EP1395754A1 - Ein- oder mehrstufiger kolbenverdichter - Google Patents

Ein- oder mehrstufiger kolbenverdichter

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EP1395754A1
EP1395754A1 EP02742778A EP02742778A EP1395754A1 EP 1395754 A1 EP1395754 A1 EP 1395754A1 EP 02742778 A EP02742778 A EP 02742778A EP 02742778 A EP02742778 A EP 02742778A EP 1395754 A1 EP1395754 A1 EP 1395754A1
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EP
European Patent Office
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valve
check valve
sealing membrane
pressure chamber
piston compressor
Prior art date
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EP02742778A
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English (en)
French (fr)
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EP1395754B1 (de
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Iwan Antufjew
Marko SCHRÖDTER
Stefan Beetz
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Continental AG
Original Assignee
Continental AG
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Publication date
Application filed by Continental AG filed Critical Continental AG
Publication of EP1395754A1 publication Critical patent/EP1395754A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1395754B1 publication Critical patent/EP1395754B1/de
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    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/108—Valves characterised by the material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B25/02—Multi-stage pumps of stepped piston type
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    • F04B53/1075—Valves; Arrangement of valves the valve being a flexible annular ring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber

Definitions

  • the invention relates to a piston compressor according to the preamble of claim 1.
  • Such piston compressors are used in all technical areas where there is a need for compressed air.
  • Such piston compressors are primarily used in the automotive industry for air suspension and / or air damping.
  • Such a piston compressor in a two-stage design is described for example in DE 197 15 291 AI.
  • This piston compressor consists of a low-pressure housing in which a cylindrical low-pressure chamber with a larger low-pressure piston and a cylindrical high-pressure chamber with a smaller high-pressure piston are formed.
  • the low-pressure chamber and the high-pressure chamber are located on a common axis, and the low-pressure piston and the high-pressure piston are formed into an integral pressure piston with a common piston rod.
  • the low pressure chamber has an inlet with an inlet check valve
  • the high pressure chamber has an outlet with an outlet check valve and both pressure chambers are connected by an overflow channel in which an overflow check valve is arranged.
  • a crank pin of a crankshaft engages in the common piston rod of the low-pressure piston and the high-pressure piston, which is driven, for example, by an electric motor and which rotates in a linear movement converted on the one-piece pressure piston. This linear movement results in an oscillating movement on the pressure piston.
  • the inlet check valve, the outlet check valve and the overflow check valve have sealing washers made of spring steel, which, as in the case of the inlet check valve and the overflow check valve, are fastened by a central screw and which sealingly cover several flow channels arranged on a partial circle, or which, as in Case of the outlet check valve, is held by a laterally offset screw and seal an adjacent flow channel.
  • the invention is therefore based on the object of developing a generic piston compressor whose check valves have a very low closing force and at the same time ensure a high level of tightness.
  • FIG. 1 a two-stage piston compressor in a schematic sectional illustration
  • FIG. 2 a detail of the piston compressor with the representation of the inlet check valve
  • FIG. 3 a detail of the piston compressor with the representation of the overflow check valve and the outlet check valve
  • FIG 4 a top view of the valve insert belonging to the overflow check valve.
  • a main part of a two-stage piston compressor consists of the actual piston compressor 1, a drive motor 2 and an air dryer unit 3.
  • the piston compressor 1 includes a valve housing 4 with a cylindrical inner space which is stepped in diameter and which fits into a low-pressure chamber 5 with a larger diameter and divided into a high pressure chamber 6 with a smaller diameter.
  • the low-pressure chamber 5 is sealed to the outside with a valve housing base 7 and the high-pressure chamber 6 with a valve housing cover 8.
  • the valve housing cover 8 is connected to the housing of the air dryer unit 3 or is made in one piece.
  • a one-piece compressor piston 9 is fitted into the interior of the valve housing 4, which accordingly consists of a low-pressure piston 10 with a larger diameter, a high-pressure piston 11 with a smaller diameter and a common piston rod 12.
  • a crankcase is formed, in which the connecting rod 13 of the crankshaft 14 of the drive motor 2 engages in a right-angled orientation.
  • the low pressure chamber 5 and the high pressure chamber 6 have connections to one another and to the outside.
  • This inlet check valve 15 includes a plurality of inlet openings 16 arranged on a common circular path and a first closure membrane 17 covering all inlet openings 16.
  • the closure membrane 17 is fitted into an internal countersunk bore which has a spherical or angled bore base.
  • a mushroom-like fastening element 18 attached in the middle fixes the closure membrane 17 and holds the closure membrane 17 under a slight tension on the bottom of the counterbore. In this case, this tension introduced by the fastening element 18 is selected such that the position of the first sealing membrane 17 is rotatable and does not stand out from the inlet openings 16 in the pressure-balanced state.
  • the closure membrane 17 and the fastening element 18 are embedded flush in the counterbore so that no volume of the low-pressure chamber 5 is lost.
  • an overflow check valve 20 is arranged in the mouth region of this overflow channel 19 on the high-pressure side, which functionally connects or separates the low-pressure chamber 5 and the high-pressure chamber 6.
  • the mouth of the overflow channel 19 is widened to form a chamber 21 which is kidney-shaped in cross section, the kidney shape following a circular path.
  • the overflow check valve 20 consists of a pot sleeve 22 made of plastic, the bottom of which rests on the end face of the high-pressure piston 11 and bears sealingly on the inner wall of the high-pressure chamber 6. In the area of the overflow channel 19, the cup sleeve 22 is broken.
  • the overflow check valve 20 also includes a specially designed valve holder 23 which is suitably inserted into the interior of the cup sleeve 22 and which is shown in more detail in FIG. 4.
  • This valve holder 23 accordingly has an outer shape which is aligned with the interior of the cup sleeve 22.
  • a cylindrical recess 24 is made from the side of the high-pressure chamber 6, the axis of which is arranged at a certain eccentricity amount from the axis of the high-pressure piston 11. This amount of eccentricity as well as the size and the radial position of the cylindrical recess 24 ensure that the cylindrical recess 24 lies in overlap with the kidney-shaped chamber 21 of the overflow channel 19.
  • the valve holder 23 is equipped outside of the cylindrical recess 24 with distributed fastening elements 25 for position-determining anchoring with the high-pressure piston 11.
  • first through hole 26 with a smaller diameter and a second through hole 27 with a larger diameter which are at the same or a different distance from the axis of the cylindrical recess 24 and which are in their position and in their extent are designed so that they overlap with the kidney-shaped chamber 21 of the overflow channel 19.
  • first through hole 26 and the second through hole 27 further through holes can be used in the same manner.
  • a free-fitting second sealing membrane 28 is fitted into the cylindrical recess 24 with such play that it is freely movable in the direction of rotation and in the axial direction and the annular space between the second sealing membrane 28 and the inner wall of the cylindrical recess 24 is suitable as an air passage.
  • the adjacent edges of the cylindrical recess 24 and the second sealing membrane 28 are rounded or broken.
  • the cylindrical recess 24 is also covered with a stop grid 29 which, on the one hand, limits the axial stroke of the second sealing membrane 28 and, on the other hand, allows a largely free passage of the released air stream.
  • the structure of the lattice struts is freely chosen, the openings in the stop lattice 29 being made so small that the second sealing membrane 28 cannot become jammed.
  • the breakthroughs can also be of different sizes.
  • the high-pressure chamber 6 has an outlet check valve 30 for connecting the high-pressure chamber 6 to a consumer line.
  • This outlet check valve 30 is arranged according to FIG. 3 between the valve housing 4 and the valve housing cover 8 and consists of a circumferentially clamped valve plate 31 and a third sealing membrane 32.
  • the valve plate 31 is filled and sealed against the valve housing 4 and against the valve housing cover 8 a plurality of outlet openings 33 arranged on a common pitch circle.
  • the third closure membrane 32 is designed as a ring and accordingly has a central flow bore 34.
  • the third closure membrane 32 is held between the valve plate 31 and the valve housing cover 8, while the flow bore 34 with its The diameter is designed to be sufficiently smaller than the pitch circle diameter of the diameter of the outlet openings that the outlet openings 33 are completely covered by the third closure membrane 32.
  • the third sealing membrane 32 is installed without structural pre-tensioning, so that the closing force results only from the material-specific internal tension.
  • the first sealing membrane 17 of the inlet check valve 15, the second sealing membrane 28 of the overflow check valve 28 and the third sealing membrane 32 of the outlet check valve 30 are made of plastic, in particular of an elastic polymer, which in the main has a high dielectric strength, is highly temperature-resistant and has elastic properties with memory Effect.
  • the rotating movement of the crankshaft 14 driven by the drive motor 2 is converted into an oscillating linear movement via the connecting rod 13 and transmitted to the valve piston 9.
  • the low-pressure piston 10 and the high-pressure piston 11 thus move between two opposite reversal points and thus form two low-pressure chamber 5 and high-pressure chamber 6, which change in volume.
  • the exposed second sealing membrane 28 comes into an inclined position and, due to radial force components, into a radial rotary movement which is directed from the smaller through bore 26 to the larger through bore 27 and which the position of the second sealing membrane 28 to the two through holes 26, 27 is constantly changing. This extends the service life of the second sealing membrane 28 significantly, since the load on the material of the sealing membrane 28 is distributed all around and thus premature overloading of only a certain point on the sealing membrane 28 is avoided.

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  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

Beschreibung
Ein- oder mehrstufiger Kolbenverdichter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Kolbenverdichter werden in allen technischen Bereichen eingesetzt, wo ein Bedarf an Druckluft besteht. In erster Linie kommen solche Kolbenverdichter in der Fahrzeugindustrie für die Luftfederung und/oder Luftdämpfung zur Anwendung.
Ein solcher Kolbenverdichter in einer zweigestuften Ausführung ist beispielsweise in der DE 197 15 291 AI beschrieben. Dieser Kolbenverdichter besteht aus einem Ner- dichtergehäuse, in dem eine zylindrische Νiederdruckkammer mit einem größeren Νie- derdrackkolben und eine zylindrische Hochdrackkammer mit einem kleineren Hochdruckkolben ausgebildet sind. Dabei befinden sich die Νiederdruckkammer und die Hochdruckkammer auf einer gemeinsamen Achse und der Νiederdruckkolben und der Hochdruckkolben sind zu einem einstückigen Druckkolben mit einer gemeinsamen Kolbenstange ausgeformt. Die Νiederdruckkammer besitzt einen Einlass mit einem Einlassrückschlagventil, die Hochdruckkammer besitzt einen Auslass mit einem Auslassrückschlagventil und beide Druckkammern sind durch einen Überströmkanal verbunden, in dem ein ÜberströmrUckschlagventil angeordnet ist. In die gemeinsame Kolbenstange des Νiederdruckkolbens und des Hochdruckkolbens greift in rechtwinkliger Ausrichtung ein Kurbelzapfen einer Kurbelwelle ein, die beispielsweise von einem Elektromotor angetrieben wird und die ihre rotierende Bewegung in eine linerare Bewegung am einteiligen Druckkolben umwandelt. Aus dieser linearen Bewegung ergibt sich am Druckkolben eine oszillierende Bewegung.
Das Einlassrückschlagventil, das Auslassrückschlagventil und das Überströmrückschlagventil besitzen Dichtscheiben aus Federstahl, die, wie im Falle des Einlass- rückscklagventiles und des Überströmrückschlagventiles, durch eine mittige Schraube befestigt sind und die in dichtender Weise mehrere auf einem Teilkreis angeordnete Strömungskanäle überdecken, oder die, wie im Fall des Auslassrückschlagventiles, durch eine seitlich versetzte Schraube gehalten wird und die einen daneben liegenden Strömungskanal abdichten.
Diese Rückschlagventile erfüllen ihre Aufgabe nur unzureichend. So ist festzustellen, dass die metallischen Dichtscheiben nicht ausreichend abdichten. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Schließkraft der Dichtscheiben ausschließlich durch die Eigenspannungen des Federstahles aufgebracht wird. Dieser Schließkraft wirkt oftmals noch eine Spannkraft entgegen, die von der Befestigungsschraube ausgeht und die im druckausgeglichenen Zustand eine glatte Auflage der Dichtscheibe verhindert. Undichtigkeiten treten auch dadurch auf, dass mit der Zeit Ermüdungserscheinungen an der Dichtscheibe auftreten und dass die Dichtscheiben aus diesem Grund nicht einwandfrei an der Dichtfläche anliegen. Zum Ausgleich dieser nachteiligen Wirkungen werden die Dichtscheiben in der Regel stärker ausgeführt. Das erhöht aber wiederum den Einbauraum einer solchen Dichtscheibe und verringert das Volumen der entsprechenden Druckkammer. Solche Kolbenverdichter sind dann nicht sehr leistungsfähig. Die durch die Nerstärkung der Dichtscheibe erzielte höhere Schließkraft erhöht aber gleichzeitig die erforderliche Öffnungskraft für den freien Durchfluss, die vom Systemdruck aufgebracht werden muss. Auch das verringert den Wirkungsgrad des Kolbenverdichters erheblich. Es hat sich auch gezeigt, dass das Material der Dichtscheiben wegen der hohen Frequenzen des Kolbenverdichters recht schnell ermüdet und daher nur eine geringe Lebensdauer der Dichtscheiben zu verzeichnen ist. Letztlich ist auch die Herstellung der Dichtscheiben aus Federstahl sehr aufwendig, da einerseits das Material schwer zu bearbeiten ist und andererseits hohe Anforderungen an die Qualität der Dichtfläche an der Dichtscheibe gestellt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen gattungsgemäßen Kolbenverdichter zu entwickeln, dessen Rückschlagventile eine sehr geringe Schließkraft aufweisen und gleichzeitig eine hohe Dichtigkeit gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7. Der neue Kolbenverdichter beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik.
Die Erfindung soll anhand eines Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert werden. Dazu zeigen:
Fig. 1: einen zweistufigen Kolbenverdichter in einer schematischen Schnittdar- stellung, Fig. 2: eine Einzelheit des Kolbenverdichters mit der Darstellung des Einlass- rückschlagventiles, Fig. 3: eine Einzelheit des Kolbenverdichters mit der Darstellung des Ü- berströmrückschlagventiles und des Auslassrückschlagventiles und Fig. 4: eine Draufsicht zum Überströrnrückschlagventil gehörenden Ventilein- satzes.
Nach der Fig. 1 besteht ein zweistufiger Kolbenverdichter in seinen Hauptbestandteilen aus dem eigentlichen Kolbenverdichter 1, einem Antriebsmotor 2 und einer Lufttrocknereinheit 3.
Zum Kolbenverdichter 1 gehört ein Nentilgehäuse 4 mit einem zylindrischen, im Durchmesser gestuften Innenraum, der sich in eine Νiederdruckkammer 5 mit einem größeren Durchmesser und in eine Hochdruckkammer 6 mit einem kleineren Durchmesser aufteilt. Die Niederdrackkammer 5 ist mit einem Nentilgehäuseboden 7 und die Hochdruckkammer 6 mit einem Nentilgehäusedeckel 8 dichtend nach außen verschlossen. Dabei ist der Ventilgehäusedeckel 8 mit dem Gehäuse der Lufttrocknereinheit 3 verbunden oder einstückig ausgeführt. In den Innenraum des Nentilgehäuses 4 ist ein einstückiger Verdichterkolben 9 eingepasst, der dementsprechend aus einem Νieder- druckkolben 10 mit einem größeren Durchmesser, einem Hochdruckkolben 11 mit einem kleineren Durchmesser und einer gemeinsamen Kolbenstange 12 besteht. Im äußeren Bereich der Kolbenstange 12 ist ein Kurbelgehäuse ausgebildet, in das in rechtwinkliger Ausrichtung das Pleuel 13 der Kurbelwelle 14 des Antriebsmotors 2 eingreift.
Die Νiederdruckkammer 5 und die Hochdruckkammer 6 besitzen Verbindungen unter- einander und nach außen.
So befindet sich gemäß der Fig. 2 im Ventilgehäuseboden 7 des Kolbenverdichters 1 ein Einlassrückschlagventil 15, das die Νiederdruckkammer 5 mit der Atmosphäre verbindet. Zu diesem Einlassrückschlagventil 15 gehören mehrere, auf einer gemeinsamen Kreisbahn angeordnete Einlassöffnungen 16 und eine, alle Einlassöffnungen 16 abdeckende, erste Verschlussmembran 17. Dabei ist die Verschlussmembran 17 in eine innenliegende Senkbohrung eingepasst, die einen balligen oder einen winkligen Boh- rungsgrund aufweist. Ein mittig angesetztes und pilzartiges Befestigungselement 18 fixiert die Verschlussmembran 17 und hält die Verschlussmembran 17 unter einer leichten Spannung auf den Grund der Senkbohrung. Dabei ist diese durch das Befestigungselement 18 eingebrachte Spannung so gewählt, dass die erste Verschlussmembran 17 in ihrer Position drehfällig ist und sich im druckausgeglichenen Zustand nicht von den Einlassöffnungen 16 abhebt. Außerdem sind die Verschlussmembran 17 und das Befestigungselement 18 bündig in die Senkbohrung eingelassen, damit kein Volumen der Νiederdruckkammer 5 verloren geht. So befindet sich weiterhin im Verdichterkolben 9 ein durchgängiger Überströmkanal 19, der die Niederdruckkammer 5 und die Hochdruckkammer 6 miteinander verbindet. Gemäß der Fig. 3 ist im hochdruckseitigen Mündungsbereich dieses Überströmkanals 19 ein Überströmrückschlagventil 20 angeordnet, das die Niederdruckkammer 5 und die Hochdruckkammer 6 funktionsbedingt miteinander verbindet oder trennt. Dazu ist die Mündung des Überströmkanals 19 zu einer im Querschnitt nierenförmigen Kammer 21 aufgeweitet, wobei die Nierenform einer Kreisbahn folgt.
Das Überströmrückschlagventil 20 besteht aus einer Topfmanschette 22 aus Kunststoff, die mit ihrem Boden auf die Stirnfläche des Hochdruckkolben 11 aufliegt und an der Innenwand der Hochdrackkammer 6 dichtend anliegt. Im Bereich des Überströmkanals 19 ist die Topfmanschette 22 durchbrochen.
Zum Überströmrückschlagventil 20 gehört weiterhin ein besonders ausgeführter Ventilhalter 23, der passend in den Innenraum der Topfmanschette 22 eingesetzt ist und der in der Fig. 4 näher gezeigt wird. Dieser Ventilhalter 23 besitzt demnach eine äußere Form, die auf den Innenraum der Topfmanschette 22 ausgerichtet ist. Von der Seite der Hochdruckkammer 6 ist eine zylindrische Ausnehmung 24 eingebracht, deren Achse um einen bestimmten Exzentrizitätsbetrag von der Achse des Hochdruckkolbens 11 entfernt angeordnet ist. Dieser Exentrizitätsbetrag sowie die Größe und die radiale Lage der zylindrischen Ausnehmung 24 gewährleisten, dass die zylindrische Ausnehmung 24 in Überdeckung mit der nierenförmigen Kammer 21 des Überströmkanals 19 liegt. Der Ventilhalter 23 ist außerhalb der zylindrischen Ausnehmung 24 mit verteilt angeordneten Befestigungselementen 25 zur lagebestimmenden Verankerung mit dem Hochdruckkolben 11 ausgerüstet.
Im äußeren radialen Bereich der zylindrischen Ausnehmung 24 befinden sich eine erste Durchgangsbohrung 26 mit einem kleineren Durchmesser und eine zweite Durchgangsbohrung 27 mit einem größeren Durchmesser, die einen gleichen oder unterschiedlichen Abstand zur Achse der zylindrischen Ausnehmung 24 aufweisen und die in ihrer Lage und in ihrer Ausdehnung so ausgelegt sind, dass sie mit der nierenförmigen Kammer 21 des Überströmkanals 19 in Überdeckung liegen. Neben der ersten Durchgangsbohrung 26 und der zweiten Durchgangsbohrung 27 können in gleicher Art weitere Durchgangsbohrungen eingesetzt werden. In die zylindrische Ausnehmung 24 ist eine frei aufliegende zweite Verschlussmembran 28 mit einem solchen Spiel eingepasst, dass sie in Drehrichtung und in axialer Richtung frei beweglich ist und der ringförmige Zwischenraum zwischen der zweiten Verschlussmembran 28 und der Innenwand der zylindrischen Ausnehmung 24 als Luftdurchtritt geeignet ist. Zur Verringerung der Reibungswiderstände sind die benachbarten Kanten der zylindrischen Ausnehmung 24 und der zweiten Verschlussmembran 28 abgerundet bzw. gebrochen ausgeführt. Die zylindrische Ausnehmung 24 ist weiterhin mit einem Anschlaggitter 29 abgedeckt, das einerseits den axialen Hub der zweiten Verschlussmembran 28 begrenzt und andererseits dem freigegebenen Drackluftstrom einen weitestgehend freien Durchtritt gewährt. Dabei ist die Struktur der Gitterstreben frei gewählt, wobei die Durchbrüche im Anschlaggitter 29 so klein ausgeführt sind, dass sich die zweite Verschlussmembran 28 nicht verklemmen kann. Die Durchbrüche können auch unterschiedlich groß sein.
Weiterhin besitzt die Hochdruckkammer 6 ein Auslassrückschlagventil 30 zur Verbindung der Hochdrackkammer 6 mit einer Verbraucherleitung. Dieses Auslassrückschlagventil 30 ist nach der Fig. 3 zwischen dem Ventilgehäuse 4 und dem Ventilgehäusedeckel 8 angeordnet und besteht aus einer am Umfang eingespannten Ventilplatte 31 und einer dritten Verschlussmembran 32. Die Ventilplatte 31 ist gegenüber dem Ventilgehäuse 4 und gegenüber dem Ventilgehäusedeckel 8 abgedichtet ausgefülirt und besitzt mehrere auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnete Auslassöffhungen 33. Die dritte Verschlussmembran 32 ist als ein Ring gestaltet und besitzt demnach eine mittige Durchflussbohrung 34. Mit ihrem Umfang ist die dritte Verschlussmembran 32 zwischen der Ventilplatte 31 und dem Ventilgehäusedeckel 8 festgehalten, während die Durchflussbohrang 34 mit ihrem Durchmesser so ausreichend kleiner als der Teilkreis- durchmesser der Durchmesser der Auslassöffhungen ausgelegt ist, dass die Auslassöffnungen 33 von der dritten Verschlussmembran 32 voll überdeckt werden. Die dritte Verschlussmembran 32 ist ohne konstruktive Vorspannung eingebaut, so dass sich die Schließkraft nur aus der materialspezifischen Eigenspannung ergibt. Die erste Verschlussmembran 17 des Einlassrückschlagventiles 15, die zweite Verschlussmembran 28 des Überströmrückschlagventiles 28 und die dritte Verschlussmembran 32 des Auslassrückschlagventiles 30 bestehen aus Kunststoff, insbesondere aus einem elastischen Polymer, das in der Hauptsache eine hohe Durchschlagsfestigkeit besitzt, hoch temperaturbeständig ist und elastische Eigenschaften mit Memory-Effekt aufweist.
Während des Betriebes wird die drehende Bewegung der vom Antriebsmotor 2 angetriebenen Kurbelwelle 14 über das Pleuel 13 in eine oszillierende Linearbewegung umgewandelt und auf den Ventilkolben 9 übertragen. Damit bewegen sich gleichermaßen der Niederdruckkolben 10 und der Hochdruckkolben 11 zwischen zwei gegenüberliegenden Umkehrpunkten und bilden so zwei sich im Volumen wechselweise verändernde Niederdrackkammer 5 und Hochdruckkammer 6.
Dabei entsteht bei einer sich vergrößernden Niederdrackkammer 5 ein solcher Unterdrück, der die erste Verschlussmembran 17 an seinem äußeren Umfang anheben und Außenluft durch die Einlassöffhungen 16 einströmen lässt. Dieser Öffhungsdruck ergibt sich aus der Summe der Materialspannung der Verschlussmembran 17 und der einbaubedingten Vorspannung an der Verschlussmembran 17. Gleichzeitig schließt der Unterdrück die zweite Verschlussmembran 28 des Überströmrückschlagventiles 20. Am oberen Umkehrpunkt der Bewegung des Ventilkolbens 9 stellt sich an der ersten Verschlussmembran 17 ein ausgeglichener Druck zwischen der Niederdruckkammer 5 und der Atmosphäre ein, wodurch die Verschlussmembran 17 durch die genannten Kräfte der Vorspannung auf die Einlassöffhungen 16 gedrückt wird und diese verschließt. Auf Grund der optimalen Auswahl der Material- und Einbauspannungen treten einerseits beim Ansaugen geringste Durchflusswiderstände auf und schließt andererseits die erste Verschlussmembran 17 in kürzester Zeit nach dem Erreichen des oberen Umkehrpunktes. Das verbessert den Wirkungsgrad des Kolbenverdichters erheblich. Mit der umgekehrten Bewegung des Ventilkolbens 9 wird die Niederdruckkammer 5 verkleinert, so dass die dort eingespannte Luft unter Druck durch den Überströmkanal 19 zur Hochdruckkammer 6 befördert wird. Dabei strömt die Luft zunächst in die nieren- förmige Kammer 21 des Überströmkanales 19 und belastet von dort die zweite Verschlussmembran 28 im Bereich und im Umfang der ersten Durchgangsbohrung 26 und der zweiten Durchgangsbohrung 27. Damit wirkt über die erste Durchgangsbohrang 26 eine erste Öfϊhungskraft und über die zweite Durchgangsbohrung 27 eine zweite Öffnungskraft auf die zweite Verschlussmembran 28 ein, die beide parallel zueinander wirken. Diese beiden Kräfte sind so unterschiedlich, wie die Querschnitte der beiden Durchgangsbohrungen 26 und 27. Damit kommt die freiliegende zweite Verschlussmembran 28 in eine Schieflage und durch radiale Kraftkomponenten in eine radiale Drehbewegung, die von der kleineren Durchflussbohrung 26 zur größeren Durchflussbohrung 27 gerichtet ist und die die Lage der zweiten Verschlussmembran 28 zu den beiden Durchgangsbohrungen 26, 27 stetig verändert. Das verlängert die Lebensdauer der zweiten Verschlussmembran 28 entscheidend, da die Belastung des Materials der Verschlussmembran 28 umlaufend verteilt wird und somit eine vorzeitige Überlastung nur einer bestimmten Stelle der Verschlussmembran 28 vermieden wird. Eine solche Überlastung führt schnell zum Durchschlagen und zu einem Ausfall des Überströmrückschlagventiles 20. Die freiliegende zweite Verschlussmembran 28 setzt dem durchfließenden Druckluftstrom nur einen geringsten Widerstand entgegen. Am unteren Umkehrpunkt der Bewegung des Ventilkolbens 9 stellt sich wieder ein ausgeglichener Druck zwischen der Niederdruckkammer 5 und der Hochdruckkammer 6 ein, der das Überströmrückschlagventil 20 schließen lässt. Durch die freie und reibungsarme Führung der zweiten Verschlussmembran 28 erfolgt die Schließung äußerst reaktionsschnell.
Mit der die Hochdruckkammer 6 verkleinernden Bewegung des Ventilkolbens 9 wird die in der Hochdruckkammer 6 eingeschlossene Druckluft über das Auslassrückschlag- ventil 30 verdrängt. Dabei passiert die Druckluft die von der dritten Verschlussmembran 32 freigegebenen Auslassöffnungen 33. Am oberen Umkehrpunkt der Bewegung des Ventilkolbens 9 schließt das Auslassrückschlagventil 30 wiederum äußerst reaktionsschnell.
Liste der Bezugszeichen
1 Kolbenverdichter
2 Antriebsmotor
3 Lufttrocknereinheit
4 Ventilgehäuse
5 Niederdruckkammer
6 Hochdrackkammer
7 Ventilgehäuseboden
8 Ventilgehäusedeckel
9 Verdichterkolben
10 Niederdruckkolben
11 Hochdruckkolben
12 Kolbenstange
13 Pleuel
14 Kurbelwelle
15 Einlassrückschlagventil
16 Einlassöffhungen
17 Erste Verschlussmembran
18 Befestigungselement
19 Überströmkanal
20 Überströmrückschlagventil
21 Nierenförmige Kammer
22 Topfmanschette
23 Ventilhalter
24 Zylindrische Ausnehmung
25 Befestigungselement
26 Erste Durchgangsbohrang
27 Zweite Durchgangsbohrung Zweite Verschlussmembran Anschlaggitter Auslassrückschlagventil Ventilplatte Dritte Verschlussmembran Auslassöfϊhung Durchflussbohrung

Claims

Patentansprüche
1. Ein oder mehrstufiger Kolbenverdichter, bestehend aus einem Ventilgehäuse (4) und einem verschiebbaren, von einem Antriebsmotor (2) linear oszillierend angetriebenen und einstückig ausgebildeten Ventilkolben (9), wobei
- der einstufige Kolbenverdichter eine volumenveränderliche Druckkammer mit einem Einlassrückschlagventil (15) und mit einem Auslassrückschlagventil (30) besitzt und
- der mehrstufige Kolbenverdichter mindestens eine volumenveränderliche Niederdruckkammer (5) mit dem Einlassrückschlagventil (15) und mindestens eine volumenveränderliche Hochdruckkammer (6) mit dem Auslassrückschlagventil (30) besitzt, der Ventilkolben (9) aus einem Niederdrackkolben (10) und einem Hochdruckkolben (11) bestellt und die Niederdrackkammer (5) und die Hochdrackkammer (6) über einen Ü- berströmkanal (19) miteinander verbunden sind, in dem ein in Richtung zur Hochdruckkammer (6) öffnendes Überströmrückschlagventil (20) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassrückschlagventil (15) mit einer ersten Verschlussmembran (17) und das Ausgangsruckschlagventil (30) mit einer dritten Verschlussmembran (32) ausgerüstet sind und die beiden Verschlussmembranen (17, 32) aus einem elastischen Polymer mit einer hohen Durchschlagsfestigkeit, mit einer hohen Temperaturverträglichkeit und mit Memoryeigenschaften bestehen.
2. Ein- oder mehrstufiger Kolbenverdichter nach Anspruch , bei dem das Einlassrückschlagventil (15) mit mehreren auf einem Teilkreis angeordneten Einlassöffnungen (16) ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verschlussmembran (17) des Einlass- rückschlagventiles (15) in eine Senkbohrung des Ventilgehäusebodens (7) mit einem balligen oder winkligen Bohrungsgrund eingepasst ist und durch ein mittig angesetztes und pilzartiges Befestigungselement (18) unter Spannung fixiert ist, wobei das Befestigungselement (18) nur soweit in die Serikbohrang eintaucht, dass es mit der Innenfläche des Ventilgehäusebodens (7) bündig abschließt und die erste Verschlussmembran (17) nur soweit vorspannt, dass die Verschlussmembran (17) noch drehbar bleibt.
3. Ein- oder mehrstufiger Kolbenverdichter nach Ansprach 1, bei dem das Ausgangsruckschlagventil (30) mehrere auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordneten Auslassöffnungen (33) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (33) in eine Ventilplatte (31) eingebracht sind, die zwischen dem Ventilgehäuse (4) und einem Ventilgehäusedeckel (8) eingespannt ist und die dritte Verschlussmembran (32) als Ring ausgebildet ist und mit ihrem äußeren Umfang ohne Spannung zwischen der Ventilplatte (31) und dem Ventilgehäusedeckel (8) gehalten ist, wobei die dritte Verschlussmembran (32) die Auslassöffnungen (33) mit seinem inneren Umfang überdeckt.
4. Mehrstufiger Kolbenverdichter nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei das Ü- berströmrückschlagventil (20) mit einer Dichtscheibe ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Überströmkanal (19) in mindestens zwei Durchgangsbohrungen (26, 27) mündet und die Dichtscheibe des Überströmrückschlag- venti- les (20) als eine lose geführte und hubbegrenzte Verschlussmembran (28) ausgebildet ist, wobei die Durchgangsbohrungen (26, 27) des Überströmkanals (19) unterschiedliche Durchmesser aufweisen und sich auf einem gemeinsamen Teilkreis mit einem radialen Abstand zur Achse der Verschlussmembran (28) angeordnet sind und von der Verschlussmembran (28) vollständig abgedeckt sind.
5. Mehrstufiger Kolbenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmembran (28) aus einem elastischen Polymer mit einer hohen Durchschlagsfestigkeit, mit einer hohen Temperaturverträg- lieh- keit und mit Memoryeigenschaften besteht.
6. Mehrstufiger Kolbenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmembran (28) in eine Ausnehmung (24) eines Ventilhalters (23) eingepasst und durch ein Anschlaggitter (29) abgedeckt ist.
7. Mehrstufiger Kolbenverdichter nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Durchflussbohrungen (26, 27) mit unterschiedlichen Durchmessers in die zylindrische Ausnehmung (24) des Ventilhalters (23) eingebracht sind und Verbindung zum Überströmkanal (19) besitzen, wobei der Überströmkanal (19) im Mündungsbereich als eine nierenförmige Kammer (21) ausgebildet ist.
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