DE2443030A1

DE2443030A1 - Verdichter

Info

Publication number: DE2443030A1
Application number: DE19742443030
Authority: DE
Inventors: Frederick Harry Ford
Original assignee: Bendix Westinghouse Ltd
Current assignee: Honeywell UK Ltd
Priority date: 1973-09-15
Filing date: 1974-09-09
Publication date: 1975-03-20
Also published as: FR2244086A1; JPS5076612A; FR2244086B3; IT1020794B; SE7411558L

Description

Dr. E. Wiegand, Dipl.-Ing. W. Nlemau -R 0, 7k Dr. M. Köhler, Dipl.-Ing. C. Gernhardf

Patentanwälte '

Homburg 50 - KanigstroBe 28 2443030

Telex: 212979 KARP D

W. 26435/74· 12/Sch

Bendix Westinghouse Limited Bristol (England)

Verdichter.

Die Erfindung bezieht sich auf Kompressoren bzw· Verdichter und insbesondere auf die Ventile, die bei Luftverdichtern verwendet werden·

Bei Luftverdichtern werden bisher verschiedene . Arten von Ventilen verwendet. Luftverdichter weisen üblicherweise einen oder mehrere Kolben auf, die in üblicher Weise über eine Pleuelstange und eine Kurbelwelle derart angetrieben werden, daß sie sich in dem betreffenden Zylinder hin- und herbewegen· Ungleich zu Brennkraftmaschinen oder Dampfmaschinen verwenden Luftverdichter üblicherweise Ventile, die durch die relativen Drücke geöffnet und geschlossen werden, welche auf die

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beiden Seiten der Ventilglieder ausgeübt werden, und üblicherweise sind keine anderen Mittel zum öffnen der Ventile vorgesehen.

Die Ventile sind gewöhnlich in Form von in Paaren angeordneten Einwegventilen vorgesehen, wobei jedes Ventilpaar ein Einlaßventil und ein Abgabeventil für den Verdichter aufweist·

Bisherige Verdichterventile'weisen typisch federbelastete ebene Scheiben, die mit ebenen oder konischen Ventilsitzen versehen sind, auf, oder die Ventile weisen Blattventile oder Zungenventile auf, die ie wesentlichen aus ebenen Federteilen bestehen, von denen das eine Ende ■it dem Gehäuse des Verdichters verbolzt oder verstiftet ist, und von denen das andere Ende gewöhnlich über der Abgabeöffnung bzw. Einlaßöffnung ruht bzw· aufliegt. In jeden Fall lenkt der Luftdruck auf Jedem Hub das Einlaßventil so ab, daß es auf einem Halbhub sich öffnet, wobei das Abgabeventil auf der anderen Hälfte des Hubes geöffnet wird· Es ist gefunden worden, daß solche Ventile Nachteile insofern haben, daß sie das Bestreben haben, im Betrieb zu brechen, wobei sie weiterhin die Luftströmung unerwünscht •inengen oder begrenzen können und demgemäß unangemessene Erhitzung innerhalb des Gehäuses des Verdichters hervorrufen können.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, Ventile für einen Verdichter zu schaffen, die weniger leicht brechen als die bisher bekannten Ventile und/oder verbesserte Strömungscharakteristiken für ein gegebenes Ausmaß des Abhebens eines Ventilgliedes von seinem Ventilsitz schaffen.

Gemäß der Erfindung ist ein Verdichter geschaffen mit einer Ventileinrichtung, die federnd vorgespannte scheibenartige Teile aufweist, die auf einer Seite eine konkave Fläche, in die eine federnde Vorspanneinrichtung (typisch •ine Feder) eingreift, und auf der anderen Seite eine

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konvexe gebogene fläche hat, die sich gegen einen allgemein konkaven Ventilsitz legt.

Der allgemein konkave Ventilsitz kann kegelstumpfförmige Gestalt haben, oder er kann gebogene Gestalt, typisch sphärische Oberflächengestalt, haben zwecks Anpassung an die gebogene Fläche des Ventilgliedes·

Die federnde Vorspanneinrichtung kann relativ zu dem Ventilglied mittels der konkaven Fläche des Ventilgliedes dadurch angeordnet werden, daß die konkave Fläche des Yentilgliedes mit einem mittleren Teil versehen ist, der das Bestreben hat, die federnde Einrichtung zu halten. In diesem letzteren Fall kann der mittlere Teil ein im wesentlichen ebener oder flacher Teil sein.

Die federnde Einrichtung kann in dem Verdichtergehauee durch geeignete Aufnahmemittel gehalten sein, durch welche die federnde Einrichtung daran gehindert ist, ihre Arbeitsstellung in dem Verdichtergehäuse relativ zu dem Ventilsitz seitlich zu verschieben·

Bei einer weiteren Ausführungsform braucht das Ventilglied nicht mit dem mittleren ebenen Teil versehen zu sein, sondern es kann eine vorragende Einrichtung vorgesehen sein, die in das Verdichtergehäuse vorragt und für die das Bestreben besteht, von dem Ventilglied erfaßt zu werden, wenn dieser sich von dem Ventilsitz abhebt derart, daß das Bestreben besteht, das Ventilglied relativ zu dem Ventilsitz und der federnden Einrichtung zu zentrieren. In diesem letzteren Fall kann die vorragende Einrichtung wenigstens zum Teil die Aufnahmemittel umfassen, welche die federnde Einrichtung in einer vorbestimmten Stellung relativ zu dem Ventilsitz halten.

Bas Ventilglied kann dadurch hergestellt werden, daß es aus Blech aus rostfreiem Stahl ausgestanzt wird und wärmebehandelt wird, üb einen geforderten Härtegrad zu erhalten.

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Pig· 1 zeigt einen zweizylindrigen Luftverdichter in teilweise geschnittener Ansicht, wobei ein Austrittsventil und ein Eintrittsventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind.
Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Austrittsventils zur Verwendung in einem Luftverdichter.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Eintrittsventils zur Verwendung in einem Luftverdichter.

In Fig. 1 sind nur diejenigen Teile eines zweizylindrigen Luftverdichters dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Demgemäß sind für einen Zylinder ein Eintrittsventil, und für den anderen Zylinder ein Austrittsventil dargestellt. Es ist jedoch zu bemerken, daß jeder Zylinder ein Eintrittsventil und ein Austrittsventil aufweist. Das Verdichtergehäuse 1 umfaßt einen Zylinderkopf 2, einen Zwischenventilteil 3 und einen· Zylinderblock 4. Der Zylinderblock 4 umfaßt einen Zylinder nit einem Kolben 6 sowie einen weiteren Zylinder 7 mit einem Kolben 8. Die Kolben 6, 8 werden jeweils mittels einer Pleuelstange 9 bzw. 10 hin- und herbewegt, und die Pleuelstangen 9» 10 sind jeweils mit einer Kröpfung der nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden. Der Zylinderkopf 2 ist mit einer Eintrittsverbindung 11 und einer Austrittsverbindung 12 versehen. Die Eintrittsverbindung 11 weist einen Durchgang 13 zur oberen Seite eines konkaven Ventilsitzes 14 auf, gegen den eine konvexe Fläche 16 eines Ventilgliedes 15 durch eine federnde Einrichtung in Form einer leichten Feder 17 gedrückt wird. Die Fläche des Ventilgliedes -15» gegen welche die Feder 17 drückt, ist

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eine konkave Fläche 18, die einen mittleren ebenen Teil hat, gegen den sich die Feder 17 legt· Am anderen Ende ist die Feder 17 in einer Ausnehmung im Gehäuseteil 3 des Verdichters aufgenommen, und durch diese Anordnung ist eine selbstzentrierende Wirkung für das Ventilglied 15 geschaffen.

Das Austrittsventil für den Zylinder 7 ist dem Eintrittsventil des Zylinders 5 im wesentlichen identisch mit der Ausnahme, daß die Anordnung und der Arbeitssinn umgekehrt sind· Dieses Austrittsventil braucht daher nicht im einzelnen beschrieben zu werden, jedoch ist zu bemerken, daß es zwischen dem Zylinder 7 und der'Austrittsverbindung des Verdichters eine Einwegverbindung schafft.

Im Betrieb des Verdichters werden das Eintrittsventil und das Austrittsventil jeweils durch die Wirkung eines Luftdruckunterschiedes an ihnen geöffnet, so daß Einwegströmung von Luft zwischen der Eintrittsverbindung 11, dem betreffenden Zylinder und der Austrittsverbindung 12 ermöglicht, ist. Das Wiederaufsetzen der Ventile auf ihren Sitz wird durch die federnde Einrichtung in Form der Feder 17 unterstützt derart, daß die Ventile geringfügig in die Schließstellung gedrückt werden. Es ist zu bemerken, daß, da die Ventilglieder konvexe Flächen haben, die mit konkaven Ventilsitzen in Eingriff treten, sie vorteilhafte Strömungscharakteristiken für die Strömung von Luft durch sie schaffen im Vergleich beispielsweise mit Scheibenventilen, wie sie bisher in gewissen Verdichtern verwendet werden· Weiterhin werden zufolge der Geometrie der Ventilglieder, wie es oben kurz erwähnt wurde, die mittleren ebenen oder flachen Teile der Ventilglieder durch die leichten Federn 17 beeinflußt und sie schaffen eine vorteilhafte Zentrierwirkung für die Ventilglieder derart, daß keine weitere Führungseinrichtung für das Zentrieren der Ventiiglieder im Betrieb erforderlich ist. Da weiterhin diejenige Fläche des Ventilgliedes, die mit dem zugehörigen Ventilsitz in

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Eingriff tritt, konvex ist, sind die wirksamen augenblicklichen oder zeitweiligen Stoßkräfte, die zwischen dem Ventilglied und dem Ventilsitz auftreten, klein im Vergleich mit den betreffenden Kräften, die auftreten, wenn oben erwähnte Scheibenventilglieder verwendet werden· Demgemäß ist die Wahrscheinlichkeit des Ventilbruchs beträchtlich verringert.

In fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform eines Austrittsventils dargestellt, bei welchem zwar ein kegelstumpf förmiger Ventilsitz 21 vorgesehen ist, bei welchem jedoch das Ventilglied 22 sowohl an der inneren als auch an der äußeren Fläche im wesentlichen kugelförmig ist« Demgemäß ist bei diesem Beispiel kein mittlerer flacher Teil vorhanden wie es bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 der Fall ist. Bei diesem Beispiel ist die federnde Einrichtung in Form einer Feder 23 in einem ringförmigen Vorsprung 24 aufgenommen, der sich vom Ventilgehäuse in Richtung gegen das Ventil erstreckt. Die Feder 23 steht wiederum mit der inneren konkaven Fläche des Ventilgliedes im Eingriff, jedoch wird die Zentrierung des Ventilgliedes durch die Tatsache erreicht, daß der Umfang des Ventilgliedes das Bestreben hat, mit der unteren Fläche des ringförmigen Vorsprunges 24· in Eingriff zu treten, wodurch das Ventilglied jedesmal nivelliert wird, wenn es sich unter dem Einfluß von Luftdruck von seinem Ventilsitz abhebt, um den Austritt von Luft zur Austrittsverbindung des Verdichters zu ermöglichen. Um irgendein Bestreben des Ventilgliedes 22 zu verringern, an der unteren Fläche des ringförmigen Vorsprunges 24 anzuhaften, wenn gute Abdichtung zwischen dem letzteren und der Umfangsfläche des Ventilgliedes auftritt, ist ein Leckdurchgang 25 oberhalb des Ventilgliedes 22 geschaffen, um unmittelbare Freigabe in den geschlossenen Zustand zu ermöglichen.

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Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Eintrittsventils, welches sich gegenüber dem Eintrittsventil des Verdichters gemäß Fig· 1 etwas unterscheidet, und zwar hinsichtlich seiner Anordnung in dem Verdichter. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Eintrittsverbindung an der Stelle 31 ausgeführt, und dort befindet sich eine öffnung, die in dem Zylinderblock des Verdichters vorgesehen ist. Die Austrittsströmung ist daher eine Aufwärtsströmung an dem Ventilglied 32 vorbei, auf welches wiederum eine federnde Einrichtung in Form einer Feder 33 wirkt, die in einer ringförmigen Ausnehmung 34-aufgenommen ist, welche in dem Zwischenteil 35 des Verdichtergehäuses gebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilsitz durch einen ringförmigen Einsatz 36 gebildet, dessen obere Fläche zu sphärischer konvexer Gestalt geschliffen ist zwecks Aufnahme des Ventilgliedes 32· Unter dem Ventilglied 32 und mit dessen konvexer Fläche 38 in Eingriff tretend befindet sich ein Entleerungsmechanismus, der eine Schubstange 39 aufweist, die mittels nicht dargestellter Mittel über eine Buchse 4-0 in dem Verdichter betätigt wird. Der Entleerungsmechanismus wird von einer Steuereinrichtung betätigt, die auf den Behälterdruck anspricht und den Verdichter entleert, wenn ein gegebener Grad an Ausgangsdruck von der Austrittsverbindung des Verdichters erreicht ist.

Im Betrieb arbeitet das Eintrittsventil gemäß Fig. im wesentlichen in der gleichen Weise wie das Ventil gemäß Fig. 2, und bei dieser Ausführungsform ist die Zentrierwirkung hervorgerufen durch die Feder 33 und die Tatsache, daß der Umfang des Ventilgliedes 32 beim Abheben von seinem Sitz 36 das Bestreben hat, mit der Cfberflache des Zwischenteils 35 des Verdichtergehäuses in Eingriff

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zu treten, wodurch ein Bestreben besteht, das Ventilglied 32 bei Jeder Rückkehr in die gewünschte Arbeitsstellung zu zentrieren. Ähnliche weitere Ausführungen gelten für die Ventile gemäß den Fig. 2 und 3 im Hinblick auf die Stoßkräfte und die Luftströmung zwischen den Ventilgliedern und den Ventilsitzen.

Die Ventilglieder sind durch Ausstanzen aus ebenem Blech aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die Stanzstücke werden dann geschliffen, um eine ebene Umfangsfläche zu erzeugen, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist. Es wird auch Wärmebehandlung angewendet, um einen gewünschten Härtegrad ohne unangemessene Sprödigkeit zu erzielen im Hinblick auf die besondere schwierige Arbeitsumgebung innerhalb des Verdichtergehäuses·

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Claims

Patentansprüche

π.)Verdichter mit einer Ventileinrichtung, die ein federnd vorgespanntes scheibenartiges Ventilglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenartige Ventilglied (15 bzw. 22 bzw. 32) an einer Seite eine konkave Fläche (18) aufweist, in welcher die vorzugsweise als Feder (17 bzw. 23 bzw. 33) ausgebildete federnde Vorspanneinrichtung im Eingriff steht, und an der anderen Seite eine konvexe gebogene Fläche (16 bzw. 38) aufweist, die sich gegen einen allgemein konkaven Ventilsitz (14 bzw. 21 bzw· 36) legt.
2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der allgemein konkave Ventilsitz (14) kegelstumpfförmige Gestalt hat.
3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzfläche (36) des allgemein konkaven Ventilsitzes gebogene Gestalt, vorteilhaft sphärische Oberflächengestalt, hat zwecks Anpassung an die gebogene Fläche des Ventilgliedes.
4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Vorspanneinrichtung (17) relativ zu dem Ventilglied (15) angeordnet ist, welches mit einem mittleren Teil versehen ist, der die federnde Einrichtung zu halten sucht.
5» Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil ein im wesentlichen ebener Teil ist.
6. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Einrichtung in dem Verdichtergehäuse mittels einer Aufnahmeeinrichtung (19 bzw.

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bzw· 34·) gehalten ist, mittels welcher die federnde Einrichtung (17 bzw· 23 bzw· 33) daran gehindert ist, ihre Arbeitsstellung in dem Verdichtergehäuse relativ zu dem Ventilsitz (14 bzw. 21 bzw. 36) seitlich zu bewegen.

7· Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorragende Einrichtung (24) vorgesehen ist, die in dem Verdichtergehäuse vorragt und mit der das Ventilglied (22) beim Abheben vom Ventilsitz (21) in Eingriff zu treten sucht derart, daß ein Bestreben zum Zentrieren des Ventilgliedes relativ zu dem Ventilsitz und der federnden Einrichtung (23) vorhanden ist·

8· Verdichter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die vorragende Einrichtung (24) wenigstens zum Teil die Aufnahmeeinrichtung umfaßt, welche die federnde Einrichtung (23) in vorbestimmter Stellung relativ zu dem Ventilsitz (21) hält.

9· Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (15 bzw. 22 bzw· 32) durch Ausstanzen aus Blech aus rostfreiem Stahl hergestellt ist sowie wärmebehandelt ist, um einen geforderten Härtegrad zu erzielen.

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