DE69018965T2 - Verdichter für Kühlzwecke. - Google Patents

Verdichter für Kühlzwecke.

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Description

    Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kühlverdichter und insbesondere eine verbesserte Ventilplattenanordnung zur Verwendung in solchen Verdichtern.
  • Kühlverdichter mit hin- und hergehendem Kolben weisen im allgemeinen eine Ventilplatte auf, die Einlaß- und Auslaßventile zur Steuerung des Kühlmittelstroms zu und von einem oder mehreren Kompressionsräumen enthält. Diese Ventilplatte ist normalerweise zwischen dem Verdichtergehäuse oder -block und dem Kopf eingespannt. Der Kopf weist im allgemeinen eine Einlaßkammer und eine Auslaßkammer auf, die mit dem jeweiligen Einlaß- und Auslaßventil in Verbindung stehen.
  • Es ist im allgemeinen wünschenswert, die Dicke der Ventilplatte so zu minimieren, daß sich das Volumen der durch diese hindurchführenden Auslaßkanäle minimiert. Das ist von Wichtigkeit, weil sich das in diesen Kanälen zurückbleibende komprimierte Gas nach Beendigung des Verdichtungshubs wieder ausdehnt und dadurch den volumetrischen Wirkungsgrad des Verdichters verringert. Da sich aber, wenn die Dicke der Ventilplatte verringert wird, ihre Beständigkeit gegen Druck und gegen Verbiegungen durch Wärme verringert und dadurch möglicherweise bewirkt wird, daß Auslaßgas aus dem Kompressionsraum in dem Kopf in die Einlaßkammer oder bei Mehrkolbenmaschinen zwischen benachbarten Zylindern ausströmt. Wenn eine fluiddichte Abdichtung der Ventilplatte sowohl gegenüber dem Verdichtergehäuse als auch gegenüber dem Kopf hergestellt werden soll, ist es deshalb bisher nicht möglich, die Dicke der Ventilplatte zu minimieren, und es muß eine größere Anzahl an dicht nebeneinanderliegenden Befestigungselementen verwendet werden, um den Kopf und die Ventilplatte an dem Gehäuse zu befestigen, und/oder es sind kompliziertere Kopfkonstruktionen erforderlich, um das Vorhandensein von Abdichtflächen an der Ventilplatte in Bereichen zu minimieren, in denen die entgegengesetzte Fläche des Ventils nicht vollständig aufliegt (zum Beispiel über der Zylinderbohrung). Sowohl in US-A-3241748 als auch in US-A-4776776 werden Verdichter mit dicken Ventilplatten dieser Art beschrieben.
  • Der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht auf FR-A-1 573 450 oder US-A-3 241 748, in denen eine solche ungenügende Auflage für die Ventilplatte besteht, was bei den Ventilen relativ unpraktisch ist.
  • Mit der vorliegenden Erfindung nach der Definition in Anspruch 1 wird die Kraft vergrößert, die zur Verfügung steht, um die Dichtung insbesondere in denjenigen Bereichen zusammenzudrücken, wo keine stützende Auflage vorhanden ist.
  • Mit der vorliegenden Erfindung werden, wie weiter unten zu sehen ist, die oben genannten Schwierigkeiten beseitigt, indem eine verbesserte Ventilplattenanordnung geschaffen wird, die entgegengesetzt gebogene Abschnitte aufweist, die dazu dienen, zu Anfang die auf die Dichtungen wirkende Druckbelastung in ausgewählten Bereichen zu erhöhen, so daß eine fluiddichte Abdichtung gewährleistet und beibehalten wird. Durch diese Anordnung kann die Dicke der Ventilplatte verringert und auf diese Weise der volumetrische Wirkungsgrad des Verdichters verbessert werden.
  • Ferner ergibt sich auf Grund der verringerten Anzahl der zum Anbringen des Kopfes an dem Verdichtergehäuse erforderlichen Befestigungselemente eine größere Freiheit bei der Konstruktion des Kopfes. Mit dieser Verringerung der Anzahl von erforderlichen Befestigungselementen verringern sich auch die Gesamtkosten für die Teile und für das Montagepersonal.
  • Neben den oben genannten Dingen ist es auch wünschenswert, einen großen Strömungsquerschnitt zu schaffen, durch den das Einlaßgas in den Kompressionsraum einströmen kann. Bei bisherigen Konstruktionen kommen oft mehrere langgestreckte Einlaßventile mit Zungen zum Einsatz, die parallel nebeneinander angeordnet sind und an dem gleichen Ende an der Ventilplatte befestigt sind. Bei einer solchen Anordnung liegt der maximale Ventilhub und daher der maximale Strömungsquerschnitt bei jedem Ventil in dem gleichen Gesamtbereich. Auf diese Weise konkurrieren die nebeneinanderliegenden Durchflußkanäle um das hindurchströmende Einlaßgas. Aufgrund dieses "Wettstreits" mußte der Abstand zwischen diesen Ventilen vergrößert werden, wodurch weniger Platz verblieb, um die Auslaßöffnungen und die zugehörigen Armaturen unterzubringen, muß die Länge, auf der das Einlaßventil die zugehörige Öffnung überdeckt, verringert werden, mußten an der Ventilplatte ringgebohrte Ventilsitze vorgesehen werden und/oder die Größe der Einlaßöffnung vergrößert werden, um einen hinreichenden Strom zu dem Kompressionsraum sicherzustellen.
  • Außerdem enthält die vorliegende Erfindung in ihrer bevorzugten Form, die weiter unten dargestellt ist, eine verbesserte Einlaßventilanordnung, bei der ein Paar Einlaßventile mit Zungen an entgegengesetzten Enden der Ventilelemente an der Ventilplatte befestigt sind. Diese Anordnung bietet eine wesentliche Verbesserung der Strömungseigenschaften am Einlaß in dem Sinne, daß der maximale Hub von jedem der Ventile und daher der maximale Strömungsquerschnitt für dieselben an entgegengesetzten Enden der beiden Ventile liegen. Auf diese Weise wird der "Wettstreit" um die Strömung zwischen den benachbarten Ventilen minimert, wodurch der Abstand zwischen denselben verringert werden kann, die Größe der Öffnungen verringert werden kann, und die Überdeckung durch die Ventile vergrößert werden kann.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich; darin zeigen:
  • Figur 1 eine Schnittansicht eines luftdichten Kühlverdichters mit hin- und hergehendem Kolben gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 2 eine vergrößerte Draufsicht auf eine in dem Kühlverdichter von Figur 1 eingebrachte Ventilplattenanordnung;
  • Figur 3 eine Draufsicht auf den Kopf des Kühlverdichters von Figur 1;
  • Figur 4 eine Schnittansicht der Ventilplattenanordnung von Figur 2, die in Betrieb dargestellt ist, wobei Abschnitte des Kopfes und des Verdichtergehäuses ebenfalls im Schnitt dargestellt sind, und wobei der Schnitt entlang der Linie 4 - 4 von Figur 2 verläuft;
  • Figur 5 eine Schnittansicht der Ventilplattenanordnung von Figur 2, die in Betrieb dargestellt ist, wobei Abschnitte des Kopfes und des Verdichtergehäuses ebenfalls im Schnitt dargestellt sind, und wobei der Schnitt entlang der Linie 5 - 5 von Figur 2 verläuft.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Was nun die Zeichnungen und insbesondere Figur 1 betrifft, so ist darin ein Kühlverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Kühlverdichter 10 ist luftdicht, mit hin- und hergehendem Kolben versehen und weist ein Außengehäuse 12 auf, in dem ein Verdichtergehäuse 14 mit einem Paar Zylinderbohrungen 16 und 18 angeordnet ist, die darin voneinander beabstandet und nebeneinander vorgesehen sind, und in denen Kolben 20, 22 hin- und hergehend angeordnet sind. An dem Verdichtergehäuse 14 ist ein Kopf 24 mit einer dazwischen eingespannten Ventilplattenanordnung 26 befestigt. Die Kolben 20 und 22 werden durch eine Kurbelwelle 28 hin- und herbewegt, die ihrerseits durch die Motoranordnung 30 drehbar angetrieben wird.
  • Was nun Figur 2 betrifft, so umfaßt die Ventilplattenanordnung 26 ein relativ dünnes Plattenelement 27, das in geeigneter Weise bemessen ist, so daß es über den beiden Zylindern 16 und 18 liegt und dadurch den Strom des Kühlmittels zu den und von den durch die Kolben 20, 22 und die jeweiligen Zylinder 16, 18 begrenzten Kompressionsräumen regelt. Zu diesem Zweck weist die Ventilplattenanordnung ein Paar voneinander beabstandeter Auslaßkanäle 32, 34 sowie drei Einlaßkanäle 36, 38, 40 auf, die über dem Zylinder 16 liegend positioniert werden können. An einer Seite der Ventilplatte 27 ist ein (nicht dargestelltes) einzelnes Auslaßventil mit Zunge befestigt und wirkt so, daß es den Strom von dem Zylinder 16 zu einer in dem Kopf 24 vorgesehenen Auslaßkammer 42 regelt. An der Ventilplatte 27 ist auch ein Paar langgestreckter Einlaßventile 44, 46 mit Zungen im allgemeinen parallel und im Abstand zueinander befestigt, wobei das Ventil 44 über den Kanälen 36, 38 liegt und den Strom durch dieselben steuert, und das Ventil 46 den Strom durch den Kanal 40 regelt. Wie in Figur 2 zu sehen ist, sind die Einlaßventile 44 und 46 zwar parallel und nebeneinander positioniert, jedoch mittels geeigneter Befestigungselemente, wie zum Beispiel mit Hilfe von Nieten 48, an entgegengesetzten Enden an der Platte 27 befestigt.
  • Ebenso ist eine zweite Gruppe von (nicht dargestellten) im wesentlichen identischen Einlaß- und Auslaßöffnungen, die mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und mit Strich versehen sind, mit den zugehörigen Armaturen vorgesehen und über dem Zylinder 18 liegend positioniert.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Anordnung zum Befestigen der Einlaßventile den Strom des Einlaßgases in die jeweiligen Zylinder 16 und 18 stark verbessert, da die freien Enden der beiden Einlaßventile, an denen der maximale Hub erfolgt und daher der maximale Gasstrom auftritt, an entgegengesetzten Enden der jeweiligen Ventile angeordnet sind. Dadurch wird ein "Wettstreit" um den Strom zwischen denselben im wesentlichen beseitigt. Auf diese Weise läßt sich durch diesen verbesserten Einlaßgasstrom der Abstand zwischen den Einlaßventilen verringern sowie die Länge der Einlaßöffnungen verkürzen. Dadurch wird mehr Flexibilität bei der Positionierung und Bemessung der Aus-laßöffnungen ermöglicht. Außerdem wird es durch die Verkürzung der Länge der Einlaßöffnungen möglich, daß die Vorderenden der Ventile die Öffnungen mehr überdecken, wodurch die zum Öffnen der Ventile notwendige Energie verringert sowie eine Abfederungswirkung beim Schließen der Ventile hergestellt wird und damit die Notwendigkeit von ringgebohrten Ventilen beseitigt wird.
  • Wie am besten unter Bezugnahme auf Figur 3 zu erkennen ist, weist der Kopf 24 einen im allgemeinen hohlen Innenraum auf, der mittels einer Wand 52, deren Außenkante im wesentlichen koplanar zu der Außenkante des am Umfang befindlichen Flanschabschnittes 54 angeordnet ist, in eine Gasauslaßkammer 42 und eine Gaseinlaßkammer 50 geteilt wird. Um den Kopf 24 herum sind in einem Abstand geeignete Öffnungen 56 vorgesehen, die Befestigungselemente zur Befestigung des Kopfes 24 und der Ventilplatte 26 an dem Verdichtergehäuse 14 aufzunehmen. Es ist darauf hinzuweisen, daß sich die Auslaßkammer 42 über beide Zylinder 16 und 18 erstreckt und dadurch unter hohem Druck stehendes Auslaßgas über beide Gruppen von Auslaßkanälen 32, 34, 32', 34' aufnimmt. In ähnlicher Weise erstreckt sich die Einlaßkammer 50 über beide Zylinder und führt beiden Gruppen von Einlaßkanälen unter niedrigem Druck stehendes Einlaßgas zu.
  • Um zu vermeiden, daß möglicherweise Fluid zwischen der Auslaßkammer 42 und der Einlaßkammer 50 ausströmt, weist die Ventilplatte 26 einen Abschnitt 58 auf, der nach außen in Richtung zu dem Kopf 24 gebogen ist, wie am besten unter Bezugnahme auf Figur 4 zu erkennen ist. Der gebogene Abschnitt 58 weist eine Gesamtlänge auf, die ungefähr gleich dem Abstand zwischen den Seitenwänden des Zylinders 18 ist, der in Figur 2 und Figur 4 durch die Punkte A und B angezeigt wird, wobei ungefähr im Punkt C oder auf halbem Wege zwischen Punkt A und Punkt B eine maximale Höhe erreicht wird. Wie in Figur 2 und Figur 4 zu sehen ist, spannt sich dieser gebogene Bereich über den Bereich, in dem die Ventilplattenanordnung über der Unterbrechung liegt, die die Zylinderbohrung in der ansonsten im wesentlichen ebenen Oberfäche 60 des Verdichtergehäuses 14 herstellt, und daher nicht auf dieser aufliegt. Die durch den gebogenen Abschnitt 58 hergestellte, erhabene Oberfläche dient zum Zusammenwirken mit der entgegengesetzten Oberfläche der Wand 52, um zu Anfang innerhalb dieses Bereiches auf die Dichtung 62 eine größere Druckkraft im Vergleich zu anderen Bereichen auszuüben, in denen die Ventilplatte voll auf der Oberfläche 60 aufliegt. Auf diese Weise wird besser sichergestellt, daß zwischen der Ventilplattenanordnung 26 und dem Kopf 24 eine sichere, fluiddichte Abdichtung geschaffen und dadurch jedes potentielle Auslaufen zwischen der Einlaßkammer 50 und der Auslaßkammer 42 vermieden wird.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird auch ein im wesentlichen identisch mit dem Abschnitt 58 gebogener Bereich 58' in dem Bereich geschaffen, in dem die Ventilplattenanordnung 26 über dem Zylinder 18 liegt. Dieser Abschnitt wird mit den gleichen Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet, die in Figur 2 mit Strich versehen sind.
  • Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist auch ein Bereich vorhanden, in dem die Ventilplatte auf Grund von Unterbrechungen in der ebenen Oberfläche des Kopfes 24 nicht aufliegt, wobei solche Unterbrechungen von den offenen Hohlräumen herrühren, die die Einlaßkammer 42 und die Auslaßkammer 50 bilden. Demgemäß weist die Ventilplatte 27 einen Bereich 64 auf, der ungefähr zwischen den Punkten D und E verläuft, wobei die Ventilplatte 27 in einer Richtung zu dem Verdichtergehäuse 14 so gebogen ist, daß eine erhabene Oberfläche entsteht, die mit der Oberfläche 60 so zusammenwirkt, daß sie zu Anfang die Klemmkraft erhöht, die auf die dazwischen angeordnete Dichtung 66 einwirkt. Wie in Figur 2 zu sehen ist, entspricht der Bereich, in dem sich dieser erhabene oder gebogene Abschnitt 64 befindet, dem Oberflächenbereich zwischen den benachbarten Zylindern und dem Bereich des Kopfes, in dem die Auslaßkammer 42 angeordnet ist. Das ist ein Bereich für ein mögliches Auslaufen, sowohl auf Grund dessen, daß die beiden Kolben so konstruiert sind, daß sie abwechselnd komprimieren und auf diese Weise an einem Zylinder der Einlaßdruck anliegt, während an dem anderen Zylinder der Auslaßdruck anliegt, als auch auf Grund dessen, daß der Kopf keinen Wandabschnitt aufweist, der direkt über diesem Bereich liegt und die Ventilplatte auf Grund des Vorhandenseins der Auslaßkammer 42 verstärkt. Wenn man jedoch die Ventilplatte innerhalb dieses Bereiches biegt, entsteht eine Klemmkraft, die so groß ist, daß die gewünschte Abdichtung ungeachtet der Wärme- und/oder Druckverformungen aufrechterhalten wird, denen die Ventilplatte ausgesetzt sein kann.
  • Es ist anzumerken, daß die örtlich begrenzte Biegung des Ventilplatte in der oben beschriebenen Weise eine größere Freiheit bei der Konstruktion des Zylinderkopfes und der zugehörigen Einlaß- und Auslaßkammern schafft und auch den Einsatz von dünneren Ventilplatten erleichtert, was zu einem verbesserten volumetrischen Wirkungsgrad des Verdichters führt, wie oben angemerkt wurde. Ferner ist es in einigen Fällen möglich, die erforderliche Klemmkraft zur Gewährleistung der ordnungsgemäßen Abdichtung mit weniger, weiter voneinander beabstandeten Befestigungselementen zu erzielen, wodurch sich ebenfalls die Kosten verringern und sich die Flexibilität der Konstruktion verbessert.

Claims (16)

1. Kühlverdichter, umfassend:
einen Zylinderblock (14) mit einem Kompressionsraum (18); eine Ventilplatte (27), die über dem Kompressionsraum (18) liegt und mit Einlaßventilen (36, 38, 40, 44, 46) und Auslaßventilen (32, 34) versehen ist, die den Fluidstrom zu und von dem Kompressionsraum (18) steuern; einen Kopf (24), der an dem Zylinderblock (14) befestigt ist und die Ventilplatte (27) dazwischen einspannt, wobei der Kopf (24) Einrichtungen umfaßt, die eine Einlaßkammer (50) und eine Auslaßkammer (42) bilden; und eine Dichtungseinrichtung (62), die zwischen der Ventilplatte (27) und einem von dem Zylinderblock (14) und dem Kopf (24) eingespannt ist, um dazwischen eine Dichtung herzustellen; dadurch gekennzeichnet, daß ein erhabener Abschnitt (58) auf der Oberfläche der Ventilplatte (27) in einem vorbestimmten Bereich vorgesehen ist, um die von der Dichtungseinrichtung (62) in dem vorbestimmten Bereich ausgeübte Klemmkraft zu erhöhen, um auf diese Weise eine fluiddichte Abdichtung dazwischen sicherzustellen, wobei der vorbestimmte Bereich in einem Bereich angeordnet ist, in dem die Ventilplatte (27) nicht auf dem anderen von dem Zylinderblock (14) und dem Kopf (24) aufliegt.
2. Kühlverdichter nach Anspruch 1, bei dem die Dichtungseinrichtung (62) zwischen der Ventilplatte (27) und dem Kopf (24) eingespannt ist, wobei der vorbestimmte Bereich über dem Kompressionsraum (18) angeordnet ist.
3. Kühlverdichter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, des weiteren umfassend eine zweite Dichtungseinrichtung (66), die zwischen der Ventilplatte (27) und dem anderen von dem Zylinderblock (14) und dem Kopf (24) angeordnet und eingespannt ist, wobei auf der Ventilplatte eine zweite Einrichtung (64) angeordnet ist, die die auf die zweite Dichtungseinrichtung (66) in einem zweiten vorbestimmten Bereich ausgeübte Klemmkraft erhöht, um auf diese Weise eine fluiddichte Abdichtung dazwischen sicherzustellen.
4. Kühlverdichter nach Anspruch 3, bei dem der zweite vorbestimmte Bereich über der Einlaß- und der Auslaßkammer (50, 42) angeordnet ist.
5. Kühlverdichter nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die zweite Einrichtung (64) zur Erhöhung der Klemmkraft einen zweiten erhabenen Abschnitt (64) umfaßt, der auf der Ventilplatte (27) vorgesehen ist und der zweiten Dichtungseinrichtung (66) in dem zweiten vorbestimmten Bereich gegenüberliegt.
6. Kühlverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ventilplatte (27) von im wesentlichen einheitlicher Dicke ist.
7. Kühlverdichter nach Anspruch 6 als Unteranspruch zu Anspruch 5, bei dem der zweite erhabene Abschnitt (64) dadurch hergestellt wird, daß die Ventilplatte (27) in dem zweiten vorbestimmten Bereich gebogen wird.
8. Kühlverdichter nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem der erhabene Abschnitt (58) dadurch hergestellt wird, daß die Ventilplatte in dem vorbestimmten Bereich gebogen wird.
9. Kühlverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zylinderblock eine im wesentlichen ebene Oberfläche (60) besitzt, durch die sich eine den Kompressionsraum enthaltende Zylinderbohrung (18) erstreckt; und der Kopf (24) besitzt eine im wesentlichen ebene Oberfläche, die der ebenen Oberfläche des Zylinderblocks (14) gegenüberliegt, wobei der Kopf (24) einen darin ausgebildeten Hohlraum aufweist, der außen an der ebenen Oberfläche mündet, und eine Wand (52), die den Hohlraum in die Einlaß- -und Auslaßkammer (50, 42) teilt, wobei die Wand (52) eine Außenfläche besitzt, die im wesentlichen koplanar zu der ebenen Oberfläche des Kopfes (14) angeordnet ist.
10. Kühlverdichter nach Anspruch 9, bei dem die Außenseite der Wand (52) sich durch den ersten vorbestimmten Bereich erstreckt.
11. Kühlverdichter nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Zylinderblock (14) eine zweite Zylinderbohrung (16) umfaßt, die von der Zylinderbohrung (18) beabstandet ist und sich durch die im wesentlichen ebene Oberfläche (60) nach außen erstreckt, wobei der Kopf (24), die Ventilplatte (27) und die erste und zweite Dichtungseinrichtung (62, 66) sich ebenfalls über der zweiten Zylinderbohrung (16) erstrecken, wobei eine Einrichtung (58) vorgesehen ist, die die auf die erste Dichtungseinrichtung (66) im Bereich (C) zwischen der Zylinderbohrung (18) und der zweiten Zylinderbohrung (16) wirkende Klemmkraft erhöht.
12. Kühlverdichter nach Anspruch 11, bei dem die Einrichtung zur Erhöhung der Klemmkraft einen erhabenen Abschnitt (58) auf der Ventilplatte (27) umfaßt, der dadurch hergestellt wird, daß die Ventilplatte (27) in diesem Bereich gebogen wird.
13. Kühlverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ventilplatte (27) erste und zweite Einlaßkanäle (36, 38, 40) umfaßt, die die Einlaßkammer mit dem Kompressionsraum verbinden, sowie erste und zweite langgestreckte Einlaßventile (44, 46), die mit ihren entgegengesetzten Enden (48) an der Ventilplatte (27) befestigt sind, um den Fluidstrom durch die Einlaßkanäle zu steuern.
14. Kühlverdichter nach Anspruch 13, bei dem die Einlaßventile (44, 46) im allgemeinen parallel und im Abstand zueinander angeordnet sind.
15. Kühlverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ventilplatte (47) erste und zweite Einlaßkanäle (36, 38, 40) besitzt, die sich durch sie hindurcherstrecken, um einen Fluidstrom von der Einlaßkammer (50) zu dem Kompressionsraum (18) zu ermöglichen, und erste und zweite Einlaßventile (44, 46), die an der Ventilplatte (27) befestigt sind und über dem ersten bzw. zweiten Einlaßkanal liegen, wobei der Abschnitt (48) des ersten Einlaßventils (44), der an der Ventilplatte (27) befestigt ist, von dem Abschnitt (48) des zweiten Einlaßventils (42), der an der Ventilplatte (27) befestigt ist, entfernt angeordnet ist.
16. Kühlverdichter nach Anspruch 15, bei dem das zweite Einlaßventil (46) ein freies Ende besitzt, wobei der befestigte Abschnitt (48) des ersten Einlaßventils (44) im Bereich des freien Endes angeordnet ist.
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