DE4110647A1 - Kolbenverdichter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter mit reduzierten Betriebsgeräuschen.

Der Stand der Technik kennt Kolbenverdichter mit Zylinder­ blöcken, die Zylinderbohrungen, Einlaß- und Auslaßöffnungen, Kolben, die in den entsprechenden Zylinderbohrungen gleitend hin- und herbewegbar sind, an Seiten der entsprechenden Kolben ausgebildete Kompressionskammern, Ventilöffnungs­ platten, die Einlaß- und Auslaßöffnungen bilden, und Einlaß­ und Auslaßventile aus dünnen Metallstegen zum Steuern der Zuführung von Gas über die Einlaßöffnungen in die Kompres­ sionskammern und zur Abführung des Gases über die Auslaß­ öffnungen von den Kompressionskammern aufweisen.

Bei diesen Verdichtern sind die Kolben mit bestimmten Ein­ richtungen, beispielsweise einer Schrägscheibe, versehen, um eine hin- und hergehende Bewegung eines jeden Kolbens zwischen axial beabstandeten ersten und zweiten Positionen (Totpunktpositionen) zu erhalten. Dies hat zur Folge, daß während einer vollständigen Umdrehung der Schrägscheibe durch die Bewegung des Kolbens in einer Richtung auf den ersten Totpunkt zu, in der das Volumen der Kompressions­ kammer erhöht wird, Gas in die Kompressionskammern über die Einlaßventile eingeführt werden kann, während durch die Be­ wegung des Kolbens in der entgegengesetzten Richtung auf den zweiten Totpunkt zu, in der das Volumen der Kompressions­ kammer reduziert wird, Gas von den Kompressionskammern über die Auslaßventile abgeführt werden kann. Bei dieser Art Verdichter muß der Kolben so nahe wie möglich an den Ventil­ öffnungsplatten angeordnet sein, um so wenig wie möglich Spiel zwischen dem Kolben und den Ventilplatten zu erhalten, wenn sich der Kolben in der zweiten Totpunktlage befindet. Andererseits muß verhindert werden, daß der Kolben mit den Ventilöffnungsplatten innerhalb eines zulässigen Toleranz­ bereiches des Spieles zwischen den Kolben und den Ventil­ platten und den Ventilöffnungsplatten im zusammengebauten Zustand in Kontakt tritt, wodurch ein erhöhter Verdichtungs­ wirkungsgrad erreicht wird.

Durch die Erhöhung des Verdichtungswirkungsgrades durch Re­ duzierung des Spieles zwischen den Kolben und den Ventil­ platten bis auf eine zulässige Grenze kann jedoch, selbst innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches, ein "Über­ verdichtungs"-Phänomen auftreten, bei dem der Druck in der Kompressionskammer sehr viel höher wird als der Druck des abgeführten Gases an den Auslaßkammern, wodurch die periphe­ ren Einheiten einem übermäßig hohen Druck ausgesetzt werden, der oft Beschädigungen an diesen verursacht. Des weiteren werden hierdurch Geräusche erzeugt, da das Auslaßventil in heftigen Kontakt mit seinen Halteplatten gebracht wird. Eine solche Überverdichtung ist auf das Vorhandensein des Schmierölnebels in dem zu verdichtenden Gas zurückzuführen. Insbesondere wenn sich ein Auslaßventil aus einem dünnen Metallsteg an einer Stelle befindet, an der es die Auslaßöffnung verschließt, erzeugt zwischen den Auslaßven­ tilen und der Ventilöffnungsplatte zurückgehaltenes Schmier­ mittel dazwischen eine Haftungskraft, die zur Folge hat, daß die Auslaßventile an der Ventilöffnungsplatte festkleben. Beim Stand der Technik wird diese Kraft relativ groß, da die Ventilöffnungsplatte eine sehr glatte Oberfläche in der Größenordnung von 1,6 bis 3,2 µm R2 besitzt, die benötigt wird, um eine gewünschte Dichtung zwischen den Auslaßven­ tilen und den Ventilöffnungsplatten aufrechtzuerhalten und eine gewünschte Abdichtung der Kompressionskammern zu er­ zielen. Diese große Haftungskraft zwischen dem Auslaßventil und der Ventilöffnungsplatte verursacht Schwierigkeiten bei der Trennung des Auslaßventils von der Ventilöffnungsplatte, wodurch der Druck in den Kompressionskammern viel höher wird als der Druck an der Auslaßöffnung und somit eine Überver­ dichtung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräuschent­ wicklung eines Kolbenkompressors herabzusetzen, ohne dessen Verdichtungswirkungsgrad negativ zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Verdichter gelöst, der die folgenen Bestandteile umfaßt:
Eine sich axial erstreckende Antriebswelle;
ein Paar von axial beabstandeten Einrichtungen zum dreh­ baren Lagern der Antriebswelle;
einen Zylinderblock, in dem winklig voneinander beab­ standete, axial verlaufende Zylinderbohrungen angeordnet sind;
Kolben, die axial gleitend in den entsprechenden Zylinder­ bohrungen angeordnet sind;
Einrichtungen zum mechanischen Verbinden der Antriebswelle mit den Kolben, so daß die Drehbewegung der Antriebswelle in eine axiale Hin- und Herbewegung der Kolben überführt wird;
mindestens eine Ventilöffnungsplatte mit axialem Abstand, die eine erste und zweite parallel zueinander verlaufende Fläche besitzt, die sich quer zur Achse der Antriebswelle erstrecken, wobei die Ventilöffnungsplatte an einer Seite des Zylinderblocks angeordnet ist, so daß zwischen den ent­ sprechenden Kolben und der Ventilöffnungsplatte Kompres­ sionskammern gebildet werden, deren Volumen durch die Hin- und Herbewegung der entsprechenden Kolben in den ent­ sprechenden Zylinderbohrungen verändert wird;
wobei die Ventilöffnungsplatte eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung für jede entsprechende Kompressionskammer vor­ sieht;
eine Einlaßkammer und eine Auslaßkammer an der Seite der Ventilöffnungsplatte, die von den Kolben entfernt ist, wobei die Einlaßkammer und die Auslaßkammer voneinander getrennt sind und die Einlaßkammer über die entsprechenden Einlaß­ öffnungen ein zu verdichtendes Gas empfängt und die Auslaß­ kammer das verdichtete Gas über die entsprechenden Auslaß­ öffnungen abgibt;
Einlaßventile, die als dünne elastische Stegelemente ausge­ bildet und an der Seite der Ventilöffnungsplatte benachbart zu den entsprechenden Kolben angeordnet sind, wobei die Ein­ laßventile durch ihre eigene Elastizität in Richtung auf entsprechende Positionen gedrückt werden, in denen sie sich mit der gegenüberliegenden Oberfläche der Ventilöffnungs­ platte in Kontakt befinden, um auf diese Weise die ent­ sprechenden Einlaßöffnungen zu schließen, und wobei die Ein­ laßventile durch Reduktion des Drucks in entsprechenden Kompressionskammern aus der geschlossenen Position abge­ lenkt werden, damit auf diese Weise das zu verdichtende Gas von der Einlaßkammer in die entsprechenden Kompressionskam­ mern geführt werden kann; und
Auslaßventile, die als dünne elastische Stegelemente ausge­ bildet und auf der gegenüberliegenden Seite der Ventil­ öffnungsplatte von den entsprechenden Kolben entfernt ange­ ordnet sind, wobei diese Auslaßventile durch ihre eigene Elastizität in Richtung auf entsprechende Positionen ge­ drückt werden, in denen sie mit der gegenüberliegenden Ober­ fläche der Ventilöffnungsplatte in Kontakt stehen, um auf diese Weise die entsprechenden Auslaßöffnungen zu schließen, und wobei die Auslaßventile durch Erhöhung des Drucks in den entsprechenden Kompressionskammern aus der geschlossenen Position abgelenkt werden, um auf diese Weise eine Abführung des verdichteten Gases aus den entsprechenden Kompressions­ kammern zur Auslaßkammer zu ermöglichen;
wobei die Ventilöffnungsplatte auf der zu den Auslaßventilen weisenden Oberfläche um die entsprechenden Auslaßöffnungen herum aufgerauhte Bereiche besitzt, die einen Oberflächen­ rauhigkeitswert _z zwischen 10 µm und 25 µm und einen durchschnittlichen Abstandswert zwischen 50 µm und 100 µm besitzen.

Durch die Anordnung der aufgerauhten Bereiche, die den vor­ stehend erwähnten Rauhigkeitsgrad besitzen, auf der Ober­ fläche der Ventilöffnungsplatte, die den Auslaßventilen gegenüberliegt, um die entsprechenden Auslaßöffnungen herum wird die Haftkraft zwischen den Auslaßventilen und der Ven­ tilöffnungsplatte herabgesetzt und dadurch eine Uberver­ dichtung unterdrückt. Dies hat zur Folge, daß entsprechende Geräusche im Verdichter herabgesetzt werden, ohne daß dessen Verdichtungswirkungsgrad verringert wird.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Verdichter entlang dessen Axialrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht entlang Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 ein Schnittprofil des aufgerauhten Bereiches um eine Auslaßöffnung an der Ventilöffnungsplatte herum;

Fig. 5a die Beziehung zwischen dem durchschnitt­ lichen Abstand und dem volumetrischen Wirkungsgrad;

Fig. 5b die Beziehung zwischen dem durchschnitt­ lichen Abstand und dem Geräuschniveau des Verdichters;

Fig. 6a die Beziehung zwischen der Oberflächen­ rauhigkeit und dem volumetrischen Wir­ kungsgrad;

Fig. 6b die Beziehung zwischen der Oberflächen­ rauhigkeit und dem Geräuschniveau des Verdichters;

Fig. 7a die Beziehung zwischen den Drehwinkeln der Antriebswelle und dem Druck während eines vollständigen Zyklus des Ver­ dichterbetriebes;

Fig. 7b die Betriebsweise des Auslaßventiles während eines vollständigen Zyklus des Kompressorbetriebes;

Fig. 7c die Betriebsweise des Einlaßventiles während eines vollständigen Zyklus des Kompressorbetriebes; und

Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, in der jedoch eine zweite Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung dar­ gestellt ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Verdichter mit einem Paar von axial voneinander getrennten Zylinderblöcken 1 und 2 versehen, die zwischen einem vorderen und einem hinteren Gehäuse 11 und 7 angeordnet sind. Die Gehäuse 11 und 7 und die Zylinderblöcke 2 und 1 sind mit winklig voneinander beabstandeten, ausgerichteten Bohrungen 50, 52, 54 und 55 versehen, in die Bolzen 56 frei eingesetzt sind. Das Gehäuse 7 weist ausgerichtete Gewindebohrungen 57 auf, in die die entsprechenden Bolzen 56 geschraubt sind, wodurch die Zylin­ derblöcke 1 und 2 und die Gehäuse 7 und 11 fest miteinander verbunden sind.

Eine Welle 58 ist konzentrisch zu den Zylinderblöcken 1 mon­ tiert und über axial voneinander beabstandete radiale Nadel­ lagereinheiten 60 und 62 darin drehbar gelagert. Ein Ende 58-1 der Welle 58 erstreckt sich vom vorderen Gehäuse 11 an dessen vorspringendem Abschnitt 11-1 nach außen und steht mit einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung, beispiels­ weise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, in Verbin­ dung, um auf diese Weise die Drehung der Antriebseinrichtung auf die Antriebswelle 58 zu übertragen. Ein Dichtungsele­ ment 66 ist innerhalb des vorspringenden Abschnittes 11-1 vorgesehen, so daß sich die Antriebswelle 58 drehen kann, während der Raum innerhalb des Verdichters abgedichtet wird.

Die Zylinderblöcke 1 und 2 sind mit fünf Paaren von unter gleichen Winkeln beabstandeten und ausgerichteten Zylinder­ bohrungen 1a und 2a versehen, die sich axial durch die Zylinderblöcke erstrecken. Ein Kolben 5 mit zwei Köpfen ist gleitend in jeder der paarweise ausgerichteten Zylinder­ bohrungen 1a und 2a angeordnet, so daß er sich gleitend parallel zur Längsachse der Welle 58 zwischen axial von­ einander beabstandeten Totpunktpositionen bewegen kann. Kompressionskammern 68a und 68b sind an den axial beab­ standeten Enden 5a und 5b eines jeden Kolbens 5 in den ent­ sprechenden Zylinderbohrungen 1a und 2a ausgebildet.

Die Zylinderblöcke 1 und 2 weisen axial gegenüberliegende Ausnehmungen 1-1 und 2-1 auf, um einen Raum 70 zwischen den Zylinderblöcken 1 und 2 auszubilden. In diesem Raum ist eine Schrägscheibe 3 angeordnet. Die Antriebswelle 58 ist mit einem runden vorstehenden Abschnitt 3-1 der Schrägscheibe 3 derart verbunden, daß durch eine Drehung der Antriebswelle 58 eine Drehung der Schrägscheibe 3 im Raum 70 bewirkt wird. Schubnadellagereinheiten 72 und 74 sind zwischen dem runden vorspringenden Abschnitt 3-1 der Schrägscheibe 3 und dem Zylinderblock 1 und dem runden vorstehenden Abschnitt 3-1 und dem Zylinderblock 2 angeordnet. Die Schrägscheibe 3 ist an ihrem Umfang über entsprechende Paare von Schuhen 6 mit den Kolben 5 verbunden. Die Schuhe 6 in jedem Paar sind mit gegenüberliegenden ebenen parallelen Flächen 6-1 versehen, die relativ zur gegenüberliegenden Fläche der Schrägscheibe 3 gleiten können, und mit halbkugelförmigen Flächen 6-2, die relativ zu der gegenüberliegenden halbkugelförmigen Aus­ nehmung in den Kolben 5 gleiten können. Folglich wird durch die Drehung der Schrägscheibe 3 eine axiale Hin- und Herbe­ wegung der Kolben 5 in den entsprechenden Paaren der Zylin­ derbohrungen 1a und 2a verursacht.

Eine Ventilöffnungsplatte 8 erstreckt sich quer zur Achse der Antriebswelle 58 und ist zwischen dem Zylinderblock 1 und dem hinteren Gehäuse 7 fixiert. Eine innere Ventilform­ platte 9, die aus einem elastischen dünnen Metallsteg bzw. Metallband besteht, ist fest zwischen der Ventilöffnungs­ platte 8 und dem Zylinderblock 1 angebracht. Eine Ventil­ halterformplatte 10 ist zwischen der Ventilöffnungsplatte 8 und dem hinteren Gehäuse 7 fixiert. Eine äußere Ventilform­ platte 15, die aus einem dünnen elastischen Steg bzw. Band besteht, ist zwischen der Ventilöffnungsplatte 8 und der Ventilhalterformplatte 10 angeordnet. An entsprechenden Winkelstellen in den entsprechenden Kompressionskammern 68a besitzt die Ventilöffnungsplatte 8 Einlaßöffnungen 8a und Auslaßöffnungen 8b. Die Ventilformplatte 9 besitzt mit gleichem Winkelabstand angeordnete Einlaßventilabschnitte 9a, und die Ventilformplatte 15 bildet mit gleichem Win­ kelabstand angeordnete Auslaßventilabschnitte 15a. Die Einlaß- und Auslaßventile 9a und 15a werden durch ihre eigene Elastizität in Kontakt mit der Ventilöffnungsplatte 8 gedrückt, um die Einlaß- und Auslaßöffnungen 8a und 8b zu schließen. Das hintere Gehäuse 7 bildet eine äußere Trenn­ wand 7-1 und eine innere Trennwand 7-2, die axial in Richtung auf die Ventilöffnungsplatte 8 vorstehen, so daß die Wände 7-1 und 7-2 mit der Halteplatte 15 in Kontakt stehen, wodurch eine ringförmige Einlaßkammer 7a im hinte­ ren Gehäuse 7 außerhalb der Trennwand 7-1 und eine ringför­ mige Auslaßkammer 7b im hinteren Gehäuse 7 innerhalb der Trennwand 7-1 ausgebildet werden. Die Einlaßkammer 7a steht über die entsprechenden Einlaßöffnungen 8a mit den Kompres­ sionskammern 68a in Verbindung, wenn das entsprechende Ein­ laßventil 9a offen ist, und die Kompressionskammern 68a stehen mit der Auslaßkammer 7b über die entsprechenden Auslaßöffnungen 8b in Verbindung, wenn die entsprechenden Auslaßventile 15a offen sind. Hinter den Auslaßventilab­ schnitten 15a sieht die Halteplatte 10 teilweise erhabene Abschnitte als Halter 10a vor, die ein Verformen der ent­ sprechenden Auslaßventile 15a verhindern. Die Ventilform­ platte 9 ist mit Schlitzen S1 (Fig. 3) versehen, die die Ventilabschnitte 9a bilden, welche üblicherweise die Aus­ laßöffnungen 8b schließen und durch Herabsetzung des Drucks in den Kompressionskammern 68a verschoben werden, so daß Gas aus der Einlaßkammer 7a verdichtet werden kann. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Ventilabschnitte 15b einstückig ausgebildet und erstrecken sich von einem mittleren ringförmigen Ab­ schnitt in Radialrichtung. Wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Gehäuse 7 mit einer Auslaßöffnung 7-4 versehen, um das verdichtete Gas einer hiervon Gebrauch machenden Vor­ richtung, beispielsweise einer Klimaanlage eines Fahrzeuges, zuzuführen.

Eine Ventilöffnungsplatte 12 erstreckt sich quer zur Achse der Antriebswelle 58 und ist zwischen dem Zylinderblock 2 und dem vorderen Gehäuse 11 fixiert. Eine innere Ventilform­ platte 13 ist zwischen der Innenseite der Ventilöffnungs­ platte 12 und dem Zylinderblock 2 fest angebracht, und eine Ventilhalterformplatte 14 ist zwischen der Außenseite der Ventilöffnungsplatte 12 und dem vorderen Gehäuse 11 fixiert. Des weiteren befindet sich eine äußere Ventilformplatte 16 zwischen der Ventilöffnungsplatte 12 und der Halterform­ platte 14. An entsprechenden Winkelpositionen in den ent­ sprechenden Kompressionskammern 68b sieht die Ventil­ öffnungsplatte 12 Einlaßöffnungen 12a und Auslaßöffnungen 12b vor, bildet die Ventilformplatte 13 Einlaßventilab­ schnitte 13a und die Ventilformplatte 16 Auslaßventilab­ schnitte 16a. Das vordere Gehäuse 11 besitzt eine äußere Trennwand 11-2 und eine innere Trennwand 11-3, die axial in Richtung auf die Ventilöffnungsplatte 12 so vorstehen, daß sie sich mit der Halteplatte 14 in Kontakt befinden, wodurch eine ringförmige Einlaßkammer 11a im vorderen Gehäuse 11 außerhalb der Trennwand 11-2 und eine ringförmige Auslaß­ kammer 11b im vorderen Gehäuse 11 innerhalb der Trennwand 11-2 gebildet werden. Die Einlaßkammer 11a steht über die entsprechenden Einlaßöffnungen 12a mit den Kompressionskam­ mern 68b in Verbindung, wenn das entsprechende Einlaßventil 13a geöffnet ist, und die Kompressionskammern 68b stehen mit der Auslaßkammer 11b über die entsprechenden Auslaßöffnungen 12b in Verbindung, wenn die entsprechenden Auslaßventile 16a geöffnet sind. Hinter den Auslaßventilabschnitten 16a bildet die Halteplatte 14 Halter 14a, die ein Verformen der ent­ sprechenden Auslaßventile 16a verhindern. Die Ventilform­ platte 13 ist mit Schlitzen 52 versehen, die die Ventilab­ schnitte 13a bilden.

Die Drehung der Schrägscheibe 3 über die Drehung der An­ triebswelle 58 bewirkt eine axiale Hin- und Herbewegung des mit zwei Köpfen versehenen Kolbens 5. Wenn sich daher der Kolben 5 in Fig. 1 nach links bewegt, wird das Volumen der entsprechenden Kammer 68a auf der Seite der Kolbenenden 5a erhöht und der Druck in den entsprechenden Kammern 68a erniedrigt, wodurch die entsprechenden Einlaßventile 9a geöffnet und die Auslaßventile 15a geschlossen werden. Folglich wird das zu verdichtende Gas von der Einlaßkammer 7a über die entsprechenden Einlaßöffnungen 8a in die Kammern 68a geführt. Zur gleichen Zeit bewirkt eine Bewegung der Kolben 5 nach links, daß das Volumen der entsprechenden Kammern 68b an den gegenüberliegenden Kolbenenden 5b reduziert und der Druck in den entsprechenden Kammern 68b erhöht wird, wodurch die entsprechenden Auslaßventile 16a geöffnet und Einlaßventile 13a geschlossen werden. Somit wird das verdichtete Gas in der Kammer 68b über die ent­ sprechenden Auslaßöffnungen 12b in die Auslaßkammer 11b abgeführt.

Wenn sich umgekehrt dazu die Kolben 5 in Fig. 1 nach rechts bewegen, wird das Volumen der entsprechenden Kammern 68a an den Kolbenenden 5a reduziert und der Druck in den ent­ sprechenden Kammern 68a erhöht, wodurch die entsprechenden Auslaßventile 15a geöffnet und Einlaßventile 9a geschlossen werden. Somit wird das verdichtete Gas in den Kompressions­ kammern 68a über die entsprechenden Auslaßöffnungen 8b in die Auslaßkammer 7b abgeführt. Zur gleichen Zeit bewirkt eine Bewegung der Kolben 5 nach rechts, daß das Volumen der entsprechenden Kammern 68b an den gegenüberliegenden Kolben­ enden 5b erhöht und der Druck in den entsprechenden Kammern 68b erniedrigt wird, wodurch die entsprechenden Einlaßven­ tile 13a geöffnet und Auslaßventile 16a geschlossen werden. Somit wird das in der Kammer 11a zu verdichtende Gas über die entsprechenden Einlaßöffnungen 12a in die Kompressions­ kammern 68b eingeführt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt die Ventilöffnungsplatte 8 ringförmige aufgerauhte Oberflächenbereiche S um die Ränder der entsprechenden Auslaßöffnungen 8b herum auf der Fläche der Platte 8, die den entsprechenden Auslaßventilen 15a gegenüberliegt. Diese aufgerauhten Flächenbereiche werden vorzugsweise durch Entzundern (Granaliengebläse) herge­ stellt. In entsprechender Weise besitzt die Ventilöffnungs­ platte 12 ringförmige aufgerauhte Oberflächenbereiche um die Ränder der entsprechenden Auslaßöffnungen 12b herum, die den entsprechenden Auslaßventilen 16a gegenüberliegen. Ein Schnittprofil der aufgerauhten Bereiche S ist in Fig. 4 schematisch in vergrößertem Maßstab dargestellt. Der aufge­ rauhte Oberflächenbereich S besteht abwechselnd aus ver­ tieften Abschnitten 90 und vorstehenden Abschnitten 91. Die Tiefe der Ausnehmung 90 relativ zum benachbarten Vor­ sprung 91 wird durch die Größe R_z ausgedrückt, und der Durchschnittswert _z dieser Größe wird in dieser Be­ schreibung als Oberflächenrauhigkeit bezeichnet. Des weite­ ren stellt der Durchschnittswert der Strecke L zwischen benachbarten Vorsprüngen 91 einen wichtigen Parameter in bezug auf die aufgerauhten Oberflächenbereiche S dar.

Das zu verdichtende Gas enthält ein Schmiermittel zur Schmierung der Gleitabschnitte des Verdichters. Dieses Schmiermittel gelangt zwischen die Auslaßventilformplatte 15 und die Ventilöffnungsplatte 8 und zwischen die Auslaß­ ventilformplatte 16 und die Ventilöffnungsplatte 12 und erzeugt oft aufgrund seiner Oberflächenspannung eine Haft­ kraft, die einer Trennung der Auslaßventile 15a und 16a von den entsprechenden Ventilöffnungsplatten 8 und 12 entgegen­ wirkt, so daß die vorstehend erwähnte Überverdichtung auf­ treten kann. Durch die Anordnung der aufgerauhten Bereiche S wird das Auftreten einer derartigen Überverdichtung verhin­ dert. Je größer der Grad der Oberflächenrauhigkeit ist, desto einfacher kann das Gas in den Spalt zwischen der Ven­ tilöffnungsplatte 8 und der Ventilformplatte 15 oder zwischen der Ventilöffnungsplatte 12 und der Ventilform­ platte 16 eingeführt werden, wodurch die dazwischen auftre­ tende Haftkraft verringert wird.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen aufgerauhten Oberflächen­ bereiche S sind zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Größe _z durch den Mittelwert der Abstände L zwischen benachbar­ ten Vorsprüngen 91 charakterisiert. Je größer der mittlere Abstand ist, desto leichter wird es, das Gas in den Spalt zwischen der Ventilöffnungsplatte 8 und der Ventilformplatte 15 oder zwischen der Ventilöffnungsplatte 12 und der Ventil­ formplatte 16 einzuführen, wo die Ventilformplatten 15 und 16 an den entsprechenden Ventilöffnungsplatten 8 und 12 auf­ grund des dazwischen befindlichen Schmiermittels haften.

Wie vorstehend erläutert, kann der aufgerauhte Bereich S durch Entzundern hergestellt werden, wobei feine Partikel auf die zu behandelnde Oberfläche aus einer Pistole mit Hilfe von Druckluft geschossen werden. Die kinematische Energie der Partikel, d. h. die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft, kann so gesteuert werden, um einen gewünschten Wert der Oberflächenrauhigkeit _z zu erhalten. Des weite­ ren kann die Form der Partikel verändert werden, um einen gewünschten Wert des durchschnittlichen Abstandes zu erhalten. Beispielsweise können feine Partikel mit stabför­ miger Gestalt eingesetzt werden, um einen großen Durch­ schnittswert des Abstandes zu erzielen. Umgekehrt können feine Partikel mit eckiger Form verwendet werden, um einen kleinen Abstandswert zu erreichen.

Fig. 5a zeigt die Beziehungen C₁, C₂ und C₃ zwischen dem durchschnittlichen Abstand (µm) und dem volumetrischen Wirkungsgrad (%) an der Zylinderbohrung 1a oder 2a des Verdichters, während Fig. 5b die Bezeichungen D₁, D₂ und D₃ zwischen dem durchschnittlichen Abstand (µm) und dem Geräuschniveau (dB) zeigt (der volumetrische Wirkungsgrad ist das Verhältnis aus dem Volumen des ausgestoßenen Gases pro Zyklus eines Zylinders gemessen im Normalzustand zum Volumen der Kompressionskammer). Diese Kurven C₁, C₂ und C₃, D₁, D₂ und D₃ zusammen mit den Kurven C₄ und C₅ wurden unter Bedingungen erhalten, bei denen die Drehzahl des Verdichters 1000 UpM, der Auslaßdruck des Gases an der Auslaßkammer 15 kg/cm² und der Einlaßdruck an der Einlaßkammer 2 kg/cm² betrugen. Die Kurven C₁ und D₁ zeigen den volumetrischen Wirkungsgrad und das Geräuschniveau, wenn die Oberflächen­ rauhigkeit _z 10 µm beträgt, die Kurven C₂ und D₂ zeigen den volumetrischen Wirkungsgrad und das Geräuschniveau, wenn die Oberflächenrauhigkeit _z 20 µm beträgt, und die Kurven C₃ und D₃ zeigen den volumetrischen Wirkungsgrad und das Ge­ räuschniveau, wenn die Oberflächenrauhigkeit _z 25 µm beträgt. Wie aus den Kurven C₁, C₂ und C₃ deutlich wird, sinkt der Wert des volumetrischen Wirkungsgrades ab, wenn der Wert des durchschnittlichen Abstandes auf einen Wert von 100 µm erhöht wird. Wie die Kurven D₁, D₂ und D₃ zeigen, steigt das Geräuschniveau an, wenn der Wert des durch­ schnittlichen Abstandes auf 50 µm herabgesetzt wird. Der bevorzugte Bereich des durchschnittlichen Abstandes liegt somit zwischen 50 µm und 100 µm.

Fig. 6a zeigt die Beziehung C₄ zwischen der Oberflächen­ rauhigkeit _z (µm) und dem volumetrischen Wirkungsgrad (%) an der Zylinderbohrung 1a oder 2a des Verdichters. Die Kurve C₄ wurde erhalten, als der durchschnittliche Abstand am oberen Grenzwert 100 µm des vorstehend erwähnten bevorzug­ ten Bereiches (50 µm<<100 µm) gehalten wurde. Der volu­ metrische Wirkungsgrad sinkt ab, wenn die mittlere Tiefe _z größer ist als 25 µm. Wenn der durchschnittliche Abstand L kleiner ist als der obere Grenzwert 100 µm im bevorzugten Bereich (50 µm<<100 µm), wird der Widerstand des Gases gegenüber einem Lecken zwischen den Auslaßventilformplatten 15 und 16 und den Ventilöffnungsplatten 8 und 12, die anein­ anderhaften, automatisch verringert, so daß somit Werte in bezug auf den volumetrischen Wirkungsgrad erhalten werden, die größer sind als die der Kurve C₄.

Fig. 6b zeigt die Beziehung D₄ zwischen der Oberflächen­ rauhigkeit R_z (µm) und dem Geräuschniveau (dB) als der durchschnittliche Abstand am unteren Grenzwert von 50 µm des vorstehend erwähnten bevorzugten Bereiches (50 µm<<100 µm) gehalten wurde. Wenn der Wert der Oberflächen­ rauhigkeit _z (µm) niedriger ist als 10 µm, nimmt das Ge­ räuschniveau zu. Wenn der Wert des durchschnittlichen Ab­ standes L größer ist als der untere Grenzwert 50 µm des vorstehend erwähnten bevorzugten Bereiches (50 µm<<100 µm), wird der Durchtritt des Gases in die Spalte zwischen den Auslaßventilformplatten 15 und 16 und den Ventilöffnungsplatten 8 und 12, die aneinanderhaften, erleichtert, so daß auf diese Weise Geräuschpegel erhalten werden, die unter denen der Kurve D₄ liegen. Wie aus den Kurven deutlich wird, wird die Oberflächenrauhigkeit _z (µm) vorzugsweise auf einem Wert zwischen 10 µm und 25 µm gehal­ ten.

Wie aus vorstehendem deutlich wird, werden erfindungsgemäß aufgerauhte Oberflächenbereiche S auf der Oberfläche der Ventilöffnungsformplatten 8 und 12, die den Auslaßventil­ formplatten 15 und 16 gegenüberliegen, um die Auslaßöffnun­ gen 8b und 12b herum vorgesehen. Die Oberflächenrauhigkeit _z dieser Bereiche S wird zwischen 10 µm und 25 µm und der durchschnittliche Abstand zwischen 50 µm und 100 µm gehal­ ten. Auf diese Weise wird ein niedrigeres Geräuschniveau ohne Absinken des volumetrischen Wirkungsgrades erzielt.

Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Drehwinkel der Antriebswelle 58 und dem Druck in den Kompressionskammern 68a oder 68b während eines vollständigen Zyklus des Ver­ dichterbetriebes. Während der Bewegung eines jeden Kolbens 5 in einer Richtung, in der das Volumen der Kompressions­ kammern 68a und 68b verringert wird, zu einer Zeit t1, übersteigt der Druck in den Kammern 68a und 68b das erste Niveau x (der Druck an den Einlaßöffnungen 8a oder 12a), so daß auf diese Weise die Einlaßventile 9a und 13a die Einlaß­ öffnungen 8a und 12a schließen. Wenn sich der Kolben seinem Totpunkt nähert, wird der Druck in den Kammern 68a und 68b erhöht, und zur Zeit t2 übersteigt der Druck darin ein zweites Niveau Y (der Druck an den Auslaßöffnungen 8b oder 12b) zuzüglich der Haftkraft aufgrund des zwischen den Ein­ laßventilen 9a und 13a und den Ventilöffnungsplatten 8 und 12 vorhandenen Schmiermittels, so daß auf diese Weise die Auslaßventile 15a und 16a geöffnet werden, um das ver­ dichtete Gas in die Auslaßkammern 7b und 11b abzuführen. Nach dem Erreichen des Totpunktes wird die Bewegung der Kolben 5 umgekehrt, und zur Zeit t3 wird der Druck in den Kompressionskammern 68a oder 68b niedriger als Y, so daß auf diese Weise die Ventile 15a und 16a geschlossen werden. Zur Zeit t4 fällt dann der Druck unter den Wert X ab, so daß somit die Einlaßventile 9a und 13a die Einlaßöffnungen 8a und 12a öffnen, damit zu verdichtende Luft in die Kammern 68a und 68b aus den Einlaßkammern 7a und 11a eingeführt werden kann. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Konstruktion, gemäß der die aufgerauhten Oberflächenbereiche S um die Auslaßöffnungen 8b und 12b auf der Ventilöffnungsplatte 8, 12 herum auf der der Auslaßventilformplatte 15 und 16 gegenüberliegenden Fläche vorgesehen sind, wird die Kurve E erhalten. Die gestrichelt angedeutete Kurve E1 wird bei Ver­ wendung der Konstruktion nach dem Stand der Technik erhal­ ten, bei der keine aufgerauhten Bereiche S vorgesehen sind, so daß eine große Haftkraft erzeugt wird, die dem Öffnen der Einlaßventile 15a und 16a entgegenwirkt. Somit wird der Druck in den Kompressionskammern 68a und 68b größer als in den Auslaßöffnungen 8b und 12b. Eine Überverdichtung wird als Zustand definiert, bei dem der Druck größer als der Auslaßdruck Y (15 kg/cm²) ist. Somit bringt die Kurve E1 des Standes der Technik ein großes Ausmaß an Überverdichtung mit sich. Diese überverdichtung wird durch die Folge der Ver­ dichtungszyklen zwischen den benachbarten Zylindern wieder­ holt, so daß beim Stand der Technik daher eine große Ge­ räuschentwicklung auftritt. Wie aus der Kurve E deutlich wird, wird bei der erfindungsgemäßen Lösung das Ausmaß der Überverdichtung durch die Anordnung der aufgerauhten Be­ reiche S herabgesetzt, so daß die Geräuschentwicklung reduziert wird.

Fig. 8 zeigt eine modifizierte Ausführungsform, bei der ein vollständiger ringförmiger Bereich S′, der in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform aufgerauht ist, an den Ventilöffnungsplatten in einer zu den Auslaßventilen 15a hinweisenden Lage angeordnet ist, wobei der Bereich S′ die gesamte Zone um die Auslaßöffnungen 8b herum, die mit den entsprechenden Auslaßventilen in Kontakt gebracht werden, umfaßt. Die gleichen ringförmigen aufgerauhten Bereiche sind für die Ventilöffnungsplatte 12 vorgesehen. Der ringförmige Bereich S′ ist so ausgebildet, daß er keine Leckprobleme des Gases zwischen dem Niederdruckbereich und dem Hochdruckbe­ reich des Verdichters hervorruft.

Anstelle des Entzunderns kann auch irgendein anderes Ver­ fahren, wie beispielsweise Schleifen oder Rändeln, An­ wendung finden, um die aufgerauhten Bereiche S an der Ventilöffnungsplatte um die Ventilöffnungen herum aus­ zubilden.

Die Anordnung der äußeren Einlaßkammer und der inneren Einlaßkammer kann umgedreht werden. Des weiteren kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Verdichter Anwendung finden, bei dem eine Antivibrationsstahlplatte an der Ventilöffnungsplatte montiert ist, um die Kontaktkraft zwischen dem Auslaßventil und der Ventilöffnungsplatte herabzusetzen. Schließlich kann die vorliegende Erfindung bei jeder beliebigen Art von Kolbenkompressoren Anwendung finden, beispielsweise auch bei einem Taumelscheiben- Verdichter.

Erfindungsgemäß wird somit ein Kolbenverdichter vorge­ schlagen, der Zylinderblöcke aufweist, von denen jeder Zylinderbohrungen besitzt, in denen ein Kolben axial hin­ und herbeweglich angeordnet ist. Ein vorderes und ein hinteres Gehäuse sind über Ventilöffnungsplatten mit den Zylinderblöcken verbunden, so daß Kompressionskammern zwischen den Ventilöffnungsplatten und den Zylinderblöcken und Einlaß- und Auslaßkammern zwischen den Ventilöffnungs­ platten ausgebildet werden. Die Ventilöffnungsplatten bilden Einlaß- und Auslaßöffnungen für jede Kompressionskammer. Einlaßventile und Auslaßventile, die als dünne elastische Stegelemente ausgebildet sind, sind für die Einlaß- und Auslaßöffnungen vorgesehen, um die Zuführung und Abführung des Gases zu steuern. Die Ventilöffnungsplatten besitzen auf ihren dem Auslaßventil gegenüberliegenden Oberflächen um die Einlaßöffnungen herum einen aufgerauhten Bereich, der einen Oberflächenrauhigkeitswert _z zwischen 10 und 25 µm und einen durchschnittlichen Abstandswert zwischen 50 und 100 µm aufweist.

Claims (3)

1. Verdichter, gekennzeichnet durch:
Eine sich axial erstreckende Antriebswelle (58);
ein Paar von axial beabstandeten Einrichtungen zum drehbaren Lagern der Antriebswelle (58);
einen Zylinderblock (1, 2), in dem winklig voneinander beabstandete und axial verlaufende Zylinderbohrungen (1a, 2a) angeordnet sind;
Kolben (5), die in Axialrichtung gleitend in den ent­ sprechenden Zylinderbohrungen (1a, 2a) angeordnet sind;
Einrichtungen zum mechanischen Verbinden der Antriebswelle (58) mit den Kolben (5), so daß die Drehbewegung der An­ triebswelle (58) in eine axiale Hin- und Herbewegung der Kolben (5) umgewandelt wird;
mindestens eine axial beabstandete Ventilöffnungsplatte (8, 12), die eine erste und zweite, parallel zueinander ange­ ordnete Oberfläche besitzt, welche quer zur Achse der An­ triebswelle (58) verlaufen, wobei die Ventilöffnungsplatte (8, 12) derart auf einer Seite des Zylinderblocks (1, 2) angeordnet ist, daß Kompressionskammern (68a) zwischen den entsprechenden Kolben (5) und der Ventilöffnungsplatte (8) gebildet werden, wobei die Volumina der Kompressionskammern (68a) durch die Hin- und Herbewegung des entsprechenden Kolbens (5) in den entsprechenden Zylinderbohrungen (1a, 2a) verändert werden;
wobei die Ventilöffnungsplatte (8, 12) eine Einlaßöffnung (8a, 12a) und eine Auslaßöffnung (8b, 12b) für jede Kom­ pressionskammer bildet;
eine Einlaßkammer (7a, 11a) und eine Auslaßkammer (7b, 11b) auf der Seite der Ventilöffnungsplatte (8, 12), die von den Kolben (5) entfernt liegt, wobei die Einlaßkammer und die Auslaßkammer voneinander getrennt sind und die Einlaßkammer (7a, 11a) zu verdichtendes Gas über die entsprechenden Ein­ laßöffnungen (8a, 12a) empfängt, während die Auslaßkammer (7b, 11b) verdichtetes Gas über die entsprechenden Auslaß­ öffnungen (8b, 12b) abführt;
Einlaßventile (9a, 13a), die als dünne elastische Stegele­ mente bzw. Bandelemente ausgebildet und auf der Seite der Ventilöffnungsplatte (8, 12) benachbart zu den entsprechen­ den Kolben (5) angeordnet sind, wobei die Einlaßventile durch ihre eigene Elastizität in Richtung auf entsprechende Positionen gedrückt werden, in denen sie sich mit der gegen­ überliegenden Oberfläche der Ventilöffnungsplatte (8, 12) in Kontakt befinden, um auf diese Weise die entsprechenden Ein­ laßöffnungen (8a, 12a) zu schließen, und wobei die Einlaß­ ventile (9a, 13a) durch ein Absinken des Drucks in den ent­ sprechenden Kompressionskammern aus ihrer geschlossenen Position abgelenkt werden, damit zu verdichtendes Gas von der Einlaßkammer (7a, 11a) in die entsprechenden Kompres­ sionskammern (68a) eingeführt werden kann; und
Auslaßventile (15a, 16a), die als dünne elastische Steg­ elemente bzw. Bandelemente ausgebildet und auf der gegen­ überliegenden Seite der Ventilöffnungsplatte (8, 12), die von den entsprechenden Kolben (5) entfernt angeordnet ist, vorgesehen sind, wobei die Auslaßventile (15a, 16a) durch ihre eigene Elastizität in Richtung auf entsprechende Positionen, in denen sie sich mit der gegenüberliegenden Oberfläche der Ventilöffnungsplatte (8, 12) in Kontakt befinden, gedrückt werden, um auf diese Weise die ent­ sprechenden Auslaßöffnungen (8b, 12b) zu schließen, und wobei die Auslaßventile (15a, 16a) durch eine Erhöhung des Drucks in den entsprechenden Kompressionskammern (68a) aus ihrer geschlossenen Position abgelenkt werden, damit ver­ dichtetes Gas aus den entsprechenden Kompressionskammern in die Auslaßkammer (7b, 11b) abgeführt werden kann; wobei die Ventilöffnungsplatte (8, 12) auf der zu den Auslaßventilen (15a, 16a) hinweisenden Oberfläche um die entsprechenden Auslaßöffnungen (8b, 12b) herum aufgerauhte Bereiche (S) aufweist, die einen Oberflächenrauhigkeitswert (_z) zwischen 10 µm und 25 µm und einen durchschnittlichen Abstandswert () zwischen 50 µm und 100 µm aufweisen.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder aufgerauhte Bereich (S) einen ringförmigen Bereich nur um die entsprechende Einlaßöffnung (8a, 12a) herum bildet.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die aufgerauhten Bereiche (S) entlang einem gesamten ringförmigen Bereich um die Achse der An­ triebswelle (58) herum erstrecken.