EP2363606B1 - Kompressorventil zum Steuern einer Kolbenmaschine - Google Patents

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EP2363606B1
EP2363606B1 EP20100005035 EP10005035A EP2363606B1 EP 2363606 B1 EP2363606 B1 EP 2363606B1 EP 20100005035 EP20100005035 EP 20100005035 EP 10005035 A EP10005035 A EP 10005035A EP 2363606 B1 EP2363606 B1 EP 2363606B1
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EP
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valve
sealing element
seat
bore
compressor
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EP20100005035
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EP2363606A2 (de
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Peter Rausch
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BORSIG COMPRESSOR PARTS GMBH
Original Assignee
Borsig Compressor Parts GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F04B39/1006—Adaptations or arrangements of distribution members the members being ball valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/1002—Ball valves
    • F04B53/1007—Ball valves having means for guiding the closure member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/1002—Ball valves
    • F04B53/101—Ball valves having means for limiting the opening height
    • F04B53/1012—Ball valves having means for limiting the opening height and means for controlling the opening height

Definitions

  • the invention relates to a compressor valve for controlling a piston engine for the inlet of a gas into the working space or the outlet of a gas from the working space of the piston machine with at least one valve seat, a valve catcher and a sealing element.
  • a compressor with a valve mechanism in which a gas passage is formed which has first and second end portions facing one another for passage of a gaseous fluid.
  • a valve seat member is press-fitted into the first end portion of the gas passage, and thus a valve chamber is defined.
  • a valve body for preventing backflow of the gaseous fluid upon contact of the valve body with the valve seat member is movably disposed in the valve chamber.
  • a valve stopper for preventing displacement of the valve body is provided, wherein the gas passage is not closed.
  • an air or gas compressor which is constructed with a series of small, separate, independent openings from the suction passage.
  • the openings are arranged in a circle with a larger diameter than the inner diameter of the cylinder in the cylinder head or around the cylinder end with a small lightweight suction valve, which is mounted on each opening.
  • the suction valves are fitted in recesses in the cylinder end and are held upwards by springs against a seat on the underside of the cylinder head.
  • a compressor which uses a ball as a sealing element, which is stabilized by a spring on its valve seat.
  • the spring is housed in a recess in the valve catcher.
  • a ball valve having a housing, a ball and a sleeve.
  • a radially inwardly projecting inner collar is provided in each case, which has an annular groove whose bottom is located in a radial plane into which a ring seat is inserted.
  • a gutter is formed on the inner collar, which is umbiegbar against the ring seat so that it is fixed by the bent gutter to the annular groove. This prevents deformation of the ring seat when the ball valve is exposed to high pressures and temperatures.
  • a check valve for vacuum pumps having a valve housing forming a passageway with an inlet end and an outlet end.
  • the valve has an elastomeric insert, which is arranged in the valve housing between the inlet end and the outlet end and forms a valve seat.
  • a ball arranged to bear against the valve seat to prevent the passage of gaseous media from the outlet end to the inlet end. The ball is displaceable in operation by a gaseous pressurized medium in the inlet end of the valve seat to allow the passage of the gaseous medium from the inlet end to the outlet end.
  • Ring and Poppet valves with profiled valve elements are suitable for use under difficult conditions, because due to the ring geometry better flow and sealing than with a plate valve can be expected.
  • a disadvantage of the self-cleaning is that the sealing elements are stressed substantially at one point on the circumference by the rotational movement about the central axis. Thus, wear always takes place always at the same place on the circumference of the sealing element, since only one degree of freedom is present.
  • the invention has for its object to provide for a piston engine, in particular a compressor or a vacuum pump, a compressor valve in which the respective sealing element has a plurality of degrees of freedom, so that a uniform wear is given in the respective sealing element, and sticking due to a strong Reduces pollution caused by contaminated gases, deposits and residual oil and the abrasion of piston rings and guide rings and a better tightness is achieved and a simple and cost-effective production, repair and maintenance is possible.
  • the sealing element between the valve seat and the valve catcher is arranged, wherein the valve seat and the valve catcher are designed in two pieces.
  • the sealing element rests in Valve seat on a seat bar, which is circumferentially attached to one end of a collar bushing or bore in the valve seat.
  • the sealing element is held in a receptacle which is attached to one end of the valve catcher.
  • the seat bar is formed profiled on the collar bushing or bore.
  • the seat bar is formed depending on the diameter of the sealing element and the diameter of the collar bushing or bore at a predetermined angle. Due to the adaptation of the seat bar to the diameter of the sealing element, a sealing of the sealing element is always ensured centrally on the seat bar, so that the sealing element is always located centrally in a stable working position.
  • the sealing element on the collar bush or the bore with the seat bar has a line contact, wherein the line contact of the sealing element is connected to a higher density of the valve and reduces sticking of the sealing element.
  • a geometric shape is advantageous, which is adapted to the shape of the sealing element.
  • valve catcher is equipped with a socket in which a spring is accommodated which engages with the sealing member at a predetermined tension.
  • Fig. I is a sectional view of a compressor valve for a piston engine with at least one sealing element 03 is shown, which is designed in the form of a spherical shape.
  • the compressor valve comprises at least one valve seat 01 and a valve catcher 02, wherein the sealing element 03 is arranged between the valve seat and the valve catcher.
  • the sealing element 03 is mounted above a mounted in the valve seat collar bushing 04 or bore 06 and immersed in the collar bush or bore to about a quarter of its surface.
  • Fig. II is a partial sectional view of a detail of a compressor valve for a piston engine is shown, wherein the sealing element 03 rests in the immersed to about a quarter of the surface layer above the collar bushing 04 on a circumferential seat rail 05.
  • the circumferential seat bar 05 may be attached to the upper end of the collar bushing 04 or the bore 06 when the collar bush 04 is waived.
  • the proposed collar bushing 04 is arranged in the bore 06 in the valve seat 01.
  • the sealing element 03 is held in a receptacle 07 which is mounted in the valve catch 02 relative to the valve seat 01, with a distance relative to the seat rail 05 in the valve seat 01.
  • the receptacle 07 in the valve catcher 02 is in the immediate vicinity of End of a sleeve 08 is provided, which is mounted in a recess in the valve catch 02.
  • a spring 09 is housed in the socket 08 .
  • the spring 09 presses with a predetermined force on the sealing element 03, so that the sealing element is under a predetermined voltage.
  • the sealing element 03 is less than half of its surface immersed in the valve catcher 02.
  • sealing element 03 Due to the spherical shape of the sealing element 03 there is the possibility that the sealing element can rotate freely in all directions in the gas flow. Due to the free mobility of the sealing element 03 occurring wear of the sealing element is transmitted not only to a limited circumferential point of the sealing element, but on the entire surface of the sealing element. Due to the distribution of the occurring wear on the entire surface of the sealing element 03 a longer service life for the sealing element and thus for the compressor valve and the entire compressor system is achieved in this way.
  • the sealing elements 03 have only a line contact, which leads to a better tightness and also significantly reduces the problem of sticking the sealing elements.
  • the sealing element 03 When opening the valve, the sealing element 03 is moved by the seat bar 05 in the receptacle 07 for the sealing element, wherein the spring 09, which is guided in the sleeve 08, stretched and thus the sealing element 03 is damped.
  • the prestressed spring 09 acts in a time-supporting manner on the sealing element 03, so that leaks during the closing process are suppressed.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Kompressorventil zum Steuern einer Kolbenmaschine für den Einlass eines Gases in den Arbeitsraum oder den Auslass eines Gases aus dem Arbeitsraum der Kolbemaschine mit mindestens einem Ventilsitz, einem Ventilfänger und einem Dichtelement.
  • Aus der DE 100 10 566 A1 ist ein Kompressor mit einem Ventilmechanismus bekannt, bei dem ein Gasdurchgang gebildet ist, der zur Durchleitung eines gasförmigen Fluids einen ersten und zweiten Endabschnitt aufweist, die sich gegenüberliegen. Ein Ventilsitzelement ist in den ersten Endabschnitt des Gasdurchgangs presseingepasst, und so wird auf diese Weise eine Ventilkammer definiert. Ein Ventilkörper zum Verhindern eines Rückflusses des gasförmigen Fluids beim Anliegen des Ventilkörpers auf dem Ventilsitzelement ist in der Ventilkammer bewegbar angeordnet. An dem zweiten Ende des Gasdurchgangs ist ein Ventilanschlag zum Verhindern einer Verschiebung des Ventilkörpers vorgesehen, wobei der Gasdurchgang nicht geschlossen wird.
  • Weiter ist aus der GB 253 654 A ein Luft- oder Gaskompressor bekannt, der mit einer Reihe von kleinen, getrennten, unabhängigen Öffnungen vom Saugdurchgang aus konstruiert ist. Dabei sind die Öffnungen in einem Kreis mit größerem Durchmesser als der innere Durchmesser des Zylinders im Zylinderkopf oder um das Zylinderende mit einem kleinen leichten Saugventil angeordnet, das auf jeder Öffnung angebracht ist. Die Saugventile sind in Ausnehmungen im Zylinderende eingepasst und werden aufwärts durch Federn gegen einen Sitz auf der Unterseite des Zylinderkopfes gehalten.
  • Aus der FR 1 091 988 A ist ein Kompressor bekannt, der als Dichtelement eine Kugel verwendet, die über eine Feder auf ihrem Ventilsitz stabilisiert wird. Die Feder ist in einer Ausnehmung im Ventilfänger untergebracht.
  • Weiterhin ist aus der DE 196 25 646 A1 ein Kugelventil bekannt, das ein Gehäuse, eine Kugel und eine Büchse aufweist. In der Büchse ist jeweils ein radial nach innen vorstehender Innenbund vorgesehen, der eine Ringnut besitzt, deren Boden in einer Radialebene liegt, in die ein Ringsitz eingesetzt ist. Auf der dem Boden der Ringnut gegenüberliegenden Seite ist an dem Innenbund ein Bundsteg ausgebildet, der gegen den Ringsitz umbiegbar ist, damit dieser von dem umgebogenen Bundsteg an der Ringnut fixiert ist. Dadurch wird eine Verformung des Ringsitzes verhindert, wenn das Kugelventil hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt ist.
  • Aus der EP 1 400 690 A2 ist noch ein Rückschlagventil für Vakuumpumpen mit einem Ventilgehäuse bekannt, das einen Durchgangskanal mit einem Einlassende und einem Auslassende bildet. Dabei weist das Ventil einen elastomerischen Einsatz auf, der in dem Ventilgehäuse zwischen dem Einlassende und dem Auslassende angeordnet ist und einen Ventilsitz bildet. Weiterhin ist eine Kugel vorgesehen, die so angeordnet ist, dass diese sich gegen den Ventilsitz legt, um den Durchgang von gasförmigen Medien vom Auslassende zum Einlassende zu verhindern. Die Kugel ist im Betrieb durch ein gasförmiges druckbeaufschlagtes Medium im Einlassende vom Ventilsitz verdrängbar, um den Durchgang des gasförmigen Mediums vom Einlassende zum Auslassende zu ermöglichen.
  • In Kolbenkompressoren eingesetzte Arbeitsventile unterliegen durch verunreinigte Gase, Ablagerungen und Ölrückstände und den Abrieb von Kolbenringen und Führungsringen einer starken Verschmutzung.
  • Für den Einsatz unter den erschwerten Bedingungen eignen sich Ring- und Poppetventile mit profilierten Ventilelementen, weil aufgrund der Ringgeometrie eine bessere Strömung und Abdichtung als bei einem Plattenventil zu erwarten ist.
  • Durch das Anströmen der Dichtelemente werden diese einer Drehbewegung ausgesetzt und somit einer Selbstreinigung unterzogen.
  • Nachteilig bei der Selbstreinigung ist, dass durch die Drehbewegung um die Mittelachse die Dichtelemente im wesentlichen an einer Stelle am Umfang beansprucht werden. Damit findet ein Verschleiß vor allem stets an der gleichen Stelle am Umfang des Dichtelements statt, da nur ein Freiheitsgrad vorhanden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Kolbenmaschine, insbesondere ein Kompressor oder eine Vakuumpumpe, ein Kompressorventil zu schaffen, bei dem das jeweilige Dichtelement mehrere Freiheitsgrade aufweist, so dass eine gleichmäßige Abnutzung bei dem jeweiligen Dichtelement gegeben ist, und ein Kleben aufgrund einer starken Verschmutzung durch verunreinigte Gase, durch Ablagerungen und Ölrückstände und den Abrieb von Kolbenringen und Führungsringen reduziert und eine bessere Dichtigkeit erzielt wird und eine einfache und kostengünstige Herstellung, Reparatur und Wartung möglich ist.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Kompressorventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Als vorteilig hat sich herausgestellt, wenn ein Dichtelement in einer kugelförmigen Gestalt verwendet wird. Dabei ist das Dichtelement zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilfänger angeordnet, wobei der Ventilsitz und der Ventilfänger zweistückig ausgeführt sind. Das Dichtelement ruht im Ventilsitz auf einer Sitzleiste, die umlaufend an einem Ende einer Kragenbuchse oder Bohrung im Ventilsitz angebracht ist. Im Ventilfänger ist das Dichtelement in einer Aufnahme gehalten, die an einem Ende des Ventilfängers angebracht ist.
  • Von besonderem Vorteil ist, dass die Sitzleiste an der Kragenbuchse oder Bohrung profiliert ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die Sitzleiste in Abhängigkeit vom Durchmesser des Dichtelements und Durchmesser der Kragenbuchse oder Bohrung mit einem vorbestimmten Winkel ausgebildet. Aufgrund der Anpassung der Sitzleiste an den Durchmesser des Dichtelements ist eine Abdichtung des Dichtelements immer mittig auf der Sitzleiste gewährleistet, so dass sich das Dichtelement stets mittig in einer stabilen Arbeitslage befindet.
  • Weiter ist von Vorteil, dass das Dichtelement auf der Kragenbuchse oder der Bohrung mit der Sitzleiste einen Linienkontakt aufweist, wobei der Linienkontakt des Dichtelements mit einer höheren Dichtigkeit des Ventils verbunden ist und ein Kleben des Dichtelements reduziert.
  • Für die Aufnahme des Dichtelements in dem Ventilfänger ist eine geometrische Form von Vorteil, die an die Form des Dichtelements angepasst ist.
  • Weiterhin hat sich als Vorteil erwiesen, wenn der Ventilfänger mit einer Buchse ausgerüstet ist, in welcher eine Feder untergebracht ist, die mit dem Dichtelement mit einer vorbestimmten Spannung in Eingriff steht.
  • Weitere Merkmale und Vorteile des Kompressorventils ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung.
  • Dabei zeigt:
    • Fig. I eine Ansicht im Schnitt eines Kompressorventils nach der Erfindung mit Dichtelementen und Kragenbuchsen und
    • Fig. II eine Teilansicht im Schnitt durch den Ventilsitz und Ventilfänger eines Kompressorventils nach der Erfindung mit einem Dichtelement und einer Kragenbuchse.
  • In Fig. I ist eine Ansicht im Schnitt eines Kompressorventils für eine Kolbenmaschine mit wenigstens einem Dichtelement 03 dargestellt, das in der Form einer kugelförmigen Gestalt ausgeführt ist.
  • Das Kompressorventil umfasst mindestens einen Ventilsitz 01 und einen Ventilfänger 02, wobei das Dichtelement 03 zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilfänger angeordnet ist. Das Dichtelement 03 ist oberhalb einer im Ventilsitz angebrachten Kragenbuchse 04 oder Bohrung 06 gelagert und taucht in die Kragenbuchse oder Bohrung zu ungefähr einem Viertel seiner Oberfläche ein.
  • In Fig. II ist eine Teilansicht im Schnitt einer Einzelheit eines Kompressorventils für eine Kolbenmaschine gezeigt, wobei das Dichtelement 03 in der zu ungefähr einem Viertel der Oberfläche eingetauchten Lage oberhalb der Kragenbuchse 04 auf einer umlaufenden Sitzleiste 05 ruht. Die umlaufende Sitzleiste 05 kann am oberen Ende der Kragenbuchse 04 oder der Bohrung 06 angebracht sein, wenn auf die Kragenbuchse 04 verzichtet wird. Die vorgesehene Kragenbuchse 04 ist in der Bohrung 06 im Ventilsitz 01 angeordnet.
  • Weiterhin ist nach Fig. II das Dichtelement 03 in einer Aufnahme 07 gehalten, die im Ventilfänger 02 gegenüber dem Ventilsitz 01 angebracht ist, und zwar mit einem Abstand gegenüber der Sitzleiste 05 im Ventilsitz 01. Die Aufnahme 07 im Ventilfänger 02 ist in unmittelbarer Nähe des Endes einer Buchse 08 vorgesehen, die in einer Ausnehmung im Ventilfänger 02 angebracht ist. In der Buchse 08 ist eine Feder 09 untergebracht. Die Feder 09 drückt mit einer vorbestimmten Kraft auf das Dichtelement 03, so dass das Dichtelement unter einer vorbestimmten Spannung steht. Das Dichtelement 03 ist weniger als zur Hälfte seiner Oberfläche in dem Ventilfänger 02 eingetaucht.
  • Aufgrund der kugelförmigen Gestalt des Dichtelements 03 ist die Möglichkeit gegeben, dass sich das Dichtelement im Gasstrom in alle Richtungen frei drehen kann. Durch die freie Beweglichkeit des Dichtelements 03 wird ein auftretender Verschleiß des Dichtelements nicht nur auf eine begrenzte Umfangsstelle des Dichtelements, sondern auf die gesamte Oberfläche des Dichtelements übertragen. Durch die Verteilung des auftretenden Verschleißes auf die gesamte Oberfläche des Dichtelements 03 wird auf diese Weise eine längere Standzeit für das Dichtelement und damit für das Kompressorventil und die gesamte Kompressoranlage erzielt.
  • Durch den Einsatz von wärmebehandelten, profilierten Kragenbuchsen 04 mit Sitzleisten 05 haben die Dichtelemente 03 nur einen Linienkontakt, was zu einer besseren Dichtigkeit führt und auch das Problem des Klebens der Dichtelemente erheblich reduziert.
  • Weiterhin vorteilig ist, dass durch die Geometrie der kugelförmigen Dichtelemente 03 eine Torsion ausgeschlossen ist, was gerade im Zusammenhang mit leichten Gasen, wie zum Beispiel Wasserstoff, bei einer Ventilplatte oder Ventilringen zu größeren Leckagen führt.
  • Beim Öffnen des Ventils wird das Dichtelement 03 von der Sitzleiste 05 in die Aufnahme 07 für das Dichtelement bewegt, wobei die Feder 09, die in der Buchse 08 geführt ist, gespannt und somit das Dichtelement 03 bedämpft wird.
  • Beim Schließvorgang des Ventils wirkt die vorgespannte Feder 09 zeitlich unterstützend auf das Dichtelement 03 ein, so dass Leckagen beim Schließvorgang unterdrückt werden.

Claims (3)

  1. Kompressorventil zum Steuern einer Kolbenmaschine für den Einlass eines Gases in den Arbeitsraum oder den Auslass eines Gases aus dem Arbeitsraum der Kolbemaschine mit mindestens einem Ventilsitz (01), einem Ventilfänger (02) und einem Dichtelement (03), wobei das Dichtelement (03) eine kugelförmige Gestalt aufweist und zwischen dem Ventilsitz (01) und dem Ventilfänger (02) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (01) und der Ventilfänger (02) zweistückig ausgeführt sind, dass das Dichtelement (03) im Ventilsitz (01) auf einer Sitzleiste (05) ruht, die umlaufend an einem Ende einer Kragenbuchse (04) oder einer Bohrung (06) im Ventilsitz (01) angebracht ist, dass das Dichtelement (03) im Ventilfänger (02) in einer Aufnahme (07) gehalten ist, die an einem Ende des Ventilfängers (02) angebracht ist, dass die Sitzleiste (05) an der Kragenbuchse (04) oder der Bohrung (06) profiliert ausgebildet ist, dass die Sitzleiste (05) in Abhängigkeit vom Durchmesser des Dichtelements (03) und Durchmesser der Kragenbuchse (04) oder der Bohrung (06) mit einem vorbestimmten Winkel ausgebildet ist, dass das Dichtelement (03) mittig auf der Sitzleiste (05) in einer stabilen Arbeitslage angeordnet ist, dass das Dichtelement (03) auf der Kragenbuchse (04) oder Bohrung (06) mit der Sitzleiste (05) einen Linienkontakt aufweist, dass der gebildete Linienkontakt zwischen Sitzleiste (05) und Dichtelement (03) eine hohe Dichtigkeit des Ventils sicherstellt und ein Kleben des Dichtelements (03) reduziert.
  2. Kompressorventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (07) für das Dichtelement (03) in dem Ventilfänger (02) mit einer geometrischen Form versehen ist, welche an die Form des Dichtelements (03) für einen schmalen Linienkontakt angepasst ist.
  3. Kompressorventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilfänger (02) eine in einer Buchse (08) untergebrachte Feder (09) aufweist und dass die Feder (09) mit einer vorbestimmten Spannung mit dem Dichtelement (03) in Eingriff steht.
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