DE19613911C1 - Saugventil für einen Axialkolbenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Saugventil für einen Axialkolbenverdichter, dessen Zylinderblock von einer Ventilplatte überdeckt ist, die Saug- und Druckventil­ öffnungen aufweist, mit einer einseitig eingespannten Blattfeder, die an ihrem einen Ende mit einem Einspann­ abschnitt zwischen Ventilplatte und Zylinderblock ein­ gespannt ist, an ihrem anderen Ende mit einem Ver­ schlußabschnitt die Saugventilöffnung überdeckt und einen diese Abschnitte verbindenden Zwischenabschnitt aufweist sowie beim Öffnen des Saugventils mit einem Anschlag am Zylinderblock zusammenwirkt.

Bei einem bekannten Saugventil dieser Art (US 2 908 287) befindet sich der Einspannabschnitt der ein­ seitig eingespannten Blattfeder nahe des Zylinders. Der Verschlußabschnitt befindet sich am anderen Ende der Blattfeder und wirkt mit dem Anschlag zusammen. Der Zwischenabschnitt erstreckt sich daher über einen we­ sentlichen Teil des Durchmessers des Zylinders.

Wenn das Saugventil offen ist und Gas in den Zylinder gesaugt werden soll, ist die Blattfeder nach unten ge­ bogen. Hierbei wird der Gasstrom von der Saugventilöff­ nung zur Zylinderwand abgelenkt. Beim Kontakt mit der Zylinderwand wird das Gas erwärmt und expandiert. Der Strömungswiderstand und die Erwärmung reduzieren die Menge des Gases, die während des Ansaughubs des Ver­ dichters in den Zylinder strömen kann.

Aus DE 41 18 652 A1 ist eine Membranpumpe bekannt, bei der das Saugventil eine Ventilscheibe aufweist, die zentrisch eingespannt ist und beidseitig von dem Ein­ spannabschnitt einen dicht benachbarten Verschlußab­ schnitt aufweist, der achsparallele Zuflußbohrungen abdeckt. In der Öffnungsstellung wirkt die Ventilschei­ be mit zwei Anschlägen zusammen, die ebenfalls dicht neben dem Einspannabschnitt angeordnet sind und einen Raum begrenzen, der über achsparallele Bohrungen mit dem Hubraum der Pumpe in Verbindung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Saugven­ til der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das eine optimale Füllung des Zylinders erlaubt und dadurch die Leistung des Verdichters erhöht, wie dies insbesondere für Kältekompressoren erwünscht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Zwischenabschnitt im wesentlichen außerhalb des Zylinderquerschnitts befindet und der Anschlag im Bereich der dem Einspannabschnitt zugewandten Zylinder­ wand angeordnet ist.

Bei dieser Konstruktion ergibt sich zu Beginn der Öff­ nungsbewegung eine weiche Charakteristik, weil sich die Blattfeder über die Länge von Zwischenabschnitt und Verschlußabschnitt verformen kann. Sobald jedoch der Anschlag erreicht ist, ergibt sich eine steifere Öff­ nungscharakteristik, weil sich nur noch der Verschluß­ abschnitt verlagern kann. Das neue Saugventil kann da­ her schneller und weiter als die bisher bekannten Saug­ ventile öffnen. Hierdurch wird die Füllung des Zylin­ ders beim Ansaughub des Verdichters erhöht. Umgekehrt schließt das Saugventil bei voller Öffnungsstellung aufgrund der großen Steifheit schneller und verhindert so einen Rückfluß. Dies erhöht ebenfalls die Füllung und damit die Leistung des Kompressors. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die einzelnen Abschnitte der Blattfeder dem Anwendungszweck genau anzupassen, also den Einspannabschnitt der Einspannfunktion, den Zwi­ schenabschnitt der Durchbiegungsfunktion und den Ver­ schlußabschnitt der Verschlußfunktion. Man erhält somit ein Ventil, daß die Vorteile eines steifen und eines weichen Ventils vereint.

Darüber hinaus bildet der Verschlußabschnitt mit der Ventilplatte einen Winkel, dessen Spitze nahe der Zy­ linderwand liegt und der sich zur Mitte des Zylinders hin erweitert. Infolgedessen strömt das Gas direkt in Richtung auf die Mitte des Zylinders zu, ohne zunächst von der Zylinderwand abgelenkt zu werden. Dies führt zu einer Verminderung der Erwärmung des Gases und daher ebenfalls zu einer Verbesserung des Füllgrades.

Auch beim Druckhub wird eine Verbesserung erzielt. Denn man kann eine relativ große Druckventilöffnung vorse­ hen, ohne daß das über das Druckventil abgeführte Gas durch die Blattfeder des Saugventils behindert wird, da sich im wesentlichen nur das Verschlußstück im Zylin­ derraum befindet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür ge­ sorgt, daß die Stirnseite des Zylinderblocks zur Auf­ nahme des Zwischenabschnitts eine Vertiefung aufweist, die durch eine zum Zylinder führende, schräge Rampe begrenzt ist. Die Rampe ermöglicht es, daß der Ein­ spannabschnitt mit Abstand vom Zylinder angeordnet wird und sich der Zwischenabschnitt trotzdem bewegen kann. Mit Hilfe der Rampe wird der Anschlag gebildet.

Mit Vorteil ist die Neigung der Rampe über ihre Länge konstant. Im Zusammenhang mit der Biegelinie der Blatt­ feder ergibt sich der Anschlag am Ende der Rampe, ins­ besondere am Schnittpunkt zwischen Rampe und Zylinder­ wand.

Eine ebenfalls vorteilhafte Alternative besteht darin, daß die Neigung der Rampe von einem Kleinstwert zum Zylinder hin zunimmt. Bei dieser Konstruktion verlagert sich der Anschlag für den Zwischenabschnitt während der Öffnungsbewegung von dem einen Ende der Rampe zu deren anderem Ende. Hierbei wird der aktive Teil des Zwi­ schenabschnitts kontinuierlich kürzer. Die Öffnungscha­ rakteristik wird daher allmählich steifer.

Günstig ist es auch, daß der Einspannabschnitt minde­ stens zwei umgebogene Laschen aufweist, die in Aufnah­ meöffnungen der Ventilplatte und/oder des Zylinder­ blocks greifen. Dies ergibt eine präzise Lage der Blattfeder auch im Bereich des Ventilsitzes. Man kann daher dem Verschlußabschnitt eine kleinere, die Saug­ ventilöffnung nur wenig überragende Fläche geben. Auch hierdurch wird die Füllung des Zylinders verbessert.

Von Vorteil ist es, daß die Blattfeder im Bereich des Zwischenabschnitts in Öffnungsrichtung abgewinkelt ist. Das Saugventil schließt daher bei dem Druckhub des Kol­ bens, öffnet aber aus eigener Rückstellkraft, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat. Das Sauggas kann daher von Beginn des Saughubes an strömen. Außer­ dem wird das Kleben des Verschlußabschnitts am Saugven­ tilsitz unterbunden.

Es empfiehlt sich eine solche Auslegung, daß der Ver­ schlußabschnitt in der Öffnungsstellung einen Winkel von mindestens 150 zur Ventilplatte einnimmt. Auf diese Weise werden die Umlenkverluste gering gehalten.

Von Vorteil ist es, daß ein Kanal zwischen Saug­ schalldämpfer und Saugventilöffnung der Öffnungsrich­ tung des Verschlußabschnitts angepaßt ist. Dies vermin­ dert die Umlenkverluste und erhöht die Leistung.

Vorzugsweise ist die Saugventilöffnung teilweise außer­ halb des Zylinderquerschnitts angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, auch kleinere Verdichter mit gro­ ßen Saugventilöffnungen zu versehen. Trotzdem bleibt ausreichend Platz für das Druckventil. Außerdem ergibt sich eine Schrägzufuhr des Sauggases, die der Öffnungs­ richtung der Verschlußstücke angepaßt ist.

Günstig ist es ferner, daß die Saugventilöffnung derart schräg durch die Ventilplatte verläuft, daß deren Achse zur Zylinderachse hin geneigt ist. Diese Schrägneigung der Saugventilöffnung führt dazu, daß das zuströmende Gas aus dem Saugschalldämpfer des Verdichters ohne we­ sentliche Richtungsänderungen in den Zylinder eintritt. Dies verbessert die Füllung des Zylinders und die Lei­ stung des Verdichters.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Explosions-Darstellung einen Zylinder­ block und eine Ventilplatte mit dazwischen angeordneter Dichtplatte und Saugventil- Blattfeder,

Fig. 2 eine Teildraufsicht auf die Stirnseite des Zylinderblocks und

Fig. 3 bis 7 Teilschnitte durch den Saugventilbereich bei verschiedenen Betriebszuständen.

Fig. 1 zeigt einen Zylinderblock 1 mit einem als Boh­ rung vorgesehenen Zylinder 2, vier Bohrungen 3 zum Durchführen von Befestigungsschrauben, einem Druckgas­ kanal 4 sowie einer Vertiefung 5, die in Richtung auf den Zylinder 2 durch eine schräge Rampe 6 begrenzt ist. Eine Ventilplatte 7 weist eine Saugventilöffnung 8 und eine Druckventilöffnung 9 auf. Zwischen Zylinderblock 1 und Ventilplatte 7 befindet sich eine Dichtplatte 10 mit einem dem Zylinder 2 angepaßten Durchbruch 11, der einen Fortsatz 12 besitzt, und mit einer Vertiefung 13, die an der Unterseite der Dichtplatte 10 einen in einen Teil der Vertiefung 5 greifenden Vorsprung besitzt.

Eine Saugventil-Blattfeder 15 weist einen Einspannab­ schnitt 16 auf, der in der Vertiefung 13 aufgenommen und durch die Ventilplatte 7 festgehalten wird, einen Verschlußabschnitt 17, der die Saugventilöffnung 8 ab­ zudecken vermag, und einen Zwischenabschnitt 18, der den Einspannabschnitt 16 und den Verschlußabschnitt 17 miteinander verbindet. Am Einspannabschnitt 16 sind zwei seitliche hochgebogene Laschen 19 angebracht, die in entsprechende Löcher der Ventilplatte 7 greifen und die Lage der Saugventil-Blattfeder 15 genau festlegen.

Die Rampe 6 wird durch mehrere winklig aneinandersto­ ßende Flächen begrenzt, so daß sich Kanten 20, 21 und 22 ergeben, wobei die letztgenannte Kante 22 sich dort befindet, wo die Rampe 6 auf die Zylinderwand 23 trifft. Außerdem ist die Saugventil-Blattfeder im Be­ reich des Zwischenabschnitts 18, nämlich am Knick 24, winklig in Öffnungsrichtung abgebogen.

In Fig. 2 ist die Lage der Saugventilöffnung 8 und die Lage der Druckventilöffnung 9 gestrichelt angedeutet. Es ist erkennbar, daß das Druckgas, das über die Druckventilöffnung 9 abströmt, durch die Saugventil­ blattfeder 15 nicht behindert wird. Aus Fig. 3 ergibt sich, daß im Bereich der Saugventilöffnung 8 ein Ven­ tilsitz 25 vorgesehen ist, der seinerseits von einer Ringnut umgeben ist. Die Saugventilöffnung 8 liegt teilweise außerhalb des Querschnitts des Zylinders 2. Ihre Mittelachse steht schräg zur Zylinderachse. Ein anschließender Kanal 26 des Saugschalldämpfers verläuft ebenfalls schräg. Um einen freien Gaszutritt zu ermög­ lichen, kann eine Schrägfläche 27 an der Übergangsstel­ le zwischen Zylinderwand 23 und Stirnwand des Zylinder­ blocks 1 vorgesehen sein.

In den Fig. 3 bis 7 sind die verschiedenen Ventilstel­ lungen in Abhängigkeit vom Hub des Kolbens 28 veran­ schaulicht. Die Kolbenbewegung wird durch den Pfeil K angedeutet.

Fig. 3 zeigt den Druckhub mit sich nach oben bewegendem Kolben 28. Der Druck P2 im Hubraum ist erheblich größer als der Druck P1 auf der Saugseite. Daher wird der Ver­ schlußabschnitt 17 gegen den Ventilsitz gedrückt. Das Saugventil ist sicher verschlossen.

In Fig. 4 ist der obere Totpunkt erreicht. Die Drücke P1 und P2 sind gleich. Bei der Bewegungsumkehr steht die Blattfeder 15 lediglich unter der Vorspannung, wel­ che durch den Knick 24 hervorgerufen wird. Unter dem Einfluß dieser Federkraft öffnet das Saugventil gering­ fügig, so daß beim anschließenden Saughub von Anfang an Sauggas in den Zylinder 2 treten kann.

Fig. 5 zeigt den Anfang des Saughubes. Das Verschluß­ stück 17 wird durch die Saugkraft des Zylinders 28 mit­ genommen, bis sich die Blattfeder 15 gegen die Kante 20 legt. Die bis dahin weiche Charakteristik wird nun durch die Verkürzung der freien Länge der Blattfeder 15 härter. Der Verschlußabschnitt 17 hat eine gewisse Öff­ nungsstellung erreicht, die zu diesem Zeitpunkt, in welchem der Kolben sich noch vergleichsweise langsam bewegt, ausreicht. Die Strömung des Sauggases ist durch die Pfeile S angedeutet.

In Fig. 6 hat sich der Verschlußabschnitt 17 noch wei­ ter vom Ventilsitz entfernt. Die Blattfeder 15 liegt nunmehr an der Kante 21 auf. Die Charakteristik ist noch härter geworden.

Fig. 7 schließlich zeigt den Zustand größtmöglicher Auslenkung der Blattfeder 15. Diese stützt sich nunmehr an der Kante 22 ab, so daß die Charakteristik noch här­ ter wird. Dies hat zur Folge, daß bei der Bewegungsum­ kehr des Kolbens im unteren Totpunkt das Schließen des Saugventils durch die Rückstellfeder der Blattfeder unterstützt wird und daher keine Verluste beim Druckhub auftreten.

In der größten Öffnungsstellung des Saugventils (Fig. 7) steht der Verschlußabschnitt 17 in einem Win­ kel von etwa 45°, also mehr als 15°, zur Ventilplatte 7. Der Sauggas führende Kanal 26 und die Saugventilöff­ nung 8 haben eine ähnliche Neigung zur Ventilplatte 7. Außerdem haben sie den gleichen radialen Verlauf wie die Blattfeder 15. Dies hat zur Folge, daß das Sauggas S nahezu ungehindert in den Zylinder 2 eintritt und dort in den Bereich der Zylinderachse gelangt, ohne vorher durch übermäßige Berührung der heißen Zylinder­ wände aufgeheizt zu werden.

In vielen Fällen genügt auch ein einziger Anschlag, beispielsweise die Kante 22, zum Abstützen der Blatt­ feder 15, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist. Ande­ rerseits kann sich die Neigung der Rampe auch kontinu­ ierlich ändern, so daß sich die Charakteristik der Blattfeder ebenfalls allmählich ändert.

Claims (10)

1. Saugventil für einen Axialkolbenverdichter, dessen Zylinderblock von einer Ventilplatte überdeckt ist, die Saug- und Druckventilöffnungen aufweist, mit einer einseitig eingespannten Blattfeder, die an ihrem einen Ende mit einem Einspannabschnitt zwi­ schen Ventilplatte und Zylinderblock eingespannt ist, an ihrem anderen Ende mit einem Verschlußab­ schnitt die Saugventilöffnung überdeckt und einen diese Abschnitte verbindenden Zwischenabschnitt aufweist sowie beim Öffnen des Saugventils mit ei­ nem Anschlag am Zylinderblock zusammenwirkt, da­ durch gekennzeichnet, daß sich der Zwischenab­ schnitt (18) im wesentlichen außerhalb des Zylin­ derquerschnitts befindet und der Anschlag (20, 21, 22) im Bereich der dem Einspannabschnitt (16) zu­ gewandten Zylinderwand (23) angeordnet ist.

2. Saugventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite des Zylinderblocks (1) zur Auf­ nahme des Zwischenabschnitts (18) eine Vertiefung (5) aufweist, die durch eine zum Zylinder (2) füh­ rende, schräge Rampe (6) begrenzt ist.

3. Saugventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Rampe (6) über ihre Länge kon­ stant ist.

4. Saugventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Rampe (6) von einem Kleinstwert zum Zylinder (2) hin zunimmt.

5. Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Einspannabschnitt (16) mindestens zwei umgebogene Laschen (19) auf­ weist, die in Aufnahmeöffnungen der Ventilplatte (7) und/oder des Zylinderblocks (1) greifen.

6. Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (16) im Bereich des Zwischenabschnitts (18) in Öffnungs­ richtung abgewinkelt ist.

7. Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verschlußabschnitt (17) in der Öffnungsstellung einen Winkel von min­ destens 15° zur Ventilplatte (7) einnimmt.

8. Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Kanal (26) zwischen Saugschalldämpfer und Saugventilöffnung (8) der Öffnungsrichtung des Verschlußabschnitts (17) an­ gepaßt ist.

9. Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Saugventilöffnung (8) teilweise außerhalb des Zylinderquerschnitts ange­ ordnet ist.

10. Saugventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Saugventilöffnung (8) derart schräg durch die Ventilplatte (7) verläuft, daß deren Achse zur Zylinderachse hin geneigt ist.