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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Ventilanordnung für
einen hermetisch dichten Kompressor, insbesondere einen Kühlkompressor,
mit einem einer Gasdurchtrittsöffnung
in einer Ventilplatte zugeordneten, elastisch verbiegbaren Ventilblatt,
das einen auf der Ventilplatte befestigbaren Grundabschnitt und
einen Dichtabschnitt aufweist, der zwischen einer Schließstellung,
in welcher er die Gasdurchtrittsöffnung
verschließt,
und einer Offenstellung bewegbar ist, wobei die Bewegung des Dichtabschnittes
unter elastischer Verformung des Ventilblattes durch die Druckdifferenz
zwischen dem Gaseinlaßdruck
und dem Gasauslaßdruck
an der betreffenden Gasdurchtrittsöffnung verursacht wird.
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Solche Ventile bzw. Ventilanordnungen
werden im allgemeinen bei hermetisch dichten Kühlkompressoren und insbesondere
bei Ansaug- und Auslaßventilen
in solchen relativ kleinen Kompressoren eingesetzt, die meist in
Haushalts-Kühlgeräten Verwendung
finden.
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Bei hermetisch dichten Kolbenkompressoren mit
kleinem Fördervolumen
(geringer Zylinderkapazität)
beeinflussen sowohl Ansaug- wie Auslaßventile die Kompressorleistungen
in starkem Maße.
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Die das Ventilsystem als ganzes bildende Anordnung
der Ventilplatte und des Ventilblattes beeinflußt direkt den energetischen
und den Massen-Wirkungsgrad des Kompressors.
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Die Energieverluste gehen im wesentlichen auf
den Widerstand des Ventils gegen eine rasche Öffnung und auf die Strömungsverluste
während
des Gaseinbzw. Auslasses zurück.
Solche Verluste hängen
direkt von der Geschwindigkeit und vom Reaktionsvermögen des
Ventilblattes beim Übergang
in die Ventil-Offenstellung ab.
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Die wesentlichen Einflußfaktoren
für das Auftreten
dieser – hauptsächlich durch
die verzögerte Öffnung der
Ventile verursachten – Verluste
sind:
- – unzulängliche
Form bzw. Geometrie der Gasdurchtrittsöffnung und/oder des Ventilsitzes,
wodurch die Ausbildung einer maximal wirksamen Krafteinwirkung für die Anfangsöffnung des
Ventilblattes verhindert wird;
- – Massenträgheit des
Ventilblattes, verursacht durch zu großes Gewicht (Masse) und/oder
unzulängliche
Geometrie, sowie
- – die
Haftung des Ventilblattes an der Ventilplatte infolge des Vorhandenseins
von viskosem Schmieröl.
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Wenn diese Faktoren am Ansaugventil
auftreten, üben
sie einen starken Einfluß auf
den volumetrischen Wirkungsgrad des Kompressors aus. Ihr Auftreten
am Auslaßventil
führt im
wesentlichen zu energetischen Verlusten, d. h. zu Überdruckverluste beim Öffnen des
Ventilblattes.
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Die bis heute üblicherweise benutzten und/oder
vorgeschlagenen Konstruktionen von Ventilsystemen entsprechen denen,
die in den
US-PSen 46
42 037 und
45
80 604 beschrieben sind.
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Bei diesen vorbekannten Lösungen geht
es aber lediglich darum, die Öffnungsverzögerung des Ventilblattes
durch Verringerung der durch die Viskosität des Schmieröls verursachten
Haftung (Klebung) zu minimieren.
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Es ist auch bekannt, Ventilanordnungen
für hermetisch
dichte Kompressoren einzusetzen, die Vorspannmittel aufweisen, welche
das Ventil aus seiner Schließstellung
in eine geöffnete
Stellung drücken.
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So beschreibt die
DE 843 135 B eine Ventilanordnung
mit einem Ventil-Kegelkörper,
der mittels einer Feder laufend in seine volle Öffnungsstellung hin vorgespannt
ist, aus der das Ventil unter Einwirkung des Druckes im Zylinder
wieder geschlossen werden kann.
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Ähnlich
wird auch bei der Ventilanordnung aus der
EP 093 705 A1 eine solche
Ventilanordnung beschrieben, bei der jedoch eine komplizierte Kolbenkonstruktion
zur Öffnung
der Ventilplatte vorgesehen ist, die auch hier stets über einen
federabgestützten
Kolben in ihre maximal geöffnete
Stellung vorgespannt wird und erst unter Anlage gegen den Kolben
in ihre Schließstellung
zurückgedrückt werden
kann.
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Aus der
DE 32 44 603 A1 ist ein
Saugventil in Form eines Blattventiles für einen Kolbenverdichter bekannt,
das so angeordnet und ausgebildet ist, daß es im Ruhezustand nicht am
Ventilsitz anliegt, sondern von diesem etwas absteht. Hierdurch
kann zwar beim Abschalten des Verdichters eine Verringerung des
Antriebsmoments für
den Motor und der Verdichtungsarbeit im Zylinder und als Folge hiervon ein
längeres
unbelastetes Weiterlaufen des Rotors des Motors sowie eine starke
Verminderung der Geräusche
beim Durchlaufen der kritischen Drehzahl erreicht werden. Beim laufenden
Verdichterbetrieb ergibt sich durch diese Anordnung des Ventilblattes jedoch
ein verzögertes
Schließen,
da neben dieser Vorspannung auch noch eine Krafteinwirkung des durch
die Öffnung
der Ventilplatte strömenden
Gases auf seine Masse erfolgt, wodurch ein leichtes und rasches
Schließen
des Ventils behindert wird.
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Aus der
DE 37 35 802 A1 ist eine
Ventilanordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die
Gasdurchtrittsöftnung
in der Ventilplatte mittels eines elastisch verbiegbaren Ventilblattes
gesteuert wird. Das Einlaßventil
ist in Form eines Blattventils ausgebildet. Bei Druckausgleich zwischen
Einlaßkammer
und Kompressionskammer befindet sich das Ventil in seiner Ruhestellung,
in der es aber vom kolbenseitigen Ende der Gasdurchtrittsöftnung entfernt. ist,
wobei diese Entfernung durch eine Schrägfläche auf der dem Ventil zugewandten
Seite der Ventilplatte erzeugt wird. Das Einlaßventil hat zwei Endstellungen,
nämlich
die genannte Offenstellung und eine Schließstellung, in der der Dichtabschnitt
des Ventilblattes unter dem Gasdruck in der Kompressionskammer gegen
die Schräge
angedrückt
wird und dadurch den Gasdurchlaß verschließt. Unter
Einfluß des
Gasdruckes kann das Ventil aus seiner Ruhestellung in die Schließstellung
bewegt werden. Sobald der Gasdruck in der Kompressionskammer jedoch den
in der Einlaßkammer
nicht mehr übersteigt,
löst sich
das Ventilblatt wieder von seiner Anlage gegen die Schräge und geht
unter der Wirkung der bei seiner Anlage aufgebauten elastischen
Rücksteukraft wieder
in seine entspannte Ruhestellung zurück. Da es nur aus dieser Offenstellung
in die Schließstellung (und
zurück)
bewegt wird, bedeutet dies, daß bei Druckausgleich
stets die volle Öffnungsstellung
des Ventiles vorliegt. Weil dieses Ventil somit stets die Schließstellung
oder die voll geöffnete
Position einnimmt, bedeutet dies, daß, solange das Ventil offen ist,
immer der volle Öffnungsquerschnitt
für ein
Hindurchtreten von Gas frei ist. Deshalb steht zu Beginn des Kompressionshubes,
wenn im Zylinder die Kompression und damit der Druckaufbau beginnt,
bis zum Erreichen des Schließdruckes
des Ventilblattes stets der volle Ventilöffnungsquerschnitt zum Ausströmen von
Gas aus dem Zylinder in Ansaugkammer offen, bis dann schließlich der
Schließdruck
für das
Ventil erreicht wird. Jedoch kann dabei relativ viel Gas wieder
ausströmen,
was den volumetrischen Wirkungsgrad des Kompressors beeinträchtigt und
höchst
unerwünscht
ist. Andererseits wird zu Beginn des Ansaugtaktes, wenn das Einlaßventil
noch aufgrund des vorangegangenen Kompressionshubes geschlossen
ist, die Öffnung
des Ventils allein durch dessen eigene elastische Rückstelleigenschaften
bewirkt, wodurch die Haftung des Ventilblattes an der Ventilplatte
infolge des Vorhandenseins von viskosem Schmieröl verzögernd wirkt. Da die elastische Öffnungskraft
eines solchen Ventiles nicht beliebig stark gewählt werden kann, weil zu berücksichtigen ist,
daß beim
Kompressionshub das Ventil auch rechtzeitig schließen soll,
stehen der gewünschten unverzüglichen Öffnung des
Ventiles immer noch gewisse negative Einflußfaktoren gegenüber. Hinzu
tritt auch noch die Forderung nach der Minimierung der Trägheitseffekte
des Ventilblattes. Senkt man die Masse des Ventilblattes zur Verkleinerung
dessen Massenträgheit,
bedeutet dies, daß entsprechend hochfeste
Werkstoffe eingesetzt werden müssen
und zudem die Dicke des Ventilblattes zu verringern ist. Dies ist
jedoch nicht beliebig und unabhängig
voneinander möglich,
weil gerade die Verringerung der Dicke des Ventilblattes zu einer äußerst starken
Beanspruchung desselben führen
kann, insbesondere über
dem Bereich der Gasdurchtrittsöffnung,
so daß auch
aus diesem Grund bei dem bekannten Ventil die Rückstellkräfte in die Offenstellung nicht
so gewählt werden
können,
wie dies gewünscht
wird, und zudem vom Körper
des Ventilblattes selbst aufgebracht werden müssen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der eingangs genannten
Art so weiterzuentwickeln, daß bei den
aufgezeigten Nachteilen eine Verbesserung erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies bei einer Ventilanordnung
der eingangs angegebenen Art dadurch erreicht, daß bei Druckausgleich
der Dichtabschnitt unter elastischer Verbiegung mittels eines Federelementes,
das zwischen dem Ventilblatt und der Ventilplatte zwischengeschaltet
ist, in eine zwischen der Offenstellung und der Schließstellung
liegende Zwischen-Öffnungsstellung
gedrückt
wird und bei Ansteigen des Gaseinlaßdrucks über den Gasauslaßdruck infolge
der auftretenden Druckdifferenz vom Federelement abgehoben wird
und weiter bis in seine Offenstellung verbringbar sowie bei Absinken
des Gaseinlaßdruckes unter
den Gasauslaßdruck
entgegen der Wirkung des Federelementes in seine Schließstellung
druckbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung wird
das Federelement, welches das Ventilblatt bei Druckausgleich in
eine geöffnete
Stellung vorspannt, nicht etwa (wie beim Stand der Technik) so eingesetzt,
daß unter
seiner Wirkung das Ventilblatt seine voll geöffnete Stellung einnimmt. Vielmehr
wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung
das Ventilblatt durch das eingesetzte Federelement nur in eine Zwischen-Öffnungsstellung überführt. Damit
wird sichergestellt, daß zum
einen zwar zu Beginn des Kompressionshubes weiterhin ein Ausströmen von
Gas aus dem Zylinder in die Ansaugkammer nur ganz kurzfristig (bis
zum Erreichen des Schließdrucks
für das
Ventil) möglich
ist, dabei allerdings nur über
einen verkleinerten Öffnungsquerschnitt
Luft entweichen kann. Dies läßt ein weiches
und leichtes Anlaufen des Kompressors ohne nennenswerte Rückflußverluste
zu. Insbesondere wird durch die Erfindung jedoch auch sichergestellt,
daß bei
Erreichen des Druckausgleichs ein unverzügliches Öffnen des Ventils unter Wirkung
des Federelementes eintritt, wobei hier das Ventil öffnende
Federkraft nicht durch den Ventilkörper selbst, sondern durch
ein eigenes Federelement aufgebracht wird, das infolge seiner Zwischenschaltung
zwischen Ventilblatt und Ventilplatte auch nicht der Einwirkung
der Gasströmung
unterliegt. Damit kann die gewünschte
Vorspannkraft unter Berücksichtigung
aller Auslegungsfaktoren durch eine geeignete Ausbildung des Federelementes
sichergestellt werden, während
das Ventilblatt selbst unabhängig
hiervon eigenständig
in seiner Dimensionierung auslegbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung wird
das Ventilblatt bei seiner Öffnungsbewegung von
der Zwischen-Öffnungsstellung
bis zu seiner maximalen Öffnungsstellung
(und zurück)
einzig von seiner Massenträgheit
beeinflußt.
Dabei kann, unabhängig
von der gewünschten
Vorspannkraft, auch die Masse des Ventilkörpers durch eine spezielle
Gestaltung beeinflußt
werden. Weil bei der Erfindung das Federelement nur innerhalb eines
verhältnismäßig kleinen
ersten Öffnungsbereiches
des Ventils wirksam ist, stört
es das dynamische Verhalten der Ventilöffnung im Prinzip so gut wie
nicht, was sehr vorteilhaft ist. Die erfindungsgemäße Ventilanordnung
ermöglicht
es, das eingesetzte Federelement genau so auszulegen, daß es ein
leichtes und rasches Schließend
des Ventils ermöglicht,
sobald (bezogen auf die Gasstrom-Richtung) der Druck hinter dem
Ventil den vor dem Ventil überschreitet,
und einen unerwünschten
Rückstrom
von Gas durch das Ventil selbst zu vermeiden, der zu Verlusten beim
volumetrischen Wirkungsgrad des Kompressors führen würde. Soweit ein solches Rückfließen bei
der erfindungsgemäßen Ventilanordnung
dennoch durch die Zwischen-Öffnungsstellung
möglich
ist, tritt in jedem Fall nur ein geringfügiges Rückfließen auf, das, anders als bei
den bekannten Lösungen
aus dem Stand der Technik, keinen merklichen Einfluß ausübt.
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Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung wird
durch das Federelement der Dichtabschnitt des jeweiligen Ventilblattelementes
in dessen Öffnungsrichtung
gedrückt
und zwar schon zu Beginn seiner Bewegung in Richtung auf die Ventil-Öffnungsstellung
hin, was die Haft- und Trägheitswirkungen
des Ventilblattes während
dessen anfänglicher Öffnungsbewegungen
herabsetzt.
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Die konstruktive Ausbildung nach
der Erfindung ermöglicht
nicht nur eine deutliche Verringerung der Öffnungsverzögerung aufgrund des Ölflusses
im Bereich des Ventilsitzes, sondern auch und in der Hauptsache
der Verzögerung
aufgrund der Massenträgheit
des Blattelementes, da dieses der Vorspannwirkung des Federelementes
ausgesetzt ist, dessen Masse nicht durch das durch die Öffnungen der
Ventilplatte strömende
Gas bewegt bzw. lageverändert
wird.
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Die Erfindung gestattet eine zusätzliche
Beschleunigung des Dichtabschnittes des Ventilblattes und demzufolge
eine Verringerung des Drehwinkels der Kurbelwelle, der für eine volle Öffnung des
Ventils notwendig ist.
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Bevorzugt wirkt das Federelement
auf einen Bereich des Ventilblattes ein, der zur jeweils zugeordneten
Gasdurchtrittsöffnung
versetzt liegt. Vorteilhafterweise wirkt dabei das Federelement
auf einen mittleren Bereich des Ventilblattes ein.
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In vorteilhafter Weiterbildung der
Erfindung ist das Federelement in einer Vertiefung der Ventilplatte
untergebracht und mit einem Endbereich versehen, der bei Druckgleichgewicht
zwischen der Einlaß-
und Auslaßseite
des Ventils aus der Vertiefung nach außen vorsteht, um dadurch das
zugeordnete Ventilblatt in dessen Zwischen-Öffnungsstellung zu drücken, wohingegen
beim Schließen
des Ventils dieser Endbereich vollständig in der Ausnehmung aufgenommen
bzw. versenkt ist.
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Zweckmäßigerweise liegt der Rand der
Ausnehmung mit der Befestigungsfläche des Grundabschnittes des
Federblattes und dem Auslaßende
der jeweiligen Gasdurchtrittsöffnung
in einer Ebene, wobei in Schließstellung
des Ventils das Federelement wiederum vollständig in der Ausnehmung versenkt
ist.
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Das Federelement kann als Federblatt
ausgebildet sein.
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Ganz besonders bevorzugt wird das
Federblatt als Federstahl-Blatt mit einem gebogenen Endabschnitt
ausgebildet, der aus der jeweiligen Vertiefung vorsteht, wenn ein
Druckgleichgewicht zwischen dem Einlaßbereich und dem Auslaßbereich des
Ventils vorliegt.
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Die Erfindung wird nachfolgend an
Hand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Teil-Längsschnitt
durch die Baugruppe Zylinderblock, Zylinder und Kolben bei einem hermetisch
dichten Kolbenkompressor längs
Linie I-I aus 2 mit
einer erfindungsgemäßen Ventilausbildung;
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2 eine
Draufsicht auf die Rückseite
der Ventilplatte längs
Linie II-II in 1, wobei
Ansaug- und Auslaßventil
entfernt sind;
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3 einen
Schnitt durch die Ventilplatte nach 2 längs Linie
III-III in 2;
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4 eine
Draufsicht auf ein Federelement;
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5 eine
Seitenansicht des Federelementes aus 4;
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6 einen
Längsschnitt
durch einen Zylinderblock mit Ventilplatte, ähnlich der aus 1, jedoch längs Linie VI-VI in 2, wobei die Ventilplatte ein
Ansaugventil trägt,
das in einer Teil-Öffnungsstellung
(Vollinien) und in seiner maximalen Offenstellung (gestrichelte
Linien) gezeigt ist;
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7 eine
Draufsicht auf das Ansaugventil aus 6;
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8 einen
Querschnitt durch die Ventilplatte längs Linie VIII-VIII in 9 sowie das Auslaßventil
in einer Teil-Öffnungsstellung
(Vollinien) und in seiner maximalen Offenstellung (gestrichelte
Linien), und
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9 eine
Vorderansicht der Anordnung aus 8.
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In 1 ist
ein Kolbenkompressor mit einem Zylinderblock 10 innerhalb
eines hermetisch dichten Gehäuse
(nicht gezeigt) dargestellt, der eine zylindrische Bohrung aufweist,
die nachfolgend als „Zylinder C"
bezeichnet ist und in der ein Kolben 20 läuft.
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Der Zylinderblock 10 weist
eine Endfläche auf,
in die die Öffnung
des Zylinders C mündet
und an der über
Dichtungen 11 eine Ventilplatte 30 und ein Zylinderblock 50 befestigt
sind, der zusammen mit der Ventilplatte 30 zwei innere
Kammern ausbildet, die eine Ansaugkammer 50a und eine Auslaßkammer 50b festlegen.
Die Ventilplatte 30 weist eine Vorderfläche 30a, die mit dem
Zylinderkopf 50 die Ansaug- bzw. Auslaßkammer 50a und 50b bildet,
sowie eine gegenüberliegende,
dem Zylinderblock 10 zugewandte Rückfläche 30b auf, die zusammen
mit dem Kolben 20 im Zylinder C eine Kompressionskammer ausbildet.
Der Zylinder C steht sowohl mit der Ansaugkammer 50a als
auch mit der Auslaßkammer 50b jeweils
durch axial verlaufende, in der Ventilplatte 30 ausgebildete
Gasdurchtrittsöffnungen 31 und 32 in
Strömungsverbindung.
Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform liegt auf der dem
Zylinder C abgewandten Fläche 30a der
Ventilplatte das Einlaßende 31a einer
Ansaugöffnung 31 und
das Auslaßende 32b einer
Auslaßöffnung 32.
Die gegenüberliegende
Rückfläche 30b der
Ventilplatte enthält das
Auslaßende 31b der
Ansaugöffnung 31 und
das Einlaßende 32a der
Auslaßöffnung 32.
Die Auslaßenden 31b und 32b bilden
jeweils die Sitze für
das Ansaug- bzw. das Auslaßventil.
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Am Auslaßende jeder axialen Gasöffnung 31 und 32 ist
jeweils ein Zungenventil angebracht, das entsprechend den Betriebserfordernissen
des Kompressors ausgelegt ist.
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Die 2 und 3 zeigen die Ventilplatte 30, die
in ihrer Rückfläche 30b eine „T"-förmige Ausnehmung
bzw. Vertiefung 33 aufweist, deren mittiger Längsschenkel
zur Ansaugöffnung 31 ausgerichtet, jedoch
etwas zu dieser versetzt bzw. von ihr entfernt so angeordnet ist,
daß er
exakt unter dem in den 1, 6 und 7 dargestellten Ventilblatt 60 liegt,
welches das Ansaugventil des Kompressors bildet.
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Dieses elastisch verbiegbare, flexible
Ventilblatt 60 weist einen Grundabschnitt 61 und
einen Dichtabschnitt 62 auf. Der Grundabschnitt 61 ist
auf der Rückseite 30b der
Ventilplatte 30 auf bekannte Art befestigt, wie z. B. durch
zwei Nieten oder Schrauben, die durch entsprechende, im Grundabschnitt 61 ausgebildete Öffnungen
(nicht gezeigt) geführt
und in zwei auf der Rückseite 30b der Ventilplatte 30 vorgesehenen
Bohrungen 35 befestigt sind.
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Die relative Anordnung der Ansaugöffnung 31,
der Ausnehmung 33 auf der Rückseite 30b der Ventilplatte 30 und
der Löcher 35 zueinander,
welche die Befestigungselemente zur Befestigung des Ventilblattes 60 auf
der Ventilplatte 30 aufnehmen, ist so festgelegt, daß sich das
Ventilblatt 60 längs
der Ausnehmung 33 erstreckt, wobei sein dichtender Endabschnitt 62 unmittelbar
auf dem Auslaßende 31b der
Ansaugöffnung 31 liegt,
um diese während
des Gas-Kompressorzyklusses
innerhalb des Zylinders C abzudichten.
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In der Ausnehmung 33 ist
ein blattförmiges Federelement 70 aus
geeignetem Werkstoff, wie z. B. aus Federstahl, angebracht, das
eine ähnliche Form
wie die Ausnehmung 33 und eine geeignete Dicke aufweist,
um dort hineinzupassen. Der Endabschnitt 71 des Längsschenkels
des blattförmigen Federelementes 70 ist
schräg
nach oben oder in anderer, ähnlicher
Weise abgebogen, wodurch er etwas aus der Fläche vorsteht, die von der Rückfläche 30b der
Ventilplatte 30 und dem Dichtabschnitt 62 des Ventilblattes 60 gebildet
wird. Der Rest des Federelementes 70 verbleibt in der Ausnehmung,
in der es durch den Grundabschnitt 61 des Ventilblattes 60 gehalten
wird.
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Die Abbiegung des Endabschnittes 71 des Federelementes 70 ist
so ausgelegt und dimensioniert, daß der Dichtabschnitt 62 des
Ventilblattes 60 dauernd und elastisch vom Auslaßende 31b des
Ansaugkanals 31 weggedrückt
wird.
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Andererseits ist das Federelement 70 so
geformt, daß ein
Abheben oder eine Teilöffnung
des Dichtabschnittes 62 des Ventilblattes 60 in
Bezug auf den zugeordneten Ventilsitz nur eintritt, wenn die Drücke im Zylinder
C und in der Ansaugkammer 50a gleich groß sind.
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Bevor also der Ansaughub des Kolbens 20 beginnt
und während
der Druck innerhalb des Zylinders C noch gleich dem Druck innerhalb
der Ansaugkammer 50a ist, wird das Federelement 70 das
Ventilblatt 60 stets in dessen Teil-Öffnungsstellung drücken (6) und dies sogar noch bevor
auf den Endabschnitt 62 irgendeine Kraft infolge einer
auftretenden Gasdruckdifferenz oder des Gas-Strömungsdruckes durch die Ansaugöffnung 31 ausgeübt wird.
Die Vorspannung des Federelementes 70 auf das Ventilblatt 60 wirkt
aber nur in der ersten Phase der Ventilöffnung, um zu erreichen, daß das Ventilblatt 60 sofort
die der entspannten Ruhestellung des Federelementes 70 entsprechende
Teil-Öffnungslage
einnimmt. Nach Wegfall der elastischen Verformung des Federelementes 70 in
dessen Ruhestellung verformt sich das Ventilblatt 60 infolge
der Wirkung der Gasströmung
durch die Ansaugöffnung 31 elastisch
so lange weiter, bis die maximale Offenstellung des Ventils erreicht
ist, die in gestrichelten Linien in 6 dargestellt
ist.
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Wenn kurz nach Beendigung des Ansaughubs
des Kolbens 20 der Gasstrom durch den Ansaugkanal 31 endet,
steigt der Druck innerhalb des Zylinders C progressiv an, wobei
er kurz mit dem Druck in der Ansaugkammer 50a im Gleichgewicht steht,
wenn das Ventilblatt 60 in seine Teil-Öffnungsstellung zurückkehrt,
aber noch durch das sich im Ruhezustand befindliche Federelement 70 elastisch verformt
ist.
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Überschreitet
nun aber der Druck im Zylinder C etwas den Druck in der Ansaugkammer 50a,
so wird das Ventilblatt 60 in seine Schließstellung überführt und
in dieser gehalten, wobei sein Dichtabschnitt 62 auf dem
Ventilsitz 31b des Ansaugventiles sitzt und dabei den Endabschnitt 71 des
Federelementes 70 elastisch verformt.
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Es ist wichtig, das Federelement 70 derart auszulegen,
daß es
ein leichtes und rasches Schließen
des Ventils ermöglicht,
sobald (bezogen auf die Gasstrom-Richtung) der Druck hinter dem
Ventil den vor dem Ventil überschreitet,
um einen unerwünschten
Rückstrom
von Gas durch das Ventil selbst zu vermeiden, der zu Verlusten beim
volumetrischen Wirkungsgrad des Kompressors führen würde.
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Die Konstruktion des Auslaßventils
erfolgt nach denselben Prinzipien, die schon für das Ansaugventil angegeben
wurden.
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Wie in den 2, 3, 8 und 9 dargestellt, ist das Auslaßende 32b der
Auslaßöffnung 32 auf
dem Boden einer länglichen
Vertiefung 36 in der Vorderfläche 30a der Ventilplatte 30 angeordnet,
die zur Aufnahme des durch ein flexibles Ventilblatt 80 mit
einer dem Ventilblatt 60 des Ansaugventils entsprechenden
Konstruktion gebildeten Auslaßventils
ausgelegt ist. Das Ventilblatt 80 weist einen Grundabschnitt 81, der
auf dem Boden der Vertiefung 36 auf geeignete Weise befestigt
ist, z. B. ebenso wie beim Ansaugventil oder auch durch ein Halteelement 37,
und einen Dichtabschnitt 82 auf, der zwischen einer Offen- und
einer Schließstellung
des Ventils, das auf dem Auslaßende 32b des
Auslaßkanals 32 angeordnet ist,
bewegt werden kann.
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Im Bodenbereich der Vertiefung 36 unter dem
Grundabschnitt 81 des Ventilblatts 80 ist eine weitere
Ausnehmung 38 vorgesehen, welche dieselbe Form wie die
Ausnehmung 33 des Ansaugventils aufweisen kann, um ein
Federelement 90 für
das Auslaßventil
aufzunehmen und dieses darin mit Hilfe des Grundabschnitts 81 zu
halten, wobei im gezeigten Beispiel das Federelement 90 ein
Federstahl-Blatt ist, das identisch mit dem beim Ansaugventil 70 ist.
Das Federelement 90 weist ebenfalls einen Abschnitt 91,
der aus der Ebene der Vorderfläche 30a der
Ventilplatte 30 vorsteht, unter dem Dichtabschnitt 82 des
Ventilblattes 80 auf. Der Rest des Federelementes 90 bleibt
innerhalb der jeweiligen Ausnehmung 38 aufgenommen, in
der er vom Grundabschnitt 81 des Ventilblattes 80 gehalten
wird.
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In der in 8 dargestellten Ausführungsform ist das Halteelement 37 zum
Haltern des Ventilblattes 80 als Metallsteg mit einer mittleren
Haupterstreckung, die in Längsrichtung
des Ventilblattes 80 und in einem Abstand von dieser verläuft, und
mit zwei Endbereichen ausgebildet, die zum Boden der Vertiefung 36 hin
abgebogen und mit zueinander entgegengesetzt gerichteten Verlängerungen
versehen sind, die an den einander gegenüberliegenden Abschlußwänden der
Vertiefung 36 sitzen.
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Die Verformung des Endbereiches 91 des Federelementes 90 ist
so dimensioniert, daß es
auf das Federblatt 80 dieselbe Wirkung ausübt, die schon
beim Ansaugventil beschrieben wurde.
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Während
der Ansaug- und Kompressionszyklen wird der Druck in der Auslaßkammer 50b höher gehalten
als der Druck im Zylinder C, womit ein vollständiger Dichtsitz des Dichtabschnittes 82 auf
dem Auslaßende 32b des
Auslaßkanals 32 erreicht
wird. Dabei bildet das Auslaßende 32b den
Sitz für
das Auslaßventil,
das hierdurch vollständig
geschlossen bleibt.
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Wenn am Ende des Kompressionszyklusses ein
Druckgleichgewicht zwischen den Druckverhältnissen im Zylinder C und
in der Auslaßkammer 50b erreicht
ist, drückt
der Endbereich 91 des Federelementes 90, das aufgrund
der Schließlage
des Ventilblattes 80 elastisch verformt ist, sofort dessen
Dichtabschnitt 82 in die Teil-Öffnungslage, wie dies in Vollinien
in 8 dargestellt ist,
womit der durch den Überdruck
zur Öffnung
des Ventils verursachte Energieverlust minimiert wird. Nach Beendigung
der elastischen Verformung des Federelements 90 in dessen Ruhestellung
verformt sich das Ventilblatt 80 elastisch noch weiter,
bis die maximale Offenstellung des Ventils erreicht ist, wie dies
in gestrichelten Linien in 8 gezeigt
ist.
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Sobald nach Beendigung des Kompressionshubes
des Kolbens 20 der Gasstrom durch den Auslaßkanal 32 endet,
fällt der
Druck im Zylinder C, während
er kurz mit dem Druck in der Auslaßkammer 50b im Gleichgewicht
steht und das Ventilblatt 80 in seine Teil-Öffnungsstellung
zurückkehrt,
während das
Federelement 90 in seiner entspannten Ruhestellung verbleibt.
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Wenn der Druck im Zylinder C unter
den in der Auslaßkammer 50b abfällt, wird
das Ventilblatt 80 in seine Schließstellung gebracht und dort
gehalten, wobei sein Dichtabschnitt 82 auf dem Sitz 32b des Auslaßventils
sitzt und der Endabschnitt 91 des Federelements 90 elastisch
verformt wird. Die sofort nach Auftreten einer Druckdifferenz zwischen
der Einlaß-
und Auslaßseite
des Ventils vorhandenen Schließbereitschaft
in die zur normalen Strömungsrichtung
des Gases entgegengesetzte Richtung vermeidet volumetrische Verluste
aufgrund von Rückströmung durch
die Ventile.
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Die 6 und 8 zeigen deutlich, daß das Federelement 70 des
Ansaugventils und das Federelement 90 des Auslaßventils
so dimensioniert und angeordnet sind, daß sie jeweils unter einem Bereich des
Ventilblattes 60 bzw. 80 wirken, der zum entsprechenden
Ventilsitz 31b und 32b versetzt ist. Auf diese Weise
sind die Federelemente 70 und 90 keiner direkten
Einwirkung des Gasstroms oder einer Druckdifferenz ausgesetzt, wohingegen
der Teil der Dichtabschnitte 62 bzw. 82 der Ventilblätter, der
auf die Ventilsitze 31b und 32b hin vorsteht,
freibleibt, um die Ventile abzudichten und dabei Druckveränderungen auf
der Einlaß-
und Auslaßseite
des jeweiligen Ventils ausgesetzt ist. Die beiden Figuren zeigen
auch, daß die
Ränder
der Aussparungen 33 und 38, die Grundabschnitte 61 und 81 der
Ventilblätter 60 und 80 sowie
die Ventilsitze 31b und 32b sowohl beim Ansaug-,
wie auch beim Auslaßventil
vorzugsweise in derselben Ebene liegen.