DE4141115C2

DE4141115C2 - Druckventil für einen Kompressor

Info

Publication number: DE4141115C2
Application number: DE4141115A
Authority: DE
Inventors: Manfred Bauch; Heinrich Schlossarczyk; Jens Tiedemann
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 1991-02-18
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2011-12-14
Also published as: DE4141115A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Druckventil ist durch die DE 39 09 343 A1 vorbekannt.

Das vorbekannte Druckventil weist einen plattenförmigen Ventilsitz auf, der an einer den Kompressionsraum vom Druckraum des Kompressors trennenden Trennwand mit Befestigungsmitteln, wie z. B. einer Schrauben- oder Nietverbindung, in seiner Lage fixiert ist. Die Befe stigungsmittel sollen aber auch dazu dienen, den Ventilsitz an die Trennwand anzupressen. Dies gilt besonders im Bereich der Ventildurchlässe. Hierdurch soll ein Abheben des Ventilsitzes von der Trennwand infolge betriebsbedingter Lastwechsel während der Saug- und Druckphasen verhindert werden.

Der Ventilsitz und die Trennwand bestehen vorzugsweise aus unterschiedlichen Werkstoffen. Unterschiedliche Dehnungsverhalten dieser Bauteile infolge Temperatur wechsel zwischen Ruhe- und Betriebsphasen können daher das gewünschte Anpressen des Ventilsitzes an die Trennwand nachteilig beeinflussen.

Bei einem an beiden Enden befestigten Ventilsitz kann das unterschiedliche Dehnungsverhalten durch ein Spiel zwischen den Befestigungslöchern des Ventilsitzes und den mit der Trennwand zusammenwirkenden Befestigungs mitteln ausgeglichen werden. Dies bedingt jedoch eine entsprechend reduzierte Anpressung des Ventilsitzes an die Trennwand. Bei einem Wechsel von der Betriebs- in die Ruhephase, d. h., bei einem unterschiedlichen Schrumpfungsverhalten dieser Bauteile infolge Abküh lung, kann die Reibkraft im Bereich der Befestigungs elemente jedoch noch ausreichen um ein sogenanntes Aufwerfen des Ventilsitzes hervorzurufen. Ein dadurch bewirktes Abheben des Ventilsitzes von der Trennwand führt dann zur Herabsetzung der Förderleistung, weil in einem solchen Betriebszustand das Druckventil in der Saugphase nur mangelhaft geschlossen ist. Ein ungünsti ges Strömungsverhalten im Bereich des so gebildeten Zwischenraumes zwischen dem Ventilsitz und der Trenn wand könnte in nachteiliger Weise eine Verkrustung infolge vermehrter Ablagerung von Ölkohle hervorrufen. Hierdurch würde die Wirkung des Druckventils noch weiter beeinträchtigt werden.

Bei einem nur an einem Ende befestigten Ventilsitz kann das unterschiedliche Dehnungsverhalten nicht wirksam werden. Dafür verringert sich jedoch die Anpressung des Ventilsitzes an die Trennwand mit zunehmendem Abstand von dem einseitig angeordneten Befestigungsmittel. Auch hier kann durch geringe Anpressung zwischen dem Ventil sitz und der Trennwand die Bildung von Ölkohle die Wirksamkeit des Druckventils herabsetzen.

Aus der US 2,065,062 ist ein Druckventil für einen Kompressor bekannt, wel ches einen plattenförmigen Ventilsitz, eine elastische Ventillamelle und eine Hubbegrenzung für die Ventillamelle aufweist. Der plattenförmige Ventilsitz wird von dem einen der beiden freien Endbereiche eines Metallbandes gebil det, wobei dieser freie Endbereich eine Durchgangsöffnung für Druckmittel aufweist. Das Metallband ist mehrfach abgewinkelt, derart, daß es ein Gehäuse bildet, wobei die freien Endbereiche des Metallbandes einander überlappen. Die Ventillamelle ist mit ihrem einen Ende zwischen den einander überlappen den freien Endbereichen des Metallbandes eingespannt und erstreckt sich mit ihrem anderen Ende so weit in das Gehäuse hinein, daß es die Durchgangs öffnung überdeckt. Der die Durchgangsöffnung aufweisende eine freie Endbe reich des Metallbandes liegt auf einer Trennwand des Kompressors auf, welche einen Kompressionsraum von einem Druckraum des Kompressors trennt. Die Trennwand weist eine Durchgangsöffnung auf, die mit der Durchgangsöffnung in dem einen freien Endbereich des Metallbandes in Verbindung steht. Der an dere freie Endbereich des Metallbandes ist in Richtung von der Ventillamelle weg gebogen ausgebildet und hat die Funktion einer Hubbegrenzung für die Ventillamelle. Das den Ventilsitz, die Hubbegrenzung und die Ventillamelle aufweisende Gehäuse ist in einer Ausnehmung des Kompressorgehäuses so angeordnet, daß es mit seiner den Ventilsitz des Druckventils bildenden Seite auf der Trennwand des Kompressors aufliegt und sich mit seiner der Trenn wand abgewandten anderen Seite an der der Trennwand gegenüberliegenden, die Ausnehmung begrenzenden Wand des Kompressorgehäuses abstützt.

Bei diesem Druckventil wird der Ventilsitz über das Gehäuse des Druckventils am Kompressorgehäuse abgestützt, so daß er auf der Trennwand des Kom pressorgehäuses gehalten wird.

Da der Ventilsitz einstückig mit der Hubbegrenzung und mit dem Gehäuse des Druckventils ausgebildet ist, muß sowohl das Druckventil als auch die im Kom pressorgehäuse angeordnete Ausnehmung zur Aufnahme des Druckventils sehr genau gefertigt werden, um unerwünschtes Spiel zwischen der Trennwand des Kompressorgehäuses und dem Ventilsitz des Druckventils zu vermeiden. Es ist zudem auch nicht ganz auszuschließen, daß durch unterschiedliche Wärmeausdehnung des Gehäuses des Druckventils und der Trennwand das erwähnte Spiel auftreten kann.

Aus der DE 22 21 541 ist ein Druckventil für einen Kompressor bekannt, wel ches aus einer Ventilsitzplatte, einem Ventilschließglied und einer Hubbegren zung besteht, die zu einer Druckventileinheit zusammengefaßt sind. Diese Druckventileinheit ist mit ihrer Ventilsitzplatte in einer Ausnehmung einer Trennwand des Kompressors angeordnet, welche einen Kompressionsraum von einem Druckraum des Kompressors trennt. Mittels Federelementen, die sich am Kompressorgehäuse abstützen und die Druckventileinheit in Richtung auf die Trennwand zu beaufschlagen, wird die Druckventileinheit auf der Trennwand gehalten.

Zur Lagefixierung der Druckventileinheit an der Trennwand des Kompressors muß in der Trennwand die Ausnehmung zur Aufnahme der Druckventileinheit angeordnet und es müssen spezielle Federelemente vorgesehen werden. Da die Ventilsitzplatte in einer passgenauen Ausnehmung der Trennwand ange ordnet ist, kann nicht ganz ausgeschlossen werden, daß durch unterschiedli che Wärmeausdehnung der Ventilsitzplatte und der Trennwand des Kompres sorgehäuses der Ventilsitz verformt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckventil der vorstehend erwähnten Art so zu verbessern, daß im Vergleich mit den vorstehend erwähn ten Druckventilen eine unterschiedliche Wärmedehnung der Ventilteile ausge glichen wird und die Anpressung des Ventilsitzes an die Trennwand in jedem Betriebszustand des Kompressors annähernd gleichbleibend erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist vorteilhaft für einen Ventilsitz verwendbar, der mit Befestigungsmitteln an nur einem seiner extremen Enden formschlüssig mit der Trennwand verbunden ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Druckventil mit einem plattenförmigen Ventilsitz,

Fig. 2 ein Detail des Druckventils gemäß Fig. 1,

Fig. 3 und Fig. 4 eine Variante des Druckventils gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine Variante des Druckventils gemäß Fig. 1,

Fig. 6 und Fig. 7 Details des Druckventils gemäß Fig. 5.

Die Fig. 1 zeigt einen Teil eines Kompressors mit einem Kompressionsraum (1) und einem im Zylinderkopf (2) ausgebildeten Druckraum (3). Der Kompressionsraum (1) und der Druckraum (3) sind durch eine Trennwand (4) mit einem als Ventilsitz (5) ausgebildeten Bauteil vonein ander getrennt. Der Druckraum (3) ist über einen Druckauslaß (9) mit einem Druckmittelverbraucher verbindbar. Der Ventilsitz (5) bildet mit einem ela stischen Ventilschließkörper (6) das Druckventil (5, 6). Der Ventilschließkörper (6) deckt einen den Ventil sitz (5) und die Trennwand (4) durchdringenden Ventil durchlaß (7) ab. Es ist eine Hubbegrenzung (8) für den Ventilschließkörper (6) vorgesehen.

Der Ventilsitz (5) ist von einem plattenförmigen Bauteil gebildet, das an der Trennwand (4) befestigt ist und dessen Verschleißfest höher ist als die der Trennwand (4). Das Bauteil (5) kann z. B. aus einer Federstahlplatte gebildet sein. Der Ventilsitz (5) weist im Bereich des Ventildurchlasses eine Öffnung (10) auf. Der Querschnitt der Öffnung (10) ist minde stens so groß wie der des Ventildurchlasses (7).

Der Ventilsitz (5) ist als gesondertes Bauteil auf der Trennwand (4) aufliegend angeordnet und mit einer Verschraubung (11) an der Trennwand (4) befestigt. Mit der Verschraubung (11) wird der Ventilsitz (5) an die Trennwand (4) angepreßt. Anstelle der Verschraubung (11) kann als Befestigungsmittel eine für solchen Einsatzfall auch üblichen Nietverbindung vorgesehen sein. Mit den Befestigungsmitteln (11) sind das Bauteil (5), die Hubbegrenzung (8) und der Ventilschließkörper (6) gemeinsam auf der Trennwand (4) befestigt. Es ist auch denkbar, den Ventilschließkörper (6) getrennt von dem Bauteil (5) und dem Hubfänger (8) auf der Trennwand (4) anzuordnen.

Das Bauteil (5) weist eine Stützfläche (12) auf, die an dem den Befestigungsmitteln (11) abgewandten Bereich (13) des Bauteils (5) angeordnet ist. Die Hubbegrenzung (8) weist an ihrem den Befestigungsmitteln abgewandten Ende einen Anschlag (14) auf, an dem die Stützfläche (12) unter Vorspannung anliegt. Die Vorspannung wird dadurch erzeugt, daß der die Stützfläche (12) aufwei sende Bereich (13) des Bauteils (5) elastisch verform bar ausgebildet ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der die Stützfläche (12) aufweisende Bereich (13) durch ein zum Teil eingerolltes Ende des Bauteils (5) gebil det ist.

In Fig. 2 sind die zwischen dem Anschlag (14) der Hubbegrenzung (8) und der Stützfläche (12) des Bauteils (5) durch die vorerwähnte Vorspannung auftretenden Kräfte mittels eines Kräftediagrammes dargestellt. Durch die bezüglich der Trennwand (4) schräg zueinander angeordneten Flächen des Anschlages (14) und der Stützfläche (12) wird eine resultierende Kraft (R) erzeugt, die in eine in Richtung auf die Trennwand (4) gerichtete Kraftkomponente (x1) und eine in Streckrich tung des Bauteils (5) gerichtete Kraftkomponente (x2) aufgeteilt ist. Das Größenverhältnis der Kraftkomponen ten (x1, x2) zueinander ist durch entsprechende Schräg stellung des Anschlages (14) und der Stützfläche (12) variierbar und kann somit den gegebenen Betriebsbedin gungen angepaßt werden.

Wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der dem Druckventil (5, 6) zugeordneten Bauteile bewirkt ein betriebsbedingtes Ansteigen der Temperatur des Kom pressors, daß sich die Trennwand (4), das Bauteil (5) und die Hubbegrenzung (8) in einer unterschiedlichen Größenordnung aufeinander verschieben. Während die Ausdehnung der Trennwand (4) auf die übrigen Teile (5, 8) des Druckventils (5, 6) ohne Einfluß ist, vergrößert sich die Vorspannung zwischen dem Anschlag (14) und der Stützfläche (12) infolge einer größeren Wärmeausdehnung der Hubbegrenzung (8) gegenüber dem Bauteil (5). Hierdurch werden die als Streck- und Anpressungskraft wirksamen Kraftkomponenten (x1) und (x2) vergrößert. Bei Schrumpfung der erwähnten Bauteile (5, 8) infolge Abkühlung werden die wirksamen Kraftkomponenten (x1, x2) wieder auf ihre Ausgangsgröße zurückgeführt. Hierdurch wird erreicht, daß in jedem Betriebszustand, z. B. auch bei Beginn einer Erwärmung, eine ausreichende Anpressung (x1) des Bauteils (5) an die Trennwand (4) vorhanden ist. Die in Streckrichtung wirksame Kraftkom ponente (x2) verhindert das vorerwähnte Aufwerfen bzw. Abheben des Bauteils (5) von der Trennwand (4) infolge betriebsbedingten Lastwechsels zwischen dem Saug- und Druckhüben.

Die Fig. 3 zeigt eine Variante des Druckventils gemäß Fig. 1 mit einem in Fig. 4 (Schnitt A-B von Fig. 3) dargestellten Ventilschließkörper (18), der zwei bezüglich der Längsachse (23) des Ventilschließkörpers (18) nebeneinander angeordnete Ventildurchlässe (19) und (20) überdeckt. Dieser konstruktiven Ausbildung angepaßt, ist eine Hubbegrenzung (15) vorgesehen, mit einem Anschlag (17) der als Teilabschnitt (17) eines Durchbruches (21) der Hubbegrenzung (15) ausgebildet ist. Mittels einer Stützfläche (22) des als Ventilsitz (16) ausgebildeten Bauteils wird unter Vorspannung durch den Anschlag (17) das Bauteil (16) in der unter Fig. 2 beschriebenen Anpreß- und Streckrichtung bela stet. Der die Stützfläche (22) aufweisende Bereich (50) des Bauteils (16) ist zwischen den Ventildurchlässen (9, 20) und der Verschraubung (11) angeordnet.

Die Fig. 5 zeigt ein als Ventilsitz (30) ausgebildetes Bauteil, das mit einem Ventilschließkörper (31) ein Druckventil (30, 31) bildet. Das Druckventil (30, 31) deckt Ventildurchlässe (24, 25) auf einer Trennwand (26) ab. Eine Hubbegrenzung (27) für den Ventilschließ körper (31) ist an ihren extremen Enden mit Befesti gungsmitteln (28, 29) an der Trennwand (26) befestigt. Ein Anschlag (32) ist als Teilabschnitt (32) eines Durchbruches (33) der Hubbegrenzung (27) ausgebildet. Mittels einer Stützfläche (34) des Bauteils (30) wird durch den Anschlag (32) das Bauteil (30) in der unter Fig. 2 beschriebenen Anpreß- und Streckrichtung bela stet.

Die Befestigungsmittel (28, 29) an den extremen Enden der Hubbegrenzung (27) verleihen diesem bezüglich des Anschlages (32) eine größere Steifigkeit im Vergleich mit dem einseitig angeordneten Befestigungsmitteln (11) der Ausführung der Druckventile gemäß der Fig. 1 und 3. So kann denn die Ausführung gemäß Fig. 5 vorteilhaf ter für solche Druckventile eingesetzt werden, die für die Abdeckung eines längeren Ventilbereiches bestimmt sind.

Anstelle des Bauteils (30) kann auch ein Bauteil (51) gemäß der Fig. 6 und 7 Verwendung finden, dessen mit Stützflächen (38, 39) versehene Bereiche (36, 37) beiderseits der Längsachse des Bauteils (51) angeordnet sind. In einer entsprechenden Ausbildung gemäß Fig. 6 ist eine Hubbegrenzung (44) mit Anschlägen (40, 41) vorgesehen, die an Aussparungen (46, 47) beiderseits der Längsachse der Hubbegrenzung (44) vorgesehen sind und mit den Stützflächen (38, 39) des Bauteils (51) in der vorstehend beschriebenen Weise zusammenwirken.

In einer Ausbildung gemäß Fig. 7 ist eine Hubbegrenzung (45) vorgesehen, mit Anschlägen (42, 43), die an Vor sprüngen (48, 49) beiderseits der Längsachse der Hubbegrenzung (45) angeordnet und auf den Stützflächen (38, 39) des Bauteils (51) abgestützt sind.

Von Bedeutung für die Erfindung ist es, daß die Wir kungslinie der Kraft (R) innerhalb des Auflagebereiches des Bauteiles (5, 16, 30, 51) auf der Trennwand (4) liegt.

Ebenso ist es möglich, die Vorspannung, unter welcher das als Ventilsitz dienende gesonderte Bauteil (5, 16, 30, 51) an der Trennwand (4) anliegt, dadurch zu erzeu gen, daß die Hubbegrenzung (8, 15, 27, 44, 45) wenigs tens auf einem Teilbereich ihrer axialen Erstreckung elastisch verformbar ausgebildet ist, so daß die Hubbegrenzung (8, 15, 27, 44, 45) unter Vorspannung an der Stützfläche des Bauteiles (5, 16, 30, 51) anliegt.

Der Anschlag kann entweder an der Hubbegrenzung (8, 15, 27, 44, 45) oder an dem Bauteil (5, 16, 30, 51) ange ordnet werden. Entsprechend ist die Stützfläche an dem jeweils anderen Teil Bauteil (5, 16, 30, 51) oder Hubbegrenzung (8, 15, 27, 44, 45) vorzusehen.

Die in Streckrichtung des Bauteiles (5, 16, 30, 51) gerichtete Kraftkomponente (x2) kann auch annähernd oder gleich "Null" sein.

Claims

1. Druckventil für einen Kompressor mit folgenden Merkmalen:

a) der Kompressor weist einen Kompressions- und einen Druckraum auf, die durch eine Trennwand mit einem Ventilsitz für das Druckventil voneinander getrennt sind;
b) das Druckventil ist als Rückschlagventil mit einem elastischen Ventil schließkörper und einer Hubbegrenzung für diesen ausgebildet, wobei der Ventilschließkörper einen den Ventilsitz und die Trennwand durchdringen den Ventildurchlaß abdeckt;
c) der Ventilsitz ist von einem gesonderten Bauteil gebildet, das mit Befesti gungsmitteln an der Trennwand befestigt ist,
d) das Bauteil (5, 16, 30, 51) weist mindestens eine Stützfläche (12, 22, 34, 38, 39) auf, die an dem den Befestigungsmitteln (11, 28) abgewandten Endbereich des Bauteils (5, 16, 30, 51) angeordnet ist;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) die Hubbegrenzung (8, 15, 27, 44, 45) weist mindestens einen Anschlag (14, 17, 32, 40, 41, 42, 43) auf, an dem die Stützfläche (12, 22, 34, 38, 39) unter Vorspannung anliegt;
b) der Anschlag (14, 17, 32, 40, 41, 42, 43) und die Stützfläche (12, 22, 34, 38, 39) sind so zueinander angeordnet, daß die zwischen der Stützfläche (12, 22, 34, 38, 39) und dem Anschlag (14, 17, 32, 40, 41, 42, 43) auftre tende Kraft (R) eine in Richtung auf die Trennwand (4, 26) gerichtete Kraftkomponente (x1) und eine in Streckrichtung des Bauteils (5, 16, 30, 51) gerichtete Kraftkomponente (x2) aufweist.

2. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungslinie der Kraft (R) innerhalb des Auflagebereiches des Bauteiles (5, 16, 30, 51) auf der Trennwand (4) liegt.

3. Druckventil nach wenigstens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung dadurch erzeugt wird, daß der die Stützfläche (12, 22, 34, 38, 39) aufweisende Bereich (13, 50, 35, 36, 37) elastisch verformbar ausgebildet ist.

4. Druckventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß der die Stützfläche (12, 22, 34, 38, 39) aufweisende Bereich (13, 50, 35, 36, 37) durch ein zum Teil eingerolltes Ende (13, 50, 35, 36, 37) des Bauteils (5, 16, 30, 51) gebildet ist.

5. Druckventil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (51), mit Stütz flächen (38, 39) versehene Bereiche (36, 37) aufweist, die beiderseits der Längsachse des Bauteils (51) angeordnet sind.

6. Druckventil nach wenigstens einem der vorhergehen den Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (17, 32) der Hubbegrenzung (15, 27) als Teilabschnitt (17, 32) eines Durchbruches (21, 33) der Hubbegrenzung (15, 27) gebildet ist.

7. Druckventil nach wenigstens einem der vorhergehen den Ansprüche mit mindestens zwei Anschlägen der Hubbegrenzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (40, 41) der Hubbegrenzung (44) an Aussparungen (46, 47) beiderseits der Längsachse der Hubbegrenzung (44) vorgesehen sind.

8. Druckventil nach wenigstens einem der vorhergehen den Ansprüche mit mindestens zwei Anschlägen der Hubbegrenzung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (42, 43) der Hubbegrenzung (45) an Vor sprüngen (48, 49) beiderseits der Längsachse der Hubbegrenzung (45) vorgesehen sind.

9. Druckventil nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubbegrenzung (8, 15, 27, 44, 45) wenigstens auf einem Teilbereich ihrer axialen Erstreckung elastisch verformbar ausgebildet ist, so daß sie unter Vorspannung an der Stützfläche des Bauteils (5) anliegt.