnung ausgebildet ist, mit einem Ventilelement, das eine der Anzahl der Ventilöffnungen entsprechende Zahl von federnden Lamellen aufweist, von denen jede mit Vorspannkraft auf einem die Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz aufliegt, und mit einem Ventilelementträger, der einen Hubfänger zur Begrenzung des Öffnungshubs der mindestens eine Lamelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilelementträger mit Hubfänger als Hülse (38; 38′; 38′′) ausgebildet ist, die am Umfang einerseits eine Axialnut (44) und andererseits mindestens eine von der Axialnut (44) ausgehende, sich quer dazu erstreckende Umfangsnut (41-43; 41′-43′) mit einer Axialbreite, die größer ist als der äußere Ventilsitzdurchmesser, aufweist, daß die mindestens eine Lamelle des Ventilelements (37) eine bogenförmige Ventilzunge (51-53) bildet, die mit Spiel in der mindestens einen Umfangsnut (41-43; 41′-43′) einliegt und am Zungenansatz einstückig mit einem in der Axialnut (44) spielfrei gehaltenen Quersteg (50) verbunden ist, daß der Außendurchmesser der Trägerhülse (38; 38′; 38′′) so bemessen ist, daß die Trägerhülse (38; 38′ 38′′) in dem Ventilraum (28) spielfrei einliegt, und daß der Nutgrund der mindestens einen Umfangsnut (41-43; 41′-43′) im Bereich der Ventilöffnung (31-33) den Hubanschlag für das freie Ende der mindestens einen Ventilzunge (51-53) bildet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quersteg (50) des Ventilelements (37) am Umfang bündig in der Axialnut (44) einliegt.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuttiefe der Umfangsnut (41-43) etwa über ein Umfangswinkel von ca. 180° konstant ist und im Restwinkelbereich etwa bis zu einem Umfangswinkel von ca. 90° bis auf eine vom Ventilzungenhub bestimmte Nuttiefe kontinuierlich zunimmt und danach wieder auf den Konstantwert stetig abnimmt, daß die Axialnut (44) im Umfangswinkelbereich mit konstanter Nuttiefe der mindestens einen Umfangsnut (41-43) liegt und daß die Länge der mindestens einen Ventilzunge (51-53) so bemessen ist, daß ihr freies Zungenende im Bereich der größten Nuttiefe der Umfangsnut (41-43) liegt.

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuttiefe der Umfangsnut (41′-43′) über den gesamten Umfangswinkelbereich konstant ist und etwa der Dicke von Quersteg (50) und Ventilzunge (51-53) entspricht, daß im Ventilkörper (12) mindestens ein vom Ventilraum ausgehender und mit der mindestens einen Umfangsnut (41′-43′) in der Trägerhülse (38) fluchtender, halbringförmiger nutartiger Einstich (56- 58) vorgesehen ist, dessen axiale Breite mindestens gleich der Axialbreite der mindestens einen Umfangsnut (41′-43′) ist und dessen Einstichtiefe vom Einstichanfang zur Einstichmitte kontinuierlich zunimmt und von Einstichmitte zum Einstichende stetig abnimmt, und daß die Ventilöffnung (31-33) am Grunde des Einstichs (56-58) im Bereich der größten Einstichtiefe liegt.

5. Ventil nach einem der Einsprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in der mindestens einen Umfangsnut (41-43; 41′-43′) der Trägerhülse (38) eine die Hülsenwand durchdringende Radialbohrung (54, 55) mündet, die nahe der Ventilöffnung (31-33) außerhalb des von der Ventilzunge (51-53) belegten Nutabschnitts der Umfangsnut (41-43; 41′-43′) liegt.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Radialbohrung (54, 55) etwa diametral zur Axialnut (44) in die Trägerhüle (38) eingebracht ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenwand der Trägerhülse (38′′) auf einen zwei endseitige Kreisringe (60, 612) miteinander verbindenden Axialsteg (65) und mindestens ein davon einstückig abgehendes Bogensegment (62-64) reduziert ist und daß die Axialnut (44) und die Umfangsnut (41-43) im Axialsteg (65) und Bogensegment (60-64) ausgebildet sind.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerhülse (38′′) im Gieß- oder Preßverfahren hergestellt ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Stirnseite der Trägerhülse (38; 38′; 38′′) an der inneren Hülsenwand ein Vieleck ausgebildet ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerhülse (38; 38′; 38′′) mittels eines Sicherungsstiftes (39) zusätzlich gegen Drehung im Ventilkörper (12) gesichert ist.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper von einem Hubring (12) eines Kompressors, wie Kreiskolben- oder Flügelzellenverdichters, gebildet ist, der einen Kompressionsraum (11) mit darin rotierendem Kompressionskolben (13) umgibt, und daß die mindestens eine Ventilöffnung (31-33) über eine Bohrung (34-36) mit dem Kompressionsraum (11) in Verbindung steht.