JP6872539B2 - ポペットバルブ及びポペットバルブを含むピストンコンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、特許請求項１の前提部分によるピストンコプレッサ用ポペットバルブに関する。

（特許文献１）は、コプレッサ用ポペットバルブを開示している。このポペットバルブには、比較的高い度合いの摩耗が見られる。さらに、このポペットバルブには比較的高い圧力損失が見られる。（特許文献２）は、別のコンプレッサ用ポペットバルブを開示している。このポペットバルブにも、比較的高い度合いの摩耗と、依然として比較的高い圧力損失が見られる。

米国特許出願公開第２０１０／００９０１４９号明細書 米国特許第４４８９７５２号明細書

本発明の目的は、より有利な動作特性を有する、ピストンコンプレッサ用ポペットバルブを設計することである。

本発明の目的は、特許請求項１の特徴を有するポペットバルブによって達成される。従属項２〜１６は、本発明の別の有利な実施形態に関する。本発明の目的はまた、特許請求項１７の特徴を有するポペットバルブのための閉止要素によっても達成される。

この目的は特にピストンコンプレッサ用ポペットバルブによって達成され、このポペットバルブは、ケージと、複数の吸込みダクトを持つバルブ胴体と、を有しており、各吸込みダクトはバルブシート内へ開口し、また、軸方向に移動可能な複数の閉止要素を含んでおり、各吸込みダクトに１つの閉止要素が割り当てられており、バルブシートは、軸方向において関連する閉止要素と反対の位置に配置されており、バルブシートが閉止要素によって閉止可能であり、ばねはケージと閉止要素との間に、閉止要素にバルブシートに向けられた与圧荷重が付加されるようにするために配置されており、ケージ上には案内部が配置され、これは軸方向に延び、その上で閉止要素が軸方向に移動可能に案内されており、閉止要素は閉止ヘッドと案内区間を含んでおり、閉止ヘッドと案内区間は軸方向において相互に追従しており、閉止要素は案内区間から先へと案内内部空間を有し、これは軸方向において閉止要素の内部へと閉止ヘッドの方向に延び、その中に案内部も延びており、閉止ヘッドは軸方向において案内区間に向かって最大円周まで広がる端面（Ｓｔｉｒｎｓｅｉｔｅ）を有しており、最大円周は円周中心点Ｍ_Ｆを有しており、案内内部空間は閉止ヘッドの方向に、少なくとも円周中心点Ｍ_Ｆが案内内部空間内に入る程度まで延びる。

要求によって、バルブ胴体は異なる構造的形状を有していてもよく、例えばバルブシートカバーとして、中空の円筒体として、又はシリンダとして設計されてもよい。
本発明によるポペットバルブの場合、好ましい実施形態において、閉止要素は、少なくとも部分的に閉止要素の内部に延びる案内部上に、移動可能に、好ましくは直線移動可能に、好ましくは摺動可能に取り付けられる。この実施形態によれば、閉止要素は、内部ガイドによって直線的に、又は軸方向に案内されてもよい。さらに、案内部と閉止要素はどちらも、ばねの内部空間内の一部区間に沿って軸方向に配置される。本発明によるポペットバルブには、案内部を保持するケージの保持構造は、特に閉止要素が内側で案内される場合、及びばねの外側断面がケージに向かって狭くなる場合に、非常に小型に設計できるという利点がある。さらに、案内部間の中間空間を比較的大きく設計することが可能である。これによって、ケージに大きい中間空間、特に構成部品の存在しない比較的大きい中間空間を設けることができ、これにより、中を流れる流体が受ける流れ抵抗が低く、本発明によるポペットバルブに見られる圧力低下が小さいという利点が得られる。本発明によるポペットバルブの場合、閉止要素に作用するばねは、ばねが軸方向に一部区間に沿って案内部と閉止要素を外側から取り囲むように配置され、それによって案内部と閉止要素の両方が前記一部区間に沿ってばねの内部空間の中に配置される。本発明によるポペットバルブには、有利な実施形態において、先行技術から知られているポペットバルブに関してより大径のばねを有するという利点がある。より大径であることにより、ばね内に生じる応力が低くなり、それによって摩耗が低減し、ばねの使用可能期間が延びる。特に有利な実施形態において、ばねは、ばねが閉止要素の支持部においてのみ閉止要素の上に載り、それ以外は閉鎖要素と接触しないような大きさの外径を有する。このようにして、ばねと閉止要素の摩耗はさらに低減する。外側に配置されたばねにより、巻き線の周囲の流れが可能となり、構造的な空間は、前記空間が流れのためにまったく利用できない従来のポペットバルブに関して、よりよく利用され、すなわち、ケージの領域の流れの断面が大幅に増大する。これは、圧力損失の低下につながる。特に有利な設計において、ばね自体を、比率、巻き数、ワイヤ断面等の点で、合理化されるように設計することもできる。閉止要素に作用し、案内部と閉止要素を軸方向に一部区間に沿って外側から取り囲むばねは、それゆえ、有利な点として、低い流れ抵抗を示し、その中を流れる流体に生じる圧力損失は小さくなる。したがって、好ましい実施形態において、本発明によるポペットバルブには、小さい圧力損失と低度の摩耗の両方が見られ、これによって低コストで信頼性の高い動作が可能となる。本発明によるポペットバルブには、閉止要素とばねを容易かつ安価で交換できるという別の利点もある。

適当なばねは、縦方向に延び、案内部と閉止要素を少なくとも部分的にその中に配置できる内部空間を有する圧縮ばねである。特に好適なのは、縦方向に延び、縦方向に延びる内部空間を有するぜんまいばね又はコイルばねである。特に有利な実施形態において、ばねの直径は軸方向に増大し、ばねは特に好ましくは、円錐又はコーン形状の設計である。この円錐又はコーン形状の設計は、平面図ではうずまき形であり、特に有利な実施形態において、ばねの個々の巻き線は、特にばねが大きく移動した場合でも相互に接触せず、又は相互にわずかしか接触しないという利点があり、これはばねの摩耗をさらに低減させる。さらに、前記種類のばねに必要なポペットバルブの構造的高さはより小さく、それはとりわけ、コンプレッサの中のデッドスペースがより小さくなるという利点を生む。

ばねは、様々な考えうる設計、例えば、縦方向に直列に配置され、内部空間を有する複数の板ばね、又は中空の円筒形ラバースプリングの形態で提供されてもよい。
特に有利な実施形態において、本発明によるポペットバルブは、バルブシートに面する端面を持つ閉止要素を有し、この端面は、軸方向にケージに向かって、最大円周まで広がり、最大円周は円周中心点を有しており、円周中心点は、少なくとも閉止要素が完全に開くと案内部の輪郭の中に入る。これによって、閉止要素の特に有利な直線的案内が行われ、特に力とトルクが閉止要素に加わっているときの閉止要素の摩耗を軽減させる。別の有利な実施形態において、円周中心点は、閉止要素が閉じたときにも案内部の輪郭内に入るように配置される。

１つの有利な実施形態において、ピストンコンプレッサをダイアフラムコンプレッサとして設計することが可能となる。
以下に、本発明を例示的な実施形態に基づいて説明する。

以下は、例示的実施形態を説明するための図面である。

閉じた状態のポペットバルブの平面図を示す。 図１のポペットバルブの、切断線Ｂ−Ｂに沿った縦断面斜視図を示し、閉止要素は開いている。 図１及び２によるポペットバルブを下から見た図を示す。 図２及び３によるケージの詳細図を示す。 図２によるポペットバルブの１つのバルブ要素の縦断面斜視図を示す。 図５による断面の平面図を示す。 ポペットバルブのバルブ要素の第二の例示的実施形態の縦断面斜視図を示す。 ポペットバルブのバルブ要素の第三の例示的実施形態の縦断面斜視図を示す。 本発明の一部ではないポペットバルブのバルブ要素のある実施形態の縦断面斜視図を示す。 本発明の一部ではないポペットバルブのバルブ要素のある実施形態の縦断面斜視図を示す。 ポペットバルブのバルブ要素の第六の例示的実施形態の縦断面斜視図を示す。 圧縮ばねの別の例示的実施形態を示す。 圧縮ばねの別の例示的実施形態を示す。 ポペットバルブの１つのバルブ要素の第七の例示的実施形態の縦断面図を示す。 閉止要素の別の例示的実施形態の１つの縦断面斜視図を示す。 閉止要素の別の例示的実施形態の１つの縦断面斜視図を示す。 閉止要素の別の例示的実施形態の１つの縦断面斜視図を示す。 閉止要素の別の例示的実施形態の１つの縦断面斜視図を示す。 案内部と閉止要素の縦断面斜視図を示す。 案内部の縦断面斜視図を示す。 ポペットバルブのバルブ要素の縦断面図を示す。 複数のバルブを備える円筒形バルブ胴体を有するポペットバルブを示す。 その中に複数のバルブが配置されているバルブ胴体を有するポペットバルブを示す。

図中、同じ部品は基本的に同じ参照記号で示されている。
図１は、７つの閉止バルブＶを有するポペットバルブ１の平面図を示しており、各閉止バルブＶは閉止要素４を含み、閉止要素４は図１では閉じた状態である。ポペットバルブ１はバルブ胴体２を含み、これはバルブシートカバーとして設計され、複数の吸込みダクト２ａを有する。各吸込みダクト２ａは、バルブシート７ａ内に開口しており、バルブシート７ａはそれぞれ１つの閉止要素４により閉じられる。図２は、図１によるポペットバルブ１の切断線Ｂ−Ｂに沿った断面を示しているが、閉止要素４は図２では開いた状態で示されている。ポペットバルブ１は少なくとも、吸込みダクト２ａを備えるバルブシートカバー２と、ケージ３と、軸方向Ａに延び、ケージ３に固定された案内部６と、それぞれ１つの案内部６に、軸方向Ａに移動可能に取り付けられ、好ましくは摺動可能に取り付けられる複数の閉止要素４と、を含む。閉止要素４の各々に、それぞれ１つのバルブシート７ａが割り当てられ、閉止要素４はそれぞれ、関連するバルブシート７ａの軸方向Ａに反対側に位置付けられるように配置され、閉止要素４は軸方向Ａに移動可能で、それによってバルブシート７ａ及び、それゆえ吸込みダクト２ａを開閉できる。ポペットバルブ１は、閉止要素４に、バルブシート７ａに向けられた、又はバルブシートカバー２に向けられた与圧荷重を加えるためのばね５をさらに含む。閉止要素４はまた、ポペット又はバルブコーンとも称される。ケージ３は、好ましくは軸方向Ａに垂直に延びる保持構造３ｅを含み、保持構造３ｅの上には案内部６が配置され、これは軸方向Ａに延び、そこに閉止要素４が軸方向Ａに移動可能に、又は直線移動可能に配置され、好ましくは摺動可能に取り付けられる。図の例示的実施形態において、案内部６は中空の円筒形の設計である。図の例示的実施形態において、閉止要素４は閉止ヘッド４ａと案内区間４ｂを含み、閉止要素４は同心円状の設計であり、対称軸に沿って、案内部６と共に滑り軸受けを形成する穴４ｃを有し、それによって案内部６は閉止要素４に関して内側ガイドを形成する。閉止ヘッド４ａは、支持部４ｆをさらに含み、これは有利な態様として、面状の設計である。ばね５は、第１のばね端部５ａと第２のばね端部５ｂを含み、第１のばね端部５ａは支持部４ｆに当接し、第２のばね端部５ｂはケージ３に直接当接し、又は介在するばね支持部８に当接し、閉止要素４にバルブシート７ａに向かって作用する与圧荷重を加える。ばね５は、内部空間５ｃを有する。ばね５は、案内部６と閉止要素４を軸方向Ａに一部区間４ｅに沿って外側から取り囲み、それによって案内部６と閉止要素４はどちらも、前記一部区間４ｅに沿ってばね５の内部空間５ｃの中に配置される。ばね５の直径は軸方向Ａにバルブシート７ａに向かって増大し、好ましい実施形態において、ばね５は円錐状に幅広となる。ばね５は、有利な態様として、ばね５が支持部４ｆにおいてのみ閉止要素４と接触するように設計される。幅広となるばね５には、第２のばね端部５ｂが第１のばね端部５ａより小さい直径又はより小さい支持面を有し、その結果、ケージ３の領域において、構成部品の存在しない、より大きい中間空間が生まれ、そこに流体Ｆが流れることができる、という利点がある。図２では、相互に隣接して配置される２つのバルブＶの流体の流れＦ１、Ｆ２が例として示されている。流体の流れＦ１、Ｆ２は、軸方向Ａに関して、閉止要素４の端面４ｇにより軸方向Ａに関して横方向に分岐し、それによって流体の流れＦ１、Ｆ２は、例として示されているようにケージ３へと流れる。交差する流体の流れＦ１、Ｆ２は、特に隣接する閉止要素４の、又はそのばね５の部品の周囲に流れる。前記流体の流れＦ１、Ｆ２が可能な限り妨害されないようにするために、構成部品の存在しない中間空間、特に、ケージ３に向かって広くなる、構成部品の存在しない中間空間が有利である。ケージ３に向かって幅狭となる閉止要素４は、特に有利である。また、ばね５の配置も特に有利であり、それは、これらがわずかにしか、好ましいことに無視できる程度にしか流体の流れＦ１、Ｆ２に影響を与えないためである。

さらなる実施形態において、ポペットバルブ１はまた、１つの吸込みダクト２ａと、ばね５を備える１つの閉止要素４とのみを含むように設計されてもよい。しかしながら、ポペットバルブ１は、好ましくは、バルブシート７ａを備える複数の吸込みダクト２ａと、それぞれに関連付けられる、ばね５を備える閉止要素４とを含み、それによってポペットバルブ１はマルチシートポペットバルブ又は、複数の閉止バルブＶを備えるポペットバルブ１を形成する。

特に有利な実施形態において、ポペットバルブ１は、図２及び３に示されているように、シートプレート７を含み、これは、閉止ヘッド４ａがそこに当接し、それによって吸込みダクト２ａを閉じるよう配置され、バルブシート７ａがシートプレート７内に、又はシートプレート７の一部によって形成されるようになっている。シートプレート７は、バルブシート７ａと閉止ヘッド４ａがそこに作用するために摩耗する部品であり、それゆえ、有利な点として、容易に交換できる。別の考えうる実施形態において、シートプレート７は省くことができ、それによって閉止ヘッド４ａはバルブシートカバー２と直接当接し、バルブシート７ａはバルブシートカバー２の一部である。

図３は、図１及び２に示されるポペットバルブ１を、下から見た図で示している。図４は、図２及び３に示されるケージ３を詳細に示す。ケージ３は有利な点として、平坦すなわち平らに延びる保持構造３ｅを有し、保持構造３ｅは、図２〜４に示されているように、好ましくは、複数の支柱３ｂと接合部３ａを含む格子構造として設計され、案内部６は接合部３ａ上に配置され、有利な点として、交換可能にそこに固定される。各接合部３ａは、有利な点として、穴３ｆを有し、その中に案内部６が固定される。図の保持構造３ｅは好ましくは、大きい中間空間３ｃを有し、それによって、吸込みダクト２ａを介して流れる流体が妨害されずに、又は実質的に妨害されずにケージ３内を流れることができ、それによって非常にわずかな圧力損失しか生じないという利点が得られる。有利な実施形態において、ケージ３は、図３及び４に示されるように、中空の円筒形外壁３ｄを含み、これは軸方向Ａに延び、保持構造３ｅを円周方向に取り囲む。ケージ３はそれゆえ、バルブ保護装置としての機能を果たし、これは「バルブガード」とも称される。

図５及び６は、図１〜３に示されるポペットバルブ１の１つの閉止バルブＶを詳細に示す。外面２ｂ及び７ｂは、それら自体が断面であるものの、他の特徴を明瞭に説明するためにハッチングは付けていない。ばね５は、内部空間５ｃを有し、一部区間４ｅに沿って、ばね５が案内部６と閉止要素４の案内区間４ｂの両方を外側から取り囲むように設計、配置され、ばね５は、第１のばね端部５ａにおいてのみ閉止要素４と直接接触し、支持部４ｆ上で支持されるか、又はそれに当接して支持される。ばね５は、図６による側面図では円錐形に延びる設計であり、平面図ではらせん状に延びるように設計され、ばね５の巻き線は好ましくは、隣接する巻き線が閉止要素４の軸方向Ａへの移動中に相互に当たらないように設計される。巻き線は、有利な態様として、案内区間４ｂから、ばね５が支持部４ｆ以外では閉止要素４と擦れず、又はそれと接触しない程度に離間され、その結果、ばね５と案内区間４ｂの摩耗の程度が極めて低くなる。支持部４ｆは、様々な考えうる設計で提供されてよく、例えば、第１のばね端部５ａを案内するためのくぼみ又は、第１のばね端部５ａを案内及び／又は保持するための固定手段を有していてもよい。本発明によるポペットバルブ１は、そこに流れる流体Ｆがわずかな流れ抵抗しか受けないという利点を有する。

特に図６からわかるように、閉止要素４は、吸込みダクト２ａに面する端面４ｇを有し、端面４ｇは、実質的に円錐形に、又は矢じり形に延びるように設計される。端面４ｇは、様々な考えうる設計で提供されてよい。高圧ガスコンプレッサと共に使用されるマルチシートポペットバルブ１、すなわち複数の閉止バルブＶを含むポペットバルブ１の場合、端面４ｇは、有利な態様として、端面４ｇが円錐形、矢じり形、及び／又は凸形に延び、端面４ｇの中央から縁部まで平滑な延長曲線で延びることにより、空気力学的設計であることが有利であり、この曲線は好ましくは、凹型に延びる区間４ｉも有していてよい。この設計により、端面４ｇにおける圧力損失が減り、及び／又は流体の流れＦを軸方向Ａに関して横に誘導し、それによって、図２の部分的な流れＦ１、Ｆ２からわかるように、前記流体の流れは、バルブシート７ａを通過した後に、好ましくは、構成部品の存在しない中間空間を通り、その後、ケージ３の中間空間３ｃを通って流れる。

図６からわかるように、閉止要素４は、バルブシート７ａに面する端面４ｇを備える閉止ヘッド４ａを有し、端面４ｇ、又は図６に示される閉止要素４の断面は、軸方向Ａに、吸込みダクト２ａからケージ３へと最大円周４ｑまで広がり、それによって最大外径４ｐが形成される。最大円周４ｑと最大外径４ｐは、例えば、図１５の図にも示されている。図６からわかるように、最大外径４ｐは、閉止要素４の、軸方向軸Ａに対して垂直な線に関して軸方向軸Ａからの最大距離を有する。同じく図６には、最大円周４ｑの、又は最大外径４ｐの円周中心点Ｍ_Ｆが示されている。この円周中心点Ｍ_Ｆは、閉止要素４の案内内部空間４ｃの中にある。流体が開いたバルブＶを通って流れる場合、最大円周４ｑの領域において作用する流れの力は、閉止要素４に作用する最大のトルクを生じさせることが多い。円周中心点Ｍ_Ｆはさらに、前記作用トルクの中心点を形成する。

図６に示されているように、閉止要素４と案内部６は、バルブＶの中で相互に嵌るように設計、配置され、それによって案内部６は、吸込みダクト２ａの方向に、案内部端部６ｃにおいて終了し、また、それによって、少なくとも閉止要素４が完全に開くと、円周中心点Ｍ_Ｆは案内部６の輪郭内に入り、すなわち、案内部６が軸方向Ａに延在する距離の範囲内に入り、又は、換言すれば、少なくとも閉止要素４が完全に開くと、円周中心点Ｍ_Ｆは軸方向Ａにおいて案内部６の案内部端部６ｃよりもケージ３に近い位置にある。図６に示されているように、円周中心点Ｍ_Ｆは案内部端部６ｃから距離Ｄだけ離れている。距離Ｄは、少なくとも、閉止要素が完全に開いているときには０ｍｍより大きいか、それと等しい。距離Ｄは、有利な態様では、閉止要素４がバルブシート７ａに当接しているときにも０ｍｍより大きいか、それと等しい。この実施形態には、円周中心点又は、閉止要素４に作用するトルクの、特に最大円周４ｑに作用する、又は最大外径４ｐに作用するトルクの回転中心Ｍ_Ｆが、閉止要素４が案内部６に当接し、それによって軸方向Ａに案内される領域内にある、という利点がある。これは、閉止要素４が案内部６に関して傾くのを軽減させ、又は防止し、これはさらに、閉止要素４の案内内部空間４ｃの摩耗と、案内部６の摩耗をさらに低減させる。それゆえ、上述の配置によって、閉止要素４は軸方向Ａへと確実に良好に直線的に案内される。この直線的な案内は特に重要であるが、それは、開いた状態にあると、閉止要素は、流体の流れＦとその結果生じる乱流によって、閉止要素４に対する異なる、時間的に変化する、部分的に比較的大きい力を受け、これが閉止要素４を軸方向Ａへの移動から偏向させようとするからである。このような移動の偏向によって、閉止要素４が片側でバルブシート７ａと当接する可能性が生じ、これは閉止要素４の端面４ｇの摩耗を大きく増大させる。さらに、案内内部空間４ｃにおける摩耗が増大し、それによって閉止要素４の軸方向への案内があまり効果的に行われなくなり、それが今度は、端面４ｇの摩耗を早める原因となる。それゆえ、閉止要素の上記の実施形態には、案内部６の配置との組合せにより、摩耗が大幅に減るという利点がある。

図７〜１１は、図１〜３に示されるポペットバルブ１で使用可能な１つの閉止バルブＶの別の例示的実施形態を示す。図７は、閉止バルブの第二の例示的実施形態を示しており、案内部６は球形の端部６ｄを有し、それによって閉止要素４は直線移動又は摺動だけでなく、案内部６に関する傾斜移動も実行できる。このようにして、閉止要素４は、閉じた状態で、バルブシート７ａの位置又は輪郭に特に効果的な方法で適合できる。

図８は、閉止バルブの第三の例示的実施形態を示す。バルブシートカバー２の下に流体案内板９が配置され、これは流入する流体Ｆを、それが吸込み口２ａと閉止要素４を通過した後に、好ましくは軸Ａに実質的に平行に延びる流れの方向に再整列させる役割を果たす。バルブシートカバー２は、有利な態様では、溝２ｂを含み、その中にリング状摩耗部品７が配置される。リング状摩耗部品７には、それが特に容易に交換可能であり、シートプレート７を有する図７に示されるプレート状設計にはそれほど適さない材料を使用できるという利点がある。リング状摩耗部品７に適した材料は、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）及び特に繊維強化ＰＥＥＫ等のプラスチック、又はエラストマ、特にゴム状材料、又は金属である。１つの有利な実施形態において、リング状摩耗部品７は、金属で製造される。図８に示されるポペットバルブ１には、摩耗部品７がバルブシートカバー２の構造的高さ内に配置され、それによってプレート状のシートプレートが不要であるという別の利点がある。これによって、バルブシート７ａをより厚くするか、ポペットバルブ１の構造的高さをより低くすることが可能となる。別の考えうる実施形態において、図８に示されるポペットバルブ１の場合、流体案内板９を省くことも可能であろう。さらに、案内部６を図５に示されるように、球形の端部６ｄを持たない直線的に延びる案内部６として設計することも可能であろう。

図９は、閉止バルブの第四の例示的実施形態を示す。案内部６は中空の円筒形の設計である。閉止要素４は、円筒形の案内区間４ｂを含み、案内部６と案内区間４ｂは相互に嵌るように設計され、それによってこれらは軸方向Ａに滑り軸受を形成する。この実施形態において、閉止要素４は特に安価に、また小さい質量を有するように生産できる。１つの有利な実施形態において、閉止要素４は金属から生産される。別の有利な実施形態において、閉止要素４は２つの部品で形成され、バルブディスクとして設計される閉止ヘッド４ａと、ピン又は円筒管体として設計される案内区間４ｂと、を含む。閉止ヘッド４ａと案内空間４ｂは、有利な態様として、異なる材料から製造され、好ましくは２つの部品で形成されて、例えばクリップコネクタ等のコネクタによって相互に簡単に接続可能である。例えば、閉止ヘッド４ａを金属から製造し、案内区間４ｂをプラスチックから製造することが可能であろう。図９による例示的実施形態において、最大外径４ｐと案内部６の端部６ｃは、再び、好ましくは、図６に関してすでに述べたように、少なくとも閉止要素４が完全に開いているときに距離Ｄが０ｍｍより大きいか、これと等しくなり、有利な態様では閉止要素４が閉じたときにも０ｍｍより大きいか、これと等しくなるように設計される。

図１０は第五の例示的実施形態を示しており、この場合、閉止要素４は、図９に示される実施形態に関して、さらにまた、外部ガイド４ｈによって案内部６上で外側からも案内される。別の考えうる実施形態において、図１０に示される閉止要素４の場合、案内区間４ｂを省き、それによって閉止要素が外部ガイド４ｈによってのみ案内されるようにすることも可能であろう。

図１１は第六の例示的実施形態を示しており、この場合、ばね５が平行に延びるぜんまいばね又はコイルばねとして設計されている。図１２は、内部空間５ｃを備える圧縮ばね５の別の例示的実施形態を示しており、圧縮ばね５は複数の皿ばねを含み、これらは軸Ａの延びる方向に積層体として相互に重ねて配置される。図１３は、内部空間５ｃを備える圧縮ばね５の別の例示的実施形態を示しており、圧縮ばね５はラバースプリングとして設計されている。

本発明によるポペットバルブ１により、既知のポペットバルブに関してより大きい外径を有するばね５を使用することが可能となる。ばねの直径がより大きくなると、ばね内の応力が大幅に低下するという利点が得られる。移動、ばね定数、及び材料が同じである場合、円筒形のばね内の応力はばねの平均直径に依存する。先行技術に関して、本発明によるポペットバルブ１は、はるかに大きい平均ばね径を有し、それによって使用されるばね５には、より低い応力と、最終的により軽い程度の摩耗が見られる。本発明によるポペットバルブ１の場合、より少ない巻き線数のばね５を使用し、それにもかかわらず、ばね５内の応力を許容可能な範囲内に保つことがさらに可能である。それゆえ、本発明によるポペットバルブには、より小さい巻き線数のばね５を使用できるという利点があり、それによって有利な点として、ポペットバルブ全体の構造的高さを縮小できる。

図１４は、ポペットバルブの１つのバルブ要素Ｖの第七の例示的実施形態を、右側には縦断面で、左側には部分的縦断面で示している。案内部６は、固定区間６ｋによってケージ３に固定されている。案内部６は比較的大径の区間６ｈと、肩部６ｉと、それに続く比較的小径の区間６ｇと、を含む。案内部６は基部６ｅをさらに含み、そこから中空の円筒形の外側ガイド６ｆが配置されている。案内部６は、端壁又は端面６ｃをさらに含む。閉止要素４は、比較的小径の区間６ｇに対して接する第１の案内内部空間４ｃを含み、外側ガイド６ｆに対して接する第２の案内内部空間４ｎを含み、それによって閉止要素４は区間６ｇ及び外部ガイド６ｆに当接する。ばね５は、第２の案内内部空間４ｎ内に配置される。軸方向Ａへの行程移動は、第２のストッパ４ｈと案内部の端面６ｃによって、及び／又は肩部６ｉと第３のストッパ４ｋによって、及び／又は第１のストッパ４ｄとケージ３の表面によって限定される。図１４による例示的実施形態において、閉止要素４は直線方向に、すなわち軸Ａの延びる方向に特に効果的に案内される。

図１５は、最大外径４ｐの閉止ヘッド４ａを含む閉止要素４の縦断面斜視図を示し、閉止ヘッド４ａは凹型に延びる区間４ｉを含む。さらに、閉止要素４は、第２のストッパ４ｈを持つ案内内部空間４ｃと、増大した壁厚の第１のストッパ４ｄと、ばね支持部４ｆと、を含む。

図１６は、最大外径４ｐの閉止ヘッド４ａを含む閉止要素４の縦断面斜視図であり、閉止ヘッド４ａは凹型に延びる区間４ｉを含む。さらに、閉止要素４は第２のストッパ４ｈを持つ案内内部空間４ｃと、内径が比較的大きく、それによって第３のストッパ４ｋが形成される第２の案内内部空間４ｎと、増大した壁厚の第１のストッパ４ｄと、ばね支持部４ｆと、を含む。

図１７は、最大外径４ｐの閉止ヘッド４ａを含む閉止要素４の縦断面斜視図であり、閉止ヘッド４ａは接続部４ｌによって案内区間４ｃに接続される。案内区間４ｃは第２のストッパ４ｈを含み、これは案内区間４ｃを上方向に気密状態に閉鎖する。

案内区間４ｃは、全長にわたり同じ内径を有していてもよく、又は図１７に示されるように、肩部４ｋを有し、第２の案内内部空間４ｎがそこまでの案内内部空間４ｃより小さい内径を有するようにしてもよい。図１７に示される閉止要素４は好ましくは、金属から、好ましくは薄い金属から生産され、これによって閉止要素４は、有利な点として、軽量となり、また、有利な点として、高い耐摩耗性を有することになる。

図１８は、最大外径４ｐの閉止ヘッド４ａを含む閉止要素４の縦断面斜視図である。閉止要素４は、第２のストッパ４ｈを持つ案内内部空間４ｃをさらに含む。閉止ヘッド４ａは、ばね区間４ｍによって基部４ｏに接続され、基部４ｏはさらに第１のストッパ４ｄを形成する。ばね区間４ｍは好ましくは、閉止要素４の残りの部分と同じ材料からなり、閉止要素４は好ましくは１つの部品からなる。ばね区間４ｍの外壁のくぼみは、閉止ヘッド４ａと基部４ｏとの間で軸方向Ａへ弾性特性を有する閉止要素４を提供するために、各種の方法で設計されてよい。

図１９は、案内部６を通り、また案内部に軸方向Ａに移動可能に、及び直線移動可能に取り付けられた閉止要素４を通る縦断面斜視図である。案内部６は、ストッパ６ｌをさらに含み、それに続いて、固定区間６ｋが配置されている。ストッパ６ｌは、固定区間６ｋをケージ３の中に挿入する深さを限定するためのストッパとしての役割を果たす。有利な実施形態において、固定区間６ｋは、軸方向Ａに弾性特性を有するばね区間６ｍにより取り囲まれる。また、案内部６を１つの部品で形成することも可能であり、ばね区間６ｍの材料を案内部６の残りの部分より柔らかい、及び／又はより弾性の高い材料から製造できる。

図２０は、半径方向に突出するストッパ部６ｌと、固定区間６ｋと、円筒面６ａと端面６ｃを備える案内区間６ｂと、を含む案内部６の縦断面斜視図である。
図２１は、すでに図６に示したバルブＶを示しており、バルブＶは、図２１では、縦に延びるバルブ胴体２の中に配置されている。

図２２は、シリンダ１５と、ピストン１６と、ピストンロッド１７と、を含み、ピストン１６がシリンダ１５の中心軸Ｍの延びる方向に前後に移動可能となるように取り付けられているピストンコンプレッサの縦断面図である。上部でシリンダ１５を結合するように中空のバルブ胴体２が配置され、これは円周方向に相互に離間された複数のバルブＶを有する。個々のバルブＶは、例えば、図２１に示されているように設計され、保持板７は中空の円筒形の設計であり、バルブ胴体２を取り囲む。ケージ３もまた必要であり、これはバルブ胴体２又はシリンダ１５に接続され、有利な実施形態においては、バルブ胴体２を取り囲む。図２２は、左上に、圧力バルブＶ_Ｄとして配置されたバルブＶを示しており、この場合、吸込みダクト２ａはシリンダ１５の内側から始まって、それにより閉止要素４は外側に向かって配置される。吸込みダクト２ａは好ましくは、シリンダ１５の中心軸Ｍに関して半径方向に延びる。バルブＶはまた、図２２の右上に示されているように逆に配置されてもよく、吸込みダクト２ａは外側から始まり、閉止要素４はシリンダ１５の内側に向かって配置され、それによってバルブＶは吸引バルブＶ_Ｓとして機能する。また、バルブ胴体２をシリンダ１５の一部として、例えばシリンダ１５が吸込みダクト２ａを形成する穴と、好ましくはバルブシート７ａを有することによって設計することも可能である。さらに、図２２の上方に示されているように、特にシリンダ１５が複動式の設計の場合に、バルブＶを含む別の中空の円筒形バルブ胴体２を中心軸Ｍの延びる方向においてシリンダ１５の下方に配置することも可能であろう。要求に応じて、バルブＶは、バルブ胴体２の中に、又はシリンダ１５の中に、圧力バルブＶ_Ｄとして、及び／又は吸引バルブＶ_Ｓとして配置されてもよい。圧力バルブＶ_Ｄと吸引バルブＶ_Ｓの配置には様々な可能性がある。例えば、図２３において、円周方向に離間されて配置されたバルブＶは、１つおきに圧力バルブＶ_Ｄとして設計され、別の１つおきに吸引バルブＶ_Ｓとして設計することが可能であり、それぞれ１つの圧力バルブＶ_Ｄと１つの吸引バルブＶ_Ｓが円周方向に相互に追従して配置されるようすることも可能であろう。別の例示的実施形態において、すべの圧力バルブＶ_Ｄ又はすべての吸引バルブＶ_Ｓを、中心軸Ｍに関して例えば９０°、１８０°、又は３６０°の所定の角度に沿って配置することが可能であろう。したがって、例えば図２２では、圧力バルブＶ_Ｄを１８０°の角度に沿って配置し、その後、すべての吸引バルブＶ_Ｓを１８０°の角度に沿って配置し、それによってすべてのバルブＶがシリンダ１５の中に、又はバルブ胴体２の中に、中心軸Ｍの延びる方向において同じ高さで配置されるようにすることが可能であろう。別の例示的実施形態において、バルブＶはまた、中心軸Ｍの延びる方向にずらして配置されてもよく、それによって、例えば圧力バルブＶ_Ｄは例えば９０°、１８０°、又は３６０°の所定の角度に沿って配置され、吸引バルブＶｓが例えば９０°、１８０°、又は３６０°の所定の角度に沿って、中心軸Ｍの延びる方向にずれるように配置される。また、圧力バルブＶ_Ｄと吸引バルブＶ_Ｓを円周方向に一方が他方の背後になるように配置し、中心軸Ｍの延びる範囲にずれるようにすることも可能であろう。さらに、圧力バルブＶ_Ｄと吸引バルブＶ_Ｓは、例えば２つのバルブＶを圧力バルブＶ_Ｄとして設計し、それぞれの第３のバルブＶを吸引バルブＶ_Ｓとして設計することにより、円周方向にグループで配置することも可能であろう。

図２３は、それぞれ複数の圧力バルブＶ_Ｄがその上又はその中に配置された１つのバルブ胴体２を含むポペットバルブ１の別の例示的実施形態を示す。ポペットバルブ１は、流体誘導するように、シリンダ１５とピストン１６により形成される内部空間へと、いわゆるバルブネスト１８と吐出しダクト１８ａを介して接続される。この例示的実施形態は、圧力バルブＶ_Ｄのみを示している。しかしながら、吸引バルブＶ_Ｓだけの配置を提供することも可能であり、それによって内部空間は吸込みダクト１８ａとバルブネスト１８を介してポペットバルブ１へと開放する。図２３に示される例示的実施形態において、吸引バルブＶ_Ｓと圧力バルブＶ_Ｄの両方をポペットバルブ１に、又はバルブ胴体２の中に配置してもよく、それによって吸込み及び吐出しダクト１８ａはシリンダの内部空間をバルブネスト１８とポペットバルブ１に接続する。

バルブ胴体２は様々な実施形態で設計されてよく、それによって図２及び２３に示されるバルブ胴体２の例示的実施形態は単に例として理解すべきである。本発明によるポペットバルブ１の利点は、バルブ胴体２が、バルブＶが例示的実施形態に示されているように配置される様々な形状を有することができるという点からわかる。本発明によるポペットバルブ１は、要求事項に応じて、吸引又は圧力バルブＶ_Ｓ、Ｖ_Ｄ、又は両方のバルブの組合せを有していてもよい。

１つの有利な実施形態において、ピストンコンプレッサ用ポペットバルブ１は、ケージ３と、複数の吸込みダクト２ａを備えるバルブ胴体２と、を含み、各吸込みダクト２ａはバルブシート７ａに開口し、さらに、軸方向Ａに移動可能な複数の閉止要素４を含み、各吸込みダクト２ａには閉止要素４が割り当てられ、バルブシート７ａは、軸方向Ａにおいて関連する閉止要素４の反対の位置に配置されて、バルブシート７ａは閉止要素４によって閉止可能であり、ばね５はケージ３と閉止要素４との間に、閉止要素４にバルブシート７ａに向けられた与圧荷重をかけるために配置され、ケージ３上には案内部６が配置され、これは軸方向Ａに延び、その上で閉止要素４が軸方向Ａに移動可能に案内され、閉止要素４は閉止ヘッド４ａと案内区間４ｂを含み、閉止ヘッド４ａと案内区間４ｂは、軸方向Ａにおいて相互に追従し、閉止要素４は、案内区間４ｂから始まり、案内内部空間４ｃを有し、これは軸方向Ａにおいて閉止要素４の内部へと閉止ヘッド４ａの方向に延び、その中には案内部６もまた延びており、閉止ヘッド４ａは、軸方向Ａにおいて案内区間４ｂに向かう方向に、最大円周４ｑまで広がる端面４ｇを有しており、最大円周４ｑは円周中心点Ｍ_Ｆを有し、案内内部空間４ｃは、閉止ヘッド４ａの方向に、少なくとも円周中心点Ｍ_Ｆが案内内部空間４ｃの中に入るまで延びる。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図６に示されているように、円周中心点Ｍ_Ｆが、少なくとも閉止要素４が完全に開いたときに案内部６の輪郭内に入るように設計される。
ポペットバルブは好ましくは、閉止要素４が閉じたときにも円周中心点Ｍ_Ｆが案内部６の輪郭内に入るように設計される。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図５、６、又は１６に示されているように、端面４ｇが円錐形又は矢じり形に実質的に又は部分的に延びるように設計される。
ポペットバルブは好ましくは、例えば図１１に示されているように、端面４ｇの表面が少なくともその周辺領域において、軸方向Ａに対する法線に関して少なくとも１０°の傾斜角度αを有するように設計される。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図６、１５、及び１６に示されているように、端面４ｇが、少なくとも周辺から中心に向かう表面に沿った区間において、凹型に延びる区間４ｉを有するように設計される。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図２、５、又は６に示されているように、案内区間４ｂがケージ３の方向に直径が漸減する外側輪郭を有するように設計される。それゆえ、案内区間４ｂの流れ抵抗は比較的低い。

ポペットバルブは好ましくは、案内部６と案内区間４ｂが円形断面を有し、これらが共に縦方向のガイド及び特に滑り軸受を形成するように設計される。
ポペットバルブは好ましくは、例えば図１４に示されているように、案内区間４ｂが、内部断面積が比較的小さい第１の案内内部空間４ｃと、軸方向Ａにそれに続いて、内部断面積が比較的大きい第２の案内内部空間４ｎを有するように設計される。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図１４に示されているように、第１の案内内部空間４ｃと第２の案内内部空間４ｎとの間に移行点が特に狭小部として、又は肩部として形成されるように設計される。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図１４に示されているように、案内部６が、比較的小径の区間６ｇと比較的大径の区間６ｈを有し、これらがそれぞれ第１及び第２の案内内部空間４ｃ、４ｎ内に支持されるように設計される。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図１５又は１６に示されているように、案内区間４ｂが、閉止ヘッド４ａに関して反対の端に、増大された壁厚の第１のストッパ４ｄを有するように設計される。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図１５又は１６に示されているように、閉止ヘッド４ａが、案内区間４ｂの方向に、支持部４ｆを有し、それが軸方向Ａに関して円周方向に延び、ばね５を支持する役割を果たすように設計される。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図１８に示されているように、閉止要素４が、案内区間４ｂに続いて、軸方向Ａに延びるばね区間４ｍを有するように設計される。
ポペットバルブは好ましくは、例えば図１８に示されているように、閉止ヘッド４ａの上に、軸方向Ａにおいて閉止ヘッド４ａの表面より上に突出する終端部４ｈであって、終端部４ｈの内部空間が案内内部空間４ｃの一部を形成する、終端部４ｈが配置されるように設計される。

ポペットバルブは好ましくは、例えば図１７に示されているように、閉止ヘッド４ａが実質的に、リング状に延び、バルブシート７ａに当接するように配置されるシーリング面からなり、閉止ヘッド４ａが接続部４ｌによって案内区間４ｂに接続されるように設計される。

ピストンコンプレッサのポペットバルブ１のための閉止要素４は、閉止ヘッド４ａと、案内区間４ｂと、を含んでおり、閉止ヘッド４ａと案内区間４ｂは、軸方向Ａにおいて相互に追従し、閉止要素４は、案内区間４ｂから軸方向Ａにおいて閉止要素４の内部へと閉止ヘッド４ａの方向に延びる案内内部空間４ｃを有し、閉止ヘッド４ａは、軸方向Ａにおいて案内区間４ｂに向かって、最大円周４ｑまで広がる端面４ｇを有し、最大円周４ｑは円周中心点Ｍ_Ｆを有し、案内内部空間４ｃは閉止ヘッド４ａの方向に、少なくとも円周中心点Ｍ_Ｆが案内内部空間４ｃの中に入るまで延びる。

Claims (15)

1. ピストンコンプレッサ用ポペットバルブ（１）であって、
   ケージ（３）と、複数の吸込みダクト（２ａ）を備えるバルブ胴体（２）と、を有しており、各吸込みダクト（２ａ）はバルブシート（７ａ）内へ開口し、さらに、軸方向（Ａ）に移動可能な複数の閉止要素（４）を含んでおり、各吸込みダクト（２ａ）には閉止要素（４）が割り当てられており、前記バルブシート（７ａ）は、前記軸方向（Ａ）において関連する前記閉止要素（４）の反対の位置に配置されて、前記バルブシート（７ａ）は前記閉止要素（４）によって閉止可能であり、ばね（５）は前記ケージ（３）と前記閉止要素（４）との間に、前記閉止要素（４）に前記バルブシート（７ａ）に向けられた与圧荷重をかけるために配置されており、前記ケージ（３）上には、前記軸方向（Ａ）に延び、その上で前記閉止要素（４）が前記軸方向（Ａ）に移動可能に案内される案内部（６）が配置されており、前記閉止要素（４）は閉止ヘッド（４ａ）と案内区間（４ｂ）とを含んでおり、前記閉止ヘッド（４ａ）と前記案内区間（４ｂ）は、前記軸方向（Ａ）において相互に追従し、前記閉止要素（４）は、前記案内区間（４ｂ）から始まって、前記軸方向（Ａ）において前記閉止要素（４）の内部へと前記閉止ヘッド（４ａ）の方向に延び、その中には前記案内部（６）もまた延びる案内内部空間（４ｃ）を有しており、前記閉止ヘッド（４ａ）は、前記軸方向（Ａ）において前記案内区間（４ｂ）に向かう方向に、最大円周（４ｑ）まで広がる端面（４ｇ）を有しており、前記最大円周（４ｑ）は円周中心点（Ｍ_Ｆ）を有し、前記案内内部空間（４ｃ）は、前記閉止ヘッド（４ａ）の方向に、少なくとも前記円周中心点（Ｍ_Ｆ）が前記案内内部空間（４ｃ）の中に入るまで延び、前記円周中心点（Ｍ _Ｆ ）は、前記閉止要素（４）が完全に開いたときに及び前記閉止要素（４）が閉じたときにも、前記案内部（６）の輪郭内に入る、ポペットバルブ。
2. 前記端面（４ｇ）は、円錐形又は矢じり形に延びるように設計されるか、あるいは円錐形又は矢じり形に部分的に延びるように設計されることを特徴とする、請求項１に記載のポペットバルブ。
3. 前記端面（４ｇ）の表面は、少なくともその周辺領域において、前記軸方向（Ａ）に対する法線に関して少なくとも１０°の勾配を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のポペットバルブ。
4. 前記端面（４ｇ）は、少なくとも周辺から中心に向かう表面に沿った区間において、凹型に延びる区間（４ｉ）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のポペットバルブ。
5. 前記案内区間（４ｂ）は前記ケージ（３）の方向に直径が漸減する外側輪郭を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のポペットバルブ。
6. 前記案内部（６）と前記案内区間（４ｂ）は円形断面を有し、これらが共に縦方向のガイドを形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のポペットバルブ。
7. 前記案内区間（４ｂ）は、内部断面積が比較的小さい第１の案内内部空間（４ｃ）と、それに続いて前記軸方向（Ａ）に、内部断面積が比較的大きい第２の案内内部空間（４ｎ）を含むことを特徴とする、請求項６に記載のポペットバルブ。
8. 前記第１の案内内部空間（４ｃ）と前記第２の案内内部空間（４ｎ）との間に移行点が形成されることを特徴とする、請求項７に記載のポペットバルブ。
9. 前記案内部（６）は、比較的小径の区間（６ｇ）と比較的大径の区間（６ｈ）とを有し、これらがそれぞれ前記第１及び第２の案内内部空間（４ｃ、４ｎ）内に支持されることを特徴とする、請求項７又は８に記載のポペットバルブ。
10. 前記案内区間（４ｂ）は、前記閉止ヘッド（４ａ）に関して反対の端に、増大された壁厚の第１のストッパ（４ｄ）を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のポペットバルブ。
11. 前記閉止ヘッド（４ａ）は、前記案内区間（４ｂ）の方向に、支持部（４ｆ）を有し、前記支持部（４ｆ）が前記軸方向（Ａ）に関して円周方向に延び、前記ばね（５）を支持することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のポペットバルブ。
12. 前記閉止要素（４）は、前記案内区間（４ｂ）に続いて、前記軸方向（Ａ）に延びるばね区間（４ｍ）を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポペットバルブ。
13. 前記閉止ヘッド（４ａ）の上に、前記軸方向（Ａ）において前記閉止ヘッド（４ａ）の表面より上に突出する終端部（４ｈ）であって、終端部（４ｈ）の内部空間が前記案内内部空間（４ｃ）の一部を形成する、終端部（４ｈ）が配置されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のポペットバルブ。
14. 前記閉止ヘッド（４ａ）は、リング状に延び、前記バルブシート（７ａ）に当接するように配置されるシーリング面からなり、前記閉止ヘッド（４ａ）が接続部（４ｌ）によって前記案内区間（４ｂ）に接続されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のポペットバルブ。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のポペットバルブ（１）を含むピストンコンプレッサ。

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