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Die
Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, umfassend einen Kolben,
der sich durch Empfang einer Antriebskraft eines Kolbenmotors in
einem Zylinder hin- und herbewegt und einen Gassaugkanal darin aufweist,
ein Saugventil, das an einer Endfläche des Kolbens zur Flusssteuerung
von Gas, das durch den Saugkanal gesaugt wird, angebracht ist, einen Ventilzusammenbau
mit einer Ablassumkleidung, die mit einer Seite des Zylinders in
Eingriff gebracht ist, einem Ablassventil, das am Endabschnitt des
Zylinders zur Gasablasssteuerung eines Verdichtungsraums, welcher
durch den Zylindern und den Kolben ausgebildet ist, eingerichtet
ist, und einer Ventilfeder zum elastischen Halten des Ablassventils,
und ein am Kolben befestigtes Saugventilbefestigungsglied, das zusammen
mit der Vorderfläche
des Kolbens einen Raum bildet, in dem das Saugventil hin- und herbewegbar
ist. Ein solcher Kolbenverdichter ist beispielsweise in der
DE 696 11 078 T2 beschrieben.
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Im
Allgemeinen ist ein Kolbenverdichter ein Instrument zum Verdichten
von Kühlgas
unter niedrigen Temperatur- und Druckbedingungen, das aus einem
Verdampfer eingeführt
ist, und Ablassen des Gases durch Verändern der Bedingungen auf hohe Temperatur
und hohen Druck.
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Der
Verdichter kann entsprechend dem Fluidverdichtungsverfahren als
Rotationsverdichter, Kolbenverdichter und Rollverdichter eingestuft
sein.
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Der
Kolbenverdichter insbesondere saugt und verdichtet ein Fluid, während sich
ein Kolben linear bewegt, und bei einem derartigen Kolbenverdichter
wird ein Verfahren, das ein Fluid durch Umwandeln der Drehbewegung
eines Antriebsmotors in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens verdichtet, und
ein Verfahren, das ein Fluid dadurch verdichtet und ansaugt, dass
es den Kolben eine Hin- und Herbewegung ausführen lässt, wenn der Antriebsmotor eine
lineare Hin- und Herbewegung ausführt, unterschieden.
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1 ist
eine Querschnittansicht, die einen herkömmlichen Kolbenverdichter zeigt, 2 ist
eine Teilquerschnittansicht, die einen Betriebszustand eines Saugventils
und eines Ablassventils beim Vorgang des Gassaugens in 1 zeigt,
und 3 ist eine Teilquerschnittansicht, die einen Betriebszustand
eines Saugventils und eines Ablassventils beim Vorgang des Gasablassens
in 1 zeigt.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt, enthält
der herkömmliche
Kolbenverdichter ein Gehäuse 10 mit einem
Gassaugrohr SP und einem Gasablassrohr DP, eine Rahmeneinheit 20,
die elastisch in dem Gehäuse 10 eingerichtet
ist, einen Kolbenmotor 30 zum Erzeugen einer Antriebskraft,
während
er in der Rahmeneinheit 20 befestigt ist, eine Verdichtungseinheit 40 zum
Ansaugen, Verdichten und Ablassen von Gas durch Nutzung einer linear
hin- und hergehenden Kraft des Kolbenmotors 30 und eine
Resonanzfedereinheit 50 zum Einleiten einer Resonanzbewegung durch
elastisches Halten der Verdichtungseinheit 40 in der Bewegungsrichtung.
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Der
Kolbenmotor 30 enthält
einen äußeren Ständer 31,
der zwischen dem mittleren Rahmen 22 und dem hinteren Rahmen 23 eingerichtet
ist, einen inneren Ständer 32,
der mit dem äußeren Ständer 31 an
einem vorgegebenen Zwischenraum kombiniert ist und in den hinteren
Rahmen 23 eingefügt
und damit kombiniert ist, und ein bewegliches Element 33, das
zwischen dem äußeren Ständer 31 und
dem inneren Ständer 32 zum
Ausführen
einer linearen Hin- und Herbewegung eingerichtet ist.
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Die
Verdichtungseinheit 40 enthält einen Zylinder 41,
der einstückig
im vorderen Rahmen 21 ausgebildet ist, einen Kolben 42,
der mit dem beweglichen Element 33 des Kolbenmotors 30 zum
Ausführen
einer linearen Hin- und Herbewegung in einem Verdichtungsraum P1
des Zylinders 41 kombiniert ist, ein Saugventil 43,
das am vorderen Ende des Kolbens 42 zur Gassaugsteuerung
durch Öffnen
und Schließen
des Saugkanals F des Kolbens 42 angebracht ist, und einen
Ablassventilzusammenbau 70, der an der Ablassseite des
Zylinders 41 zur Verdichtungsgasablasssteuerung durch Öffnen und
Schließen
des Verdichtungsraums P1 angebracht ist.
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Der
Ablassventilzusammenbau 70 enthält eine Ablassumkleidung 71 zum
Abdecken einer Seite des Zylinders 41, ein Ablassventil 72,
das in die Ablassumkleidung 71 zum Öffnen und Schließen des Verdichtungsraums
P1 des Zylinders 41 eingefügt ist, und eine Ventilfeder 73,
die auf der Innenseite der Ablassumkleidung 71 zum elastischen
Halten des Ablassventils 72 eingerichtet ist.
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Eine
Einführungsnut 72b ist
an einer druckhaltenden Fläche 72a,
d. h. einer Rückfläche des
Ablassventils 72, ausgebildet, und ein Kopf eines Bolzens
B der in dem Saugventil 43 befestigt ist, ragt heraus.
Demgemäß ist der
Kopf des Bolzens gebaut, um zum Zeitpunkt des Gasverdichtungsvorgangs
in die Einführungsnut 72b eingeführt zu werden.
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Im
Folgenden wird der Betriebsvorgang des herkömmlichen Kolbenverdichters
mit der obengenannten Bauweise beschrieben.
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Wenn
zwischen dem äußeren Ständer 31 und
dem inneren Ständer 32 durch
Zuführen
einer Stromquelle an den Kolbenmotor 30 ein Fluss ausgebildet
ist, führt
das bewegliche Element 33 des Kolbenmotors 30 durch
die Resonanzfedereinheit 50 elastisch eine Hin- und Herbewegung
aus.
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Dabei
wird, wenn der Kolben 42 eine Hin- und Herbewegung im Zylinder 41 ausführt, das
Volumen des Verdichtungsraums P1 geändert, und das Gas wird angesaugt
und verdichtet.
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Wenn
der Druck des Gases höher
als ein vorgegebener Druck ist, wenn er größer als eine elastische Kraft
der Ventilfeder 73 wird, wird das Ablassventil 72 bewegt.
Wenn der aufeinanderfolgende Vorgang des Ablassens des Gases in
den Verdichtungsraum P2 wiederholt wird, wird das abgelassene Gas
durch Öffnen
und Schließen
des Ablassventils 72 durch ein Gasablassrohr DP, das in
der Ablassumkleidung 71 ausgebildet ist, nach außen abgelassen.
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Im
Folgenden werden unter Bezugnahme auf 2 und 3 Vorgänge zum
Ansaugen, Verdichten und Ablassen von Gas beschrieben.
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Wie
in 2 gezeigt, kommt das Ablassventil 72 des
Ablassventilzusammenbaus 70, wenn sich der Kolben 42 an
einen unteren Totpunkt (a) bewegt, durch eine Druckdifferenz mit einem
Endabschnitt des Zylinders 41 in Berührung und schließt dadurch den
Verdichtungsraum P1.
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Gleichzeitig
wird das Saugventil 43, das mit dem Kolben 42 in
Eingriff steht, gebeugt und öffnet den
Saugkanal F, so dass Kühlgas
durch den Saugkanal F des Kolbens 42 in den Verdichtungsraum
P1 des Zylinders 41 gesaugt wird.
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Wie
in 3 gezeigt, bewegt sich der Kolben 42 nach
dem Erreichen des unteren Totpunkts (a) an einen oberen Totpunkt
(b), das Saugventil 43 kehrt an einen Anfangszustand zurück und der
Saugkanal F wird geschlossen, wodurch das Kühlgas, das in den Verdichtungsraum
P1 des Zylinders 41 gesaugt ist, verdichtet wird.
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Wenn
der Druck des Gases höher
als ein vorgegebener Druck ist, wenn er größer als eine elastische Kraft
der Ventilfeder 73 wird, wird das Ablassventil 72 des
Ablassventilzusammenbaus 70 geöffnet, wodurch das verdichtete
Kühlgas
abgelassen wird.
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Dabei
ist das Saugventilbefestigungsglied als Bolzen mit einem Bolzenkopf
ausgebildet, der bei der Hin- und Herbewegung des Saugventils 43 mit
einer Aussparung im Ablassventil 72 kollidieren kann, weil
die Ablassventilfeder 73 das Ablassventil 72 nie exakt
senkrecht zur Axialrichtung führt,
sondern aufgrund der Ausbildung der Ventilfeder 73 immer
etwas schräg
anstellt. Dies führt
dazu, dass das Ablassventil 72 nicht richtig schließt, was
die Verdichterleistung negativ beeinflusst.
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Die
DE 198 60 726 C2 zeigt
ein Saugventilbefestigungsglied in Form eines Bolzens, wobei der Bolzenkopf
mit einer Aussparung im Ablassventilzusammenbau fluchtet. Hier tritt
dasselbe Problem auf.
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Auch
die
US 3,934,967 A zeigt
als Saugventilbefestigungsglied einen Bolzen, hier mit abgerundetem
Bolzenkopf.
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Die
US 1,747,332 A und
die
DE 26 19 516 A1 zeigen
weitere Kolbenverdichter mit einem Saugventilbefestigungsglied.
Aber auch diese Kolbenverdichter lösen nicht das zuvor beschriebene
Problem.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolbenverdichter
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Verdichterleistung
erhöht
wird.
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Die
zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Kolbenverdichter, umfassend einen Kolben, der sich durch Empfang
einer Antriebskraft eines Kolbenmotors in einem Zylinder hin- und
herbewegt und einen Gassaugkanal darin aufweist, ein Saugventil,
das an einer Endfläche
des Kolbens zur Flusssteuerung von Gas, das durch den Saugkanal
gesaugt wird, angebracht ist, einen Ventilzusammenbau mit einer
Ablassumkleidung, die mit einer Seite des Zylinders in Eingriff
gebracht ist, einem Ablassventil, das am Endabschnitt des Zylinders
zur Gasablasssteuerung eines Verdichtungsraums, welcher durch den
Zylinder und den Kolben ausgebildet ist, eingerichtet ist, und einer
Ventilfeder zum elastischen Halten des Ablassventils, und ein am
Kolben befestigtes Saugventilbefestigungsglied, das zusammen mit
der Vorderfläche des
Kolbens einen Raum bildet, in dem das Saugventil hin- und herbewegbar
ist, wobei das Saugventilbefestigungsglied mit einem Durchgangsloch
im Zentrum seiner Vorderfläche
versehen ist und wobei am Zentrum der Rückfläche des Ablassventils eine dem
Durchgangsloch entsprechende totvolumenverhindemde Fläche hervorsteht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den
erfindungsgemäßen Kolbenverdichter
auszugestalten und weiterzubilden, wozu auf die beigefügte Zeichnung
verwiesen wird:
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1 ist
eine Querschnittansicht des herkömmlichen
Kolbenverdichters;
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2 ist
eine Teilquerschnittansicht, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbaus
beim Vorgang des Gassaugens in 1 zeigt;
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3 ist
eine Teilquerschnittansicht, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbausbeim
Vorgang des Gasablassens in 1 zeigt;
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4 ist
eine Längsschnittansicht,
die einen Kolbenverdichter gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
eine Teilquerschnittansicht, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbaus
beim Vorgang des Gassaugens in 4 zeigt;
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6 ist
eine Teilquerschnittansicht, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbaus
beim Vorgang des Gasablassens in 4 zeigt;
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7 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen Eingriff
des Saugventils mit dem Kolben von Figur zeigt;
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8 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen anderen
Eingriff des Saugventils mit dem Kolben von Figur zeigt;
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9 ist
eine Vorderansicht, die ein Saugventilbefestigungsglied von 4 zeigt;
und
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10 und 11 zeigen
einen Teil des Kolbenverdichters gemäß einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; wobei
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10 eine
Längsschnittansicht
ist, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbaus beim
Vorgang des Gassaugens zeigt; und
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11 eine
Längsschnittansicht
ist, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbaus beim
Vorgang des Gasverdichtens zeigt.
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Es
wird nun detailliert auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, die in den beiliegenden Zeichnungen beispielhaft
dargestellt sind.
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
wird nun ein Kolbenverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung
erläutert.
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4 ist
eine Längsschnittansicht,
die einen Kolbenverdichter gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, 5 ist eine
Teilquerschnittansicht, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbaus 170 beim
Vorgang des Gassaugens in 4 zeigt, 6 ist
eine Teilquerschnittansicht, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbaus 170 beim
Vorgang des Gasablassens in 4 zeigt, 7 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen Eingriff
des Saugventils 143 und mit dem Kolben 142 zeigt, 8 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen anderen
Eingriff des Saugventils 143 mit dem Kolben 142 zeigt,
und 9 ist eine Vorderansicht, die ein Saugventilbefestigungsglied 144 von 4 zeigt.
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Wie
gezeigt, umfasst ein Kolbenverdichter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung: ein Gehäuse 10 mit einem Gassaugrohr
SP und einem Gasablassrohr DP; eine Rahmeneinheit 20, die
im Gehäuse 10 eingerichtet ist;
einen Kolbenmotor 30 mit einem beweglichen Element 33,
das sich linear bewegt; einen Kolben 142, der sich dadurch,
dass er mit dem beweglichen Element 33 verbunden ist, hin-
und herbewegt, und einen Gassaugkanal F aufweist; ein Saugventil 143, das
an einer Endfläche
des Kolbens 142 zur Flusssteuerung von Gas, das durch den
Saugkanal F gesaugt wird, angebracht ist; einen Ventilzusammenbau 170 zur
Ablasssteuerung von verdichtetem Gas; und ein Saugventilbefestigungsglied 144,
das mit der Vorderfläche
des Kolbens 142 in Eingriff gebracht ist, zum beweglichen
hin- und hergehenden
Aufnehmen des Saugventils 143.
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Der
Ablassventilzusammenbau 170 enthält eine Ablassumkleidung 171,
die einen vorgegebenen Raum P2 aufweist und zum Abdecken einer Seite des
Zylinders 141 ausgebildet ist; ein Ablassventil 172,
das in den inneren Abschnitt der Ablassumkleidung 171 zum Öffnen und
Schließen
des Verdichtungsraums P1 des Zylinders 141 eingefügt ist;
und eine Ventilfeder 173, die auf der Innenseite der Ablassumkleidung 171 gehalten
und zum elastischen Halten des Ablassventils 172 mit dem
Ablassventil 172 in Eingriff gebracht ist, während sie
die Position des Ablassventils 172 einstellt.
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Bei
der einen bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist ein Saugventilbefestigungsglied 144 mit
einem vorgegebenen Abstand mit einer Vorderfläche des Kolbens 142 in
Eingriff gebracht, um das Saugventil 143 hin- und herbeweglich aufzunehmen,
und ein Verbindungsloch H, das mit dem Saugkanal F verbunden ist,
ist an einem Zentrum der Vorderfläche des Saugventilbefestigungsglieds 144 ausgebildet.
Eine totvolumenhindernde Fläche 172a steht
dem Verbindungsloch H entsprechend an einem Zentrum der Rückfläche des
Ablassventils 172 hervor.
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Im
Einzelnen enthält
das Saugventilbefestigungsglied 144 mit zylindrischer Form
einen zylindrischen Körper 144b,
der mit dem Kolben 142 in Eingriff gebracht ist, und einen
Anschlagabschnitt 144a, der von der Endabschnittsfläche des
Körpers 144b zum
Begrenzen der Bewegung des Saugventils 143 weggekrümmt ist.
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Wie
in 7 gezeigt, ist das Saugventilbefestigungsglied 144,
wenn das Saugventilbefestigungsglied 144 mit dem Kolben 142 in
Eingriff gebracht ist, an eine Vorderseite des Kolbens 142 durch Krafteinwirkung
anpassbar.
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Wie
in 8 gezeigt, ist das Saugventilbefestigungsglied 144 auch
durch eine Schraubspindel S1, die vor dem Kolben 142 ausgebildet
ist, und eine Schraubenmutter S2, die an der inneren umfänglichen
Fläche
des Saugventilbefestigungsglieds 144 ausgebildet ist, in
Eingriff bringbar.
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Das
Saugventil 143 ist als eine dünne Platte ausgebildet und
kann jegliche Komponenten enthalten, die beim Gassaug- und -verdichtungsvorgang ruhig
betrieben werden.
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Das
Saugventil 143 öffnet
den Saugkanal F beim Gassaugen und schließt den Saugkanal F beim Gasverdichten.
Das Saugventil 143 enthält
eine Haltefläche 143b an
einem äußeren Umfang
und eine Saugfläche 143a,
die zwischen den Halteflächen 143b ausgebildet
ist, zum Gasdurchlass.
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Das
heißt,
die Haltefläche 143b wird
durch den Anschlagabschnitt 144a des Saugventilbefestigungsglieds 144 gestoppt,
und die Saugfläche 143a öffnet den
Saugkanal F des Kolbens 142 beim Gassaugvorgang und schließt das Verbindungsloch
H des Saugventils 143 beim Gasverdichtungsvorgang.
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Es
werden nun Betriebsauswirkungen des Kolbenverdichters gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Bei
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird, auch wenn sich das Ablassventil 172 in
einem geneigten Zustand bewegt, die totvolumenhindernde Fläche 172a des
Ablassventils 172 in das Verbindungsloch H des Saugventilbefestigungsglieds 144 eingefügt, wodurch
Berührung
und Zusammenprallen von Baukomponenten verhindert und das Totvolumen
minimiert ist.
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Da
der Saugkanal F im Zentrum des Kolbens 142 ausgebildet
ist, wird das Gas einheitlich abgelassen, wodurch kein Massenungleichgewicht
verursacht wird.
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10 und 11 zeigen
einen Teil des Kolbenverdichters gemäß einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei 10 eine
Längsschnittansicht
ist, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbaus 270 beim
Vorgang des Gassaugens zeigt und 11 eine
Längsschnittansicht
ist, die einen Betriebszustand des Ablassventilzusammenbaus 270 beim
Vorgang des Gasverdichtens zeigt.
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Wie
gezeigt, ist in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weiterhin ein Kolbenverdichter bereitgestellt, umfassend:
ein Gehäuse 10 mit
einem Gassaugrohr SP und einem Gasablassrohr DP; eine Rahmeneinheit 20,
die im Gehäuse 10 eingerichtet
ist; einen Kolbenmotor 30 mit einem beweglichen Element 33,
das sich linear bewegt; einen Kolben 242, der sich dadurch,
dass er mit dem beweglichen Element 33 verbunden ist, hin-
und herbewegt, und einen Gassaugkanal F darin aufweist; ein Saugventil 243,
das an einer Endfläche
des Kolbens 242 zur Flusssteuerung von Gas, das durch den
Saugkanal F gesaugt wird, angebracht ist; einen Ventilzusammenbau 270 zur
Ablasssteuerung von verdichtetem Gas; ein Rundkopfniet R zum Befestigen
des Saugventils 243 am Kolben 242; und eine Einführungsnut 272b,
die an der Rückfläche des
Ablassventils 272 ausgebildet ist, zum Einführen des Rundkopfniets
R.
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Der
Ablassventilzusammenbau 270 enthälteine Ablassumkleidung 271,
die einen vorgegebenen Raum aufweist und zum Abdecken einer Seite
des Zylinders 241 ausgebildet ist; ein Ablassventil 272, das
in den inneren Abschnitt der Ablassumkleidung 271 zum Öffnen und
Schließen
des Verdichtungsraums P1 des Zylinders 241 eingefügt ist;
und eine Ventilfeder 273, die auf der Innenseite der Ablassumkleidung 271 gehalten
und zum elastischen Halten des Ablassventils 272 mit dem
Ablassventil 272 in Eingriff gebracht ist, während sie
die Position des Ablassventils 272 einstellt.
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Wenn
das Gas verdichtet wird, ist eine Einführungsnut 272b an
der Rückfläche 272a des
Ablassventils 272 ausgebildet, um das Rundkopfniet R einzufügen.
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Bei
der anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird, auch wenn sich das Ablassventil 272 in
einem geneigten Zustand bewegt, das Rundkopfniet R in die Einführungsnut 272b eingefügt.
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Da
das Rundkopfniet R die Rückfläche 272a des
Ablassventils 272 nicht berührt oder damit zusammenprallt,
ist verhindert, dass die Komponenten zu Schaden kommen, und das
Totvolumen ist minimiert, wodurch eine Verdichtungsleistung gesteigert ist.
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Wie
oben erwähnt,
ist bei der vorliegenden Erfindung eine Beschädigung der Baukomponenten durch
Zusammenprall mit dem Ablassventil 272 beim Gasverdichtungsvorgang
verhindert und das Totvolumen minimiert, wodurch die Verdichtungsleistung des
Verdichters gesteigert ist.