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Die Erfindung betrifft eine Kompressoreinheit gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. auf US-A-2 015 126 wird Bezug genommen.
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Bei einem typischen Kompressor mit hin- und hergehendem Kolben ist ein
Zylinder von einem Kompressor-Kurbelwellengehäuse gebildet, und es
läuft der Kolben innerhalb des Zylinders hin und her, um hierin
enthaltenes gasförmiges Kältemittel zu komprimieren. Bei dem
Kompressor, auf den sich die Erfindung bezieht, umfaßt der Kolben eine
Kolbenventileinheit, wobei ein Saugventil am Kolbenkopf arbeitend
montiert ist, um Gas durch den Kolben-von einem Ende des Zylinders her
zu empfangen, und das Gas im Zylinder zu komprimieren, um es am
anderen Ende abzugeben. Eine Ventilplatte ist am Kurbelwellengehäuse
angeordnet, um den oberen Teil des Zylinders abzusperren. Die
Ventilplatte umfaßt ein Auslaßventil rum Auslassen von Gas in einen
Auslaßraum, der von einem Zylinderkopfdeckel definiert ist, der
seinerseits am Kurbelwellengehäuse montiert ist, wobei sich die
Ventilplatte dazwischen befindet.
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Ein Kurbelwellenkompressor umfaßt innerhalb des Kurbelwellengehäuses
einen Saugraum, in den eine Mehrzahl von radial angeordneten Zylindern
mündet. Eine Kurbelwelle ist im Kurbelwellengehäuse gelagert und
umfaßt im Saugraum einen Exzenter, an welchen Kolben und Zylinder
mittels des Kurbelwellenmechanismus angeschlossen sind. Bei einem
typischen Kurbelwellenmechanismus, bei dem vier radial angeorndete
Kolben an ein Paar von U-förmigen Jochen angeschlossen sind, sind die
Kolbenkörper an den Jochen mittels Gewindeschrauben, Nieten oder
dergleichen befestigt. Außerdem sind getrennte Mittel vorgesehen, um
die Saugventilteile am Kolbenkopf festzuhalten. Derartige
Ventilbefestigungsmittel umfassen Schrauben, Nieten, Vorsprünge und
dergleichen. Das Anordnen getrennter Mittel zum Befestigen des Kolbens
am Joch sowie zum Befestigen des Saugventils am Kolbenkopf verlangt
eine Mehrzahl von Teilen und bedingt einen höheren Schwierigkeitsgrad
wahrend der Kompressormontage.
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Bei einer Kompressoreinheit mit einer Kolbenventileinheit, wie hier
beschrieben, umfaßt das Saugventil-Halteelement im allgemeinen
vorspringenden Teil, wie z.B. einen Rundkopf, der vom Kolbenkopf gegen
das radial äußere Ende des Zylinders vorsteht. Um die Menge des
Re-Expansions-Volumens zu verringern, das im Zylinder verbleibt, wenn
sich der Kolben im oberen Todpunkt befindet, ist es wünschenswert, den
Kolben so nahe wie möglich an die Ventilplatte herankommen zu lassen,
die den Zylinder abdeckt. Zu diesem Zweck wird jeder Vorsprung
oberhalb der Kolbenkopfoberf läche am besten innerhalb einer Aussparung
in der Ventilplatte aufgenommen.
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Demgemäß haben vorbekannte Vorrichtungen Kolbenventil-Einheiten, bei
denen die die Zylinder abdeckenden Ventilplatten ausgefräste
Aussparungen. Diese vorbekannten Vorrichtungen erfordern jedoch
stärkere Ventilplatten sowie ein Fräsen während des Herstellens der
Ventilplatte, um eine einwandfreie Aussparung zu schaffen. Bei der
notwendigerweise stärkeren Ventilplatte sind die Auslässe, die sich
durch die Ventilplatte erstrecken, länger, womit auch das hiermit
verbundene Re-Expansionsvolumen steigt. Bemühungen, das Auslaßventil
geringfügig in die Oberfläche der Ventilplatte einzulassen, betrafen
diese Auslaß-Re-Expansionsprobleme. Ein zusätzliches Bearbeiten der
Ventilplatte ist jedoch erforderlich, und die Ausgangsstärke der
Ventilplatte muß genügend groß bleiben, um die Aussparung zu schaffen,
die durch den Vorsprung der Kolbenventileinheit erforderlich ist.
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Während das Anordnen einer Kolbenventileinheit im vorgenannten
Kurbelwellenkompressor zusätzlichen Raum und Flexibilität zum Anordnen
einer Auslaßventileinheit in der Oberfläche der Ventilplatte schafft,
so haben vorbekannte Entwürfe von Auslaßventileinheiten den
zusätzlichen Raum und Flexibilität nicht voll genutzt. So umfaßt eine
typische Auslaßventileinheit beispielsweise ein ringförmiges
Ventilelement zum Abdecken von in der Ventilplatte kreisförmig
angeordneten Auslässen. Der radial innerhalb des ringförmigen
Ringelementes befindliche Raum wurde seither dazu benutzt, eine
Zentralführung vorzusehen, auf welcher das Ventilelement reitet, um
zur Begrenzung des Ventilhubes ein Halteelement zu schaffen. Bei einer
solchen Anordnung ist der Innendurchmesser blockiert, und demgemäß
erfolgt jegliche Abgabe von Gas zum äußeren Durchmesser des
Auslaßventiles, was einen größeren Ventilhub erfordert, der zu
schädlichem Ventilstoß und Geräusch führt.
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Der in der obengenannten Entgegenhaltung US-A-2 015 126 beschriebene
Kolbenkompressor umfaßt eine Ventilplatte mit einem ausgesparten
Bereich, der durch Ausfräsen gebildet ist. In diesem Falle wurde die
Gesamtstärke der Ventilplatte relativ groß bemessen, so daß ein
solcher Ausfräsvorgang stattfinden kann und dabei die bauliche Einheit
der Ventilplatte dennoch erhalten bleibt. Die vergrößerte Stärke führt
jedoch zu dickeren Auslaßöffnungen. Dies erzeugt wiederum ein größeres
Re-Expansionsvolumen.
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Die Patent Abstracts of Japan, Vol. 7, no. 265, Page 59M258 zeigen
eine Saugventileinheit mit einem Montagemittel sowohl zum Montieren
des Ventils an der radial äußeren Fläche eines Kolbens als auch zum
Montieren des Kolbens an der Pleuelstange bzw. der Kurbelwelle an
einem Joch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kompressoreinheit zu
schaffen, die derart gestaltet ist, daß die Ventilplatte so dünn wie
möglich und gleichzeitig genügend steif ist, wobei der Vorsprung des
Kolbens leicht aufgenommen wird, und wobei das Re-Expansionsvolumen
dennoch genügend klein ist.
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Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1
gelöst.
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Ganz allgemein umfaßt die Erfindung einen Kurbelwellenkompressor mit
hin- und hergehendem Kolben, mit einem Kurbelwellengehäuse, das radial
angeordnete Zylinder und hierin hin- und hergehende Kolben aufweist,
die an einen Exzenter einer umlaufenden Kurbelwelle mittels eines
Jochmechanismus angeschlossen sind. Die Kolben umfassen jeweils eine
Kolbenventileinheit mit einem Saugventil, das am Kolbenkopf angeordnet
ist, von dem aus ein Vorsprung hervorragt, der in einer Aussparung in
einer Ventilplatte aufgenommen wird, die das radial äußere Ende des
Zylinders abdeckt. Oberhalb des Zylinders befindet sich ein
ringförmiges Auslaßventilelement, das in geöffnetem Zustand den Auslaß
von komprimiertem Gas um den inneren und den äußeren Durchmesser des
Ventilelementes erlaubt. Gemäß der Erfindung sind Mittel sowohl zum
Montieren des Saugventils am Kolben sowie zum Montieren des Kolbens an
einem Jochelement des Kurbelwellenmechanismus vorgesehen. Weiterhin
ist in einer Ventilplatte eine Aussparung vorgesehen, die sich
oberhalb der Ebene des Auslaßventilsitzes in der oberen Fläche der
Ventilplatte erstreckt. Ferner sind Mittel zum Festhalten des
Auslaßventilelementes an der oberen Fläche der Ventilplatte an zwei
Stellen vorgesehen, die diametrisch einander gegenüberliegen. Bei
einer solchen Anordnung ist das Ventilelement frei, sich an Stellen
zwischen den Haltestellen zu verbiegen, so daß Leerstellen radial
innerhalb des Ventilelementes geschaffen werden.
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Genauer gesprochen sieht die Erfindung gemäß einer Ausführungsform ein
Ventilsystem für eine Kurbelwellen-Kompressoreinheit vor, wobei das am
Zylinderkopf angeordnete Saugventil durch langgestreckte
Gewindeelemente hieran festgehalten ist, die auch daszu dienen, das
Kolbenelement an einem Joch des Kurbelwellenmechanismus zu befestigen.
Das langgestreckte Element umfaßt einen Kugelkopf-Vorsprung, der sich
axial von der Kolbenkopffläche nach außen erstreckt. Der Kugelkopf-
Vorsprung ist innerhalb einer halbkugeligen Aussparung aufgenommen,
die in eine dünne Ventilplatte eingelassen ist, wobei sich die
Aussparung oberhalb der Ebene der oberen Fläche der Ventilplatte
erstreckt, wo der Auslaßventilsitz definiert ist. Schließlich sieht
die Erfindung gemäß einer Ausführungsform ein ringförmiges
Auslaßventil vor, das an der oberen Fläche der Ventilplatte mittels
diametral einander gegenüberliegender Stifte gehalten ist. Die Stifte
führen das Ventilelement wie auch ein ringförmiges Halteelement, das
gegen die innere Fläche eines Zylinderkopfdeckels, der die
Ventilplatte überdeckt, durch eine Feder angedrückt ist. Das
Halteelement ist genügend stark, so daß während des normalen Betriebes
des Kompressores das Auslaßventil gegen die obere Fläche der
Ventilplatte angedrückt bleibt. Bei übermäßig hohen Durchsätzen oder
während eines Schlackerns des Kompressors, wobei hydraulische Kräfte
erzeugt werden, läßt der Auslaßventilhalter geringfügiges Anheben des
Auslaßventilelementes und ein Reiten auf den Stiften zu.
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Ein weiterer Vorteil des Ventils ist ... der vorliegenden Erfindung,
und insbesondere des Mittels zum Montieren der Kolbenventileinheit am
Jochmechanismus, besteht darin, daß weniger Teile erforderlich sind,
und daß die Montage erleichtert wird.
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Ein weiterer Vorteil des Ventils ist ...der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß die eingeschlagene Aussparung in der Ventilplatte
erlaubt, daß eine dü.nnere Ventilplatte verwendet wird, wodurch das
Re-Expansionsvolumen in den Auslässen, die durch die Ventilplatte
hindurchgeführt sind, verringert wird. Weiterhin erlaubt eine dünnere
Ventilplatte einen Auslaß größeren Durchmessers für dasselbe Re-
Expansionsvolumen, wodurch die Flexiblität bezüglich des Bemessens des
Auslasses verbessert wird.
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Zahlreiche Vorteile werden gegenüber dem Stande der Technik durch das
Schaffen einer Auslaßventileinheit gemäß der Erfindung erzielt, wobei
ein Leerraum am inneren Durchmesser des ringförmigen Ventilelementes
geschaffen wird. Diese Vorteile beinhalten die vollständige Nutzung
des inneren Ventilsitzes zwecks besserer Ventileffizienz, und dem
Auslaß von Gas hinter dem äußeren und dem inneren Ventilsitz zwecks
Verringerung des erforderlichen Hubes des Ventiles. Durch Reduzierung
des erforderlichen Ventilhubes werden Stöße, Spannungen und
Ventilgeräusche verringert, und es wird ein höherer Wirkungsgrad
erreicht.
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Ein weiterer Vorteil des Auslaßventilsystems gemäß der Erfindung
besteht darin, daß zusätzlich zur Betriebsweise eines normalen
Auslaßventilhalters eine Betriebsweise geschaffen wird, für hohen
Durchsatz, wobei der Auslaßventilhalter und das Auslaßventil stärker
als normal angehoben werden, um einen größeren Freiraum zu schaffen.
Ein weiterer Vorteil des Auslaßventils gemäß der Erfindung besteht
darin, daß ein größerer Freiraum im Auslaßraum im Zylinderkopfdeckel
geschaffen wird.
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Figur 1 ist eine Längsschnittansicht eines Kompressortypus, auf
welchen sich die Erfindung bezieht.
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Figur 2 ist eine Teilschnittansicht des Kompressors von Figur 1
entlang der Linie 2-2 in Figur 1 und in Richtung der Pfeile gesehen.
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Figur 3 ist eine vergrößerte Frontansicht der Ventilplatte von
Figur 2.
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Figur 4 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht der Ventilplatte von
Figur 3 entlang der Linie 4-4 in Figur 3 und in Richtung der Pfeile
gesehen.
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Figur 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Kolbeneinheit des
Kompressors von Figur 1 gemäß der Erfindung, worin insbesondere die
Verbindung der Kolbeneinheit mit einem Jochelement veranschaulicht
wird.
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Figur 6 ist eine vergrößerte Frontansicht des Auslaßventils von
Figur 2.
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Figur 7 ist eine vergrößerte Frontansicht des Auslaßventilhalters von
Figur 2.
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Figur 8 ist eine Draufsicht des Auslaßventilhalters von Figur 7.
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Figur 9 ist eine Ansicht des radial äußeren Endes eines Kolbens des
Kompressors von Figur 1.
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Figur 10 ist eine Frontansicht eines Saugventils des Kompressors von
Figur 1, und zwar so dargestellt, wie es am äußeren Ende des Kolbens
von Figur 9 montiert würde.
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Figur 11 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Auslaßventils der
Figuren 1 und 2 gemäß der Erfindung entlang der Linie 11-11 in Figur 2
und in der Richtung der Pfeile gesehen, worin insbesondere die
Position des Auslaßventiles und des Halters während normaler
Betriebsbedingungen gezeigt werden.
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Figur 12 ist die Auslaßventileinheit von Figur 11, dargestellt mit dem
Auslaßventil und dem Halter in einer Position während hohen
Durchsatzes am Abgabemedium.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sowie in den
Zeichnungen dargestellt, insbesondere unter Bezugnahme auf Figur 1,
ist eine Kompressoreinheit 10 gezeigt mit einem Gehäuse 12. Das
Gehäuse weist einen oberen Teil 14, einen zentralen Teil 16 und einen
Bodenteil 18 auf. Die drei Gehäuse sind hermetisch durch Schweißen
oder Löten aneinander befestigt. Ein Montageflansch 20 ist am
Bodenteil 18 zum Montieren des Kompressores in einer vertikal
stehenden Position angeschweißt. Innerhalb des hermetisch
abgedichteten Gehäuses 12 befindet sich ein Elektromotor 22 mit einem
Stator 24 und einem Rotor 26. Der Stator weist Wicklungen 28 auf. Der
Rotor 26 hat eine Zentralbohrung 30, in welcher eine Kurbelwelle 32
durch einen Preßsitz befestigt ist. Im zentralen Teil 16 des Gehäuses
12 ist ein Stecker 34 zum Anschließen des Kompressores an das
elektrische Netz vorgesehen. Ist Elektromotor 22 ein Dreiphasenmotor,
so läßt sich die Kompressoreinheit 10 in beiden Richtungen durch
Ändern des Anschlusses des Steckers an das elektrische Netz betreiben.
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Die Kompressoreinheit 10 umfaßt ferner einen Ölsumpf 36 im
Bodenteil 18. Ein Ölschauglas 38 ist in der Seitenwand des Bodenteils
18 vorgesehen, um ein Beobachten des Ölniveaus im Sumpf 36 zu
ermöglichen. Ein Zentrifugal-Ölaufnahmerohr 40 sitzt im Preßsitz in
einer Gegenbohrung 22 im Ende der Kurbelwelle 32. Das Ölaufnahmerohr
40 ist von herkömmlichem Aufbau und weist einen hier nicht
dargestellten vertikalen Flügel auf.
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Innerhalb des Gehäuses 12 befindet sich ferner bei der Ausführungsform
von Figur 1 ein Kompressormechanismus 44. Der Kompressormechanismus 44
umfaßt ein Kurbelwellengehäuse 46 mit einer Mehrzahl von
Montagelaschen 48, an welchen der Stator 24 befestigt ist, so daß
zwischen Stator 24 und Rotor 26 ein ringförmiger Luftspalt 50
verbleibt. Das Kurbelwellengehäuse 46 enthält ferner einen in
Umfangsrichtung verlaufenden Montageflansch 52, der axial innerhalb
einer Ringleiste 54 im zentralen Teil 16 des Gehäuses unterstützt ist.
Eine Bohrung 236 erstreckt sich durch den Flansch 52 hindurch und
stellt eine Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Teil des
Gehäuses 12 zum Rückführen von Schmieröl und zum Ausgleichen von
Auslaßdruck innerhalb des gesamten Gehäuses-Innenraumes her.
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Kompressormechanismus 44 gemäß der bevorzugten Ausführungsform hat die
Gestalt eines Kurbelwellenkompressors mit hin- und hergehendem Kolben.
Genauer gesagt umfaßt Kurbelwellengehäuse 46 vier radial angeordnete
Zylinder, von denen zwei in Figur 1 dargestellt und als Zylinder 56
und Zylinder 58 bezeichnet sind. Die vier radial angeordneten Zylinder
münden in und kommunizieren mit einem zentralen Saugraum 60, der durch
die innere zylindrische Wand 62 im Kurbelwellengehäuse 46 definiert
ist. In einer oberen Fläche 66 des Kurbelwellengehäuses 46 ist eine
relativ große Pilotbohrung 64 vorgesehen. Zahlreiche Kompressorteile,
eingeschlossen die Kurbelwelle, sind durch die Pilotbohrung 64
hindurch montiert. Ein oberer Deckel wie Käfiglager 68 ist an der
oberen Fläche des Kurbelwellengehäuses 46 mittels einer Mehrzahl von
Schrauben 70 befestigt, die sich durch Lager 68 in die obere Fläche 66
hindurch erstrecken. Ist Lager 68 mit dem Kurbelwellengehäuse 46
montiert, so isoliert eine O-Ringdichtung 72 den Saugraum 60 gegen
einen Auslaßdruckraum 74, der im Inneren des Gehäuses 12 definiert
ist.
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Das Kurbelwellengehäuse 46 enthält ferner eine Bodenfläche 76 und
einen Lagerteil 78, der von hier vorragt. Innerhalb des Lagerteiles 78
ist eine Buchsenlagereinheit gehalten, z.B. durch Preßsitz, mit zwei
Lagerbuchsen 80 und 82. Zwei Lagerbuchsen sind gegenüber einer
einzigen, längern Lagerbuchse zu bevorzugen, um die Montage im
Lagerteil 78 zu erleichtern. In gleicher Weise ist eine Lagerbuchse 84
im Käf iglager 68 vorgesehen, wobei die Lagerbuchsen 80, 82 und 84
axial miteinander fluchten. Die Lagerbuchsen 80, 82 und 84 sind aus
Bronze mit Stahlkern hergestellt.
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Eine Lagerbuchse so wie hier erwähnt, ist als im wesentlichen
zylindrisches Lager ausgebildet, das einen zylindrischen Teil einer
Kurbelwelle umgibt und radial unterstützt, gegenüber einem Drucklager,
das eine axiale Unterstützung des Gewichtes der Kurbelwelle und der
zugehörenden Teile bietet. Eine Lagerbuchse kann beispielsweise eine
Stahlkern-Bronzebuchse sein, die in ein Kurbelwellengehäuse einsetzbar
ist, oder eine bearbeitete zylindrische Fläche, die unmittelbar im
Kurbelwellenguß oder in einem anderen Rahmenteil eingearbeitet ist.
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Unter nochmaliger Bezugnahme auf das Kurbelwellengehäuse 32 sind
Lagerteile 86 und 88 vorgesehen, wobei Lagerteil 86 innerhalb der
Lagerbuchsen 80 und 82 aufgenommen ist, und Lagerteil 88 innerhalb
Lagerbuchse 84. Kurbelwelle 32 ist demgemäß im Kurbelwellengehäuse 46
drehbar gelagert und erstreckt sich durch einen Saugraum 60 hindurch.
Kurbelwelle 32 enthält ein Gegengewicht 90 sowie einen Exzenter 92,
die in Bezug auf die zentrale Drehachse der Kurbelwelle 32 einander
gegenüberliegen, um einander auszugleichen. Das Gewicht der
Kurbelwelle 32 und dem Rotors 26 ruht auf der Druckfläche 93 des
Kurbelwellengehäuses 46.
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Der Exzenter 92 ist mittels eines Jochmechanismus 94 an einer Mehrzahl
hin- und hergehender Kolbeneinheiten angekoppelt, die den vier in
Kurbelwellengehäuse 46 radial angeordneten Zylindern entsprechen und
hierin angeordnet sind. Wie in Figur 1 gezeigt, sind Kolbeneinheiten
96 und 89, representativ für vier radial angeordnete Kolbeneinheiten
in Kompressoreinheit 10, den Zylindern 56 bzw. 58 zugeordnet.
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Jochmechanismus 94 umfaßt einen Gleitblock 100, mit einer
zylindrischen Bohrung 102, in welcher der Exzenter 92 gelagert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist Zylinderbohrung 102 durch
eine mit Stahlkern versehene Bronzebuchse definiert, die im Preßsitz
in Gleitblock 100 gelagert ist. Ein Teil 103 der Kurbelwelle 32
verringerten Durchmessers erlaubt ein leichtes Montieren des
Gleitblocks 100 auf dem Exzenter 92. Der Jochmechanismus 94 umf aßt
ferner ein Paar von Jochelementen 104 und 106, die mit dem Gleitblock
100 zusammenarbeiten, um die Drehbewegung der Kurbelwelle 32 und des
Exzenters 92 in die hin- und hergehende Bewegung der vier radial
angeordneten Kolbeneinheiten umzusetzen. So zeigt beispielsweise Figur
1 ein Jochelement 106, das an die Kolbeneinheiten 96 und 98
angeschlossen ist, wobei dann, wenn sich Kolbeneinheit 96 im unteren
Todpunkt befindet (BDC), die Kolbeneinheit 98 sich im oberen Todpunkt
(TDC) befindet.
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Soll nochmals auf die Kolbeneinheiten 96 und 98 eingegangen werden.
Jede Kolbeneinheit umfaßt ein Kolbenelement 108 mit einem Kolbenring
110, damit Kolbenelement 108 innerhalb eines Zylinders hin- und
hergehen kann, um gasförmiges Kältemittel hierin zu kompromieren.
Unter Bezugnahme auf Figur 9 erkennt man, daß Kolbenelement 108 auch
eine Montage-Zentralbohrung 109 aufweist, die sich hindurcherstreckt.
Eine Mehrzahl von Saugöffnungen 112 ist um Zentralbohrung 109
kreisförmig angeordnet und erstreckt sich durch Kolbenelement 108
hindurch, so daß Sauggas innerhalb des Saugraumes 60 in den Zylinder
auf der Kompressionsseite des Kolbens 108 eintreten kann.
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Gemäß der Erfindung ist eine Saugventileinheit 114 jeder Kolbeneinheit
zugeordnet, und soll nun in Bezug auf die Kolbeneinheit 96, gezeigt in
den Figuren 1 und 5, beschrieben werden. Die Saugventileinheit 116
umfaßt ein flaches, scheibenförmiges Saugventil 116 (Figur 10) mit
einem ringförmigen Verschlußteil 119. Ventil 116 deckt in seiner
geschlossenen Position die Saugöffnungen 112 in der oberen Fläche 118
des Kolbenelementes 108 ab (Figur 9). Wie in Figur 10 gezeigt, umfaßt
Ventil 116 eine zentrale Führungsbohrung 115 sowie eine Mehrzahl von
Bohrungen 117, die um die Bohrung 115 sowie radial innerhalb des
Verschlußtei1es 119 radial herumkopiert sind. Die Öffnungen 117 machen
es möglich, daß Sauggas, das durch die Saugöffnungen 112 eintritt, um
die Außen- und Innendurchmesser des Verschlußteiles 119 gerichtet
wird, um den erforderlichen Hub zu reduzieren. Saugventil 116 öffnet
und schließt mit Hilfe der Fluid-Druckkräfte und/oder aufgrund seiner
eigenen Trägheit, wenn die Kolbeneinheit 96 in Zylinder 56 hin- und
hergeht.
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Saugventil 116 ist ferner um ein Führungselement herum angeordnet, wie
um einen zylindrischen Abstandhalter 120, d.h. daß Abstandshalter 120
in Bohrung 115 aufgenommen ist. Im Betrieb gleitet Ventil 116 entlang
des Abstandhalters 120 und ist in seiner Bewegung gegen die
Offenposition durch einen Ventilhalter begrenzt, sowie durch die
Unterlegscheibe 122. Abstandhalter 120 besteht aus kalt gewalztem oder
einsatzgehärteten Stahl, während Unterlegscheibe 122 aus Federstahl
hergestellt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform kann sich Ventil
116 frei um etwa 1,27 mm (= 0,05 Zoll) bewegen.
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Wie in den Figuren 1 und 5 dargestellt, sind Unterlegscheibe 122,
Saugventil 116 und Abstandhalter 120 an der oberen Fläche 118 des
Kolbenelementes 108 durch langgestreckte Gewindeschrauben 124 mit
Kugelkopf 128 befestigt. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der
Durchmesser des Kugelkopfes 128 größer, als der Durchmesser der
Bohrung in der Unterlegscheibe 122, welcher widerum kleiner als der
Außendurchmesser des Abstandhalters 120 ist. In gleicher Weise ist der
Außendurchmesser der Unterlegscheibe 122 größer, als der
Innendurchmesser der Führungsbohrung 115 im Saugventil 116. Demgemäß
ist Unterlegscheibe 122 zwischen Kugelkopf 128 und Abstandhalter 120
gehalten, während das Saugventil 116 entlang dem Abstandshalter 120
zwischen Unterlegscheibe 122 und oberer Fläche 118 führend gehalten
ist.
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Bezüglich der Befestigung einer jeden Kolbeneinheit an
einementsprechenden Jochelement gemäß der Erfindung soll auf die
Kolbeneinheiten 96 und 98 sowie auf Jochelement 106 engegangen werden.
Schraube 124 ist von einer Gewindebohrung 126 im Jochelement 106
aufgenommen, um die Kolbeneinheit 96 hieran zu befestigen. Noch
genauer gesagt, wie unter Bezugnahme auf die Kolbeneinheit 96 in
Figur 5 dargestellt, ist eine ringförmige Aussparung 130 in jedem
Kolbenelement vorgesehen und es ist ein komplementärer Vorsprung 132
im entsprechenden Jochelement vorgesehen, wobei der Vorsprung 132 in
der Aussparung 130 aufgenommen wird, um einen positiven, fluchtenden
Eingriff zwischen diesen herzustellen.
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Ein Auslaßventilsystem gemäß der vorliegenden Erfindung soll nunmehr
in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beschrieben werden. Ganz allgemein wird komprimiertes gasförmiges
Kältemittel innerhalb eines jeden Zylinders durch Auslässe in einer
Ventilplatte abgegeben. Unter Bezugnahme auf Zylinder 58 in Figur 1
ist ein Zylinderkopfdeckel 134 am Kurbelwellengehäuse 46 montiert,
wobei eine Ventilplatte 136 zwischengefügt ist. Eine
Ventilplattendichtung 138 ist zwischen Ventilplatte 136 und
Kurbelwellengehäuse 46 vorgesehen, um zwischen dem Saugventil 116 und
einer Bodenfläche 137 der Ventilplatte 136 dann einen Freiraum zu
schaffen, wenn sich die Kolbeneinheit im oberen Todpunkt (TDC)
befindet.
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Eine Auslaßventileinheit gemäß der vorliegenden Erfindung befindet
sich auf einer oberen Fläche 144 von Ventilplatte 136. Ganz allgemein
wird komprimiertes Gas durch eine Mehrzahl von kreisförmig
angeordneten Auslässen 143 in Ventilplatte 136 abgegeben (Figur 3).
Hinter einem offenen Auslaßventil 146 (Figur 6), dessen Hub durch
einen Auslaßventilhalter 148 begrenzt ist (Figur 7). Auslaßventil 146
ist ein flaches, ringförmiges Ventil aus dünnem Ventilstahl, während
Ventilhalter 148 ein ringförmiges, gebogenes Federstahlelement ist,
das im wesentlichen der Gestalt des Auslaßventiles 146 entspricht.
Ventil 146 weist eine Zentralbohrung 153 auf, und Ventilhalter 148
weist eine entsprechende Zentralbohrung 155 auf, wobei radial
innerhalb hiervon ein Leerraum vorhanden ist.
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Ein Paar Führungsstifte 150, 152 erstreckt sich von Ventilplatte 136
zur Unterseite 133 des Zylinderkopfdeckels 134. Zur Erleichterung der
Montage werden die Führungsstifte 150, 152 zunächst im Preßsitz in ein
Paar Bohrungen 145 in der Ventilplatte 136 eingeführt und sodann in
entsprechenden Bohrungen im Zylinderkopfdeckel 134 aufgenommen, z.B.
mit Gleitsitz. Führungsstifte 150, 152 greifen gleitend in ein Paar
Bohrungen 147, 149 in Auslaßventil 146 bzw. Auslaßventilhalter 148
ein, und zwar an diametral einander gegenüberliegenden Stellen. Eine
Bohrung eines jeden Bohrungspaares 147, 149 kann die Form eines ovalen
Schlitzes aufweisen, um Ungenauigkeiten der Anordnung der betreffenden
Bohrung während des Ausstanzens sowie Abweichungen des betreffenden
Abstandes zwischen den Führungsstiftstellen auszugleichen.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des Auslaßventilsystems gemäß
der Erfindung befindet sich ein Paar von diametral einander
gegenüberliegend angeordneten und sich radial erstreckenden Ohren 151
an Ventilhalter 148 in Berührung mit einem entsprechenden Paar von
Vorsprüngen auf der Unterseite 133 des Zylinderkopfdeckels 134 und
liegt an diesen an, um im Normalzustand das Auslaßventil 146 an der
oberen Fläche 144 an den diametral einander gegenüberliegenden Stellen
zu halten (Figur 11). Ventil 146 und Halter 148 können jedoch geführt
von der oberen Fläche 144 entlang der Führungsstifte 150 und 152 bei
übermäßig großem Durchsatz von Auslaßgas oder durch hydraulische
Drücke zufolge eines Flackerns angehoben werden (Figur 12).
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Während des Betriebes des Kompressors und ganz allgemein, beim
Auslaßventilsystem gemäß der Erfindung, verläuft der Strömungsweg des
Fluids abgegebenen gasförmigen Kältemittels über die Außen- und
Innendurchmesser des ringförmigen Ventils 156 und des Ventilhalters
148. Genauer gesagt kann gasförmiges Kältemittel durch die
Zentralbohrungen 153, 155 des Auslaßventils 146 bzw. des Ventilhalters
148 abgegeben werden. Die gesamte Querschnittsfläche, durch welche Gas
um Ventil 146 abgegeben werden kann, wird durch Multiplizieren der
Summen der inneren und äußeren Umfänge des Ventils mit dem Ventilhub
ermittelt. Wie man sieht, läßt sich durch Vorsehen einer Abgabe hinter
dem inneren Durchmesser des ringförmigen Ventils 146 der erforderliche
Ventilhub stark verringern.
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Die Ventilplatte 136 umfaßt ferner eine Aussparung 140, in welcher der
Kugelkopf 128 der Schraube 124 dann aufgenommen wird, wenn sich die
Kolbeneinheit 98 im oberen Todpunkt befindet. Bei der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, so wie in Figur 4 dargestellt, weist
die Aussparung 140 die Gestalt einer halbkugeligen Mulde 139 auf, die
in Ventilplatte 136 nach dem Schleifen und Läppen eingeschlagen wurde.
In Ventilplatte 136 ist eine Einfräsung von etwa 2,03 bis 2,15 mm
(= 0,08 bis 0,085 Zoll) vorgesehen, wonach die Mulde 139 durch Stanzen
oder Stempeln eingeschlagen wird. Bei dieser Art der Ausbildung bietet
die Aussparung 140 das notwendige Volumen zur Aufnahme des Kugelkopfes
128 und der Untlegscheibe 122. Kugelkopf 128 und Unterlegscheibe 122
passen in die Mulde 139 bzw. in die Ausfräsung 141, wenn sich die
Kolbeneinheit im oberen Todpunkt befindet. Während bei der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung eine Aussparung in eine dünne Eisen-
oder Stahlventilplatte eingeschlagen wird, so kann eine hier
beschriebene Aussparung auch in Gestalt einer Ventilplatte geschaffen
werden, die aus Pulvermetall oder dergleichen hergestellt wird.
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Es ist wichtig zu erwähnen, daß sich die Mulde 139 von der Bodenfläche
137 bis zu einer Tiefe jenseits einer Ebene hinaus erstreckt, die
durch die Oberfläche 144 definiert ist. Die Ventilplatte gemäß der
vorliegenden Erfindung braucht demgemäß keine Gesamtstärke zu haben,
die größer als die Tiefe der Aussparung 140 ist. Demgemäß ist die
Ventilplattenstärke reduziert, und das Re-Expansionsvolumen in den
Auslässen 143 minimiert.
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Soll nochmals auf Zylinderkopfdeckel 134 eingegangen werden. Ein
Auslaßraum 154 ist durch den Raum zwischen der oberen Fläche 144 der
Ventilplatte 136 und der Unterseite des Zylinderkopfdeckels 134
gebildet. Deckel 134 ist an seinem Umfang am Kurbelwellengehäuse 46
durch eine Vielzahl von Schrauben 135 befestigt, in Figur 2
dargestellt. Abgegebenes Gas innerhalb des Auslaßraumes 154, der mit
jedem entsprechenden Zylinder kommuniziert, tritt durch einen
entsprechenden Verbindungskanal 156 hindurch, wodurch eine leitende
Verbindung zwischen Auslaßraum 154 und einer oberen ringförmigen
Dämpfungskammer 158 hergestellt wird. Kammer 158 ist durch einen
Ringkanal 160 definiert, der in der oberen Fläche 66 vom
Kurbelwellengehäuse 46 und dem Lagerkäfig 68 gebildet ist. Wie
dargestellt, tritt Verbindungskanal 156 nicht nur durch das
Kurbelwellengehäuse 46 hindurch, sondern auch durch Bohrungen in
Ventilplatte 136 und in Ventilplattendichtung 138.
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Die obere Dämpfungskammer 158 kommuniziert mit einer unteren
Dämpfungskammer 162 mittels Kanälen, die sich durch das
Kurbelwellengehäuse 46 hindurch erstrecken. Die Kammer 162 ist durch
einen Ringkanal 164 und eine Dämpfungsdeckelplatte 166 definiert.
Deckelplatte 166 ist an der Bodenfläche 76 an einer Mehrzahl von über
den Umfang verteilt angeordneten Stellen durch Schrauben 168 und
Gewindebohrungen 169 befestigt. Die Schrauben 168 können auch die
Gestalt langer Nieten oder dergleichen haben. Eine Mehrzahl von
Abstandshaltern 170, jeder einer entsprechenden Schraube 168
zugeordnet, halten die Deckelplatte 166 im Abstand von der Bodenfläche
76 am radial inneren Rand von Deckelplatte 166, um eine ringförmige
Auslaßöffnung 172 zu schaffen. Der radial äußere extreme Bereich von
Deckelplatte 166 ist gegen die Bodenfläche 76 angedrückt, um ein
Austreten von Abgabegas von innerhalb der unteren Dämpfungskammer 162
an dieser radial äußeren Stelle zu verhindern.
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Kompressoreinheit 10 von Figur 1 enthält ferner ein Schmiersystem, dem
das Ölaufnahmerohr 40 zugeordnet ist, das zuvor beschrieben wurde.
Ölaufnahmerohr 40 wirkt als Ölpumpe, um Schmieröl aus dem Sumpf 36
durch einen axialen Ölkanal 174 hindurchzupumpen, der sich durch die
Kurbelwelle 32 hindurch erstreckt. Ein möglicher radialer Ölkanal 176,
der mit Kanal 174 kommuniziert, kann vorgesehen werden, um Öl zu
Anfang der Lagerbuchse 82 zuzuführen. Das beschriebene Schmiersystem
enthält ferner Ringnuten 178 und 180, der der Kurbelwelle 32 an
Stellen entlang der Kurbelwelle im Bereich einander gegenüberliegender
Enden des Saugraumes 60 innerhalb der Lagerbuchsen 80 und 84 angeformt
sind. Den Ringnuten 178, 180 wird hinter den Ringdichtungen 182 bzw.
184, die hierin gehalten sind, Öl zugeführt. Die Dichtungen 182, 184
verhindern, daß Hochdruckgas innerhalb des Abgabedruckraumes 74 im
Gehäuse in den Saugraum 60 nach den Lagerbuchsen 84 und 80 bzw. 82
strömt. Ferner schmiert Öl, welches den Ringnuten 178, 180 hinter den
Dichtungen 182 und 184 zugeführt wurde, die Dichtungen wie auch die
Lagerbuchsen.
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Ein weiteres Merkmal des beschriebenen Schmiersystemes der
Kompressoreinheit 10 in Figur 1 ist das Anordnen eines Paares von sich
radial erstreckenden Ölkanälen 186 vom axialen Ölkanal 174 zu einem
entsprechenden Paar von Öffnungen 188 in der äußeren zylindrischen
Fläche des Exzenters 92.
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Ein Gegengewicht 190 ist am oberen Teil der Welle 32 mittels einer
exzentrischen Befestigungsschraube 192 befestigt. Eine extrodiert
Sohrung 194 in Gegengewicht 190 fluchtet mit dem axialen Ölkanal 174,
der im oberen Teil der Kurbelwelle 32 mündet, um einen Auslaß für aus
Sumpf 36 gepumptes Öl zu bilden. Ein extrodierter Teil 106 des
Gegengewichtes 190 erstreckt sich geringfügig in den Kanal 174, der
zusammen mit Schraube 192 das Gegengewicht 190 sauber mit dem Exzenter
92 ausrichtet.
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Unter nochmaliger Bezugnahme auf Figur 2 ist Kanal 156 gezeigt, der
eine Mehrzahl von Bohrungen 230 umfaßt, zugeordnet einer jeden radial
angeordneten Zylinderanordnung, um eine Verbindung zwischen Abgaberaum
154 innerhalb des Zylinderkopfdeckels 134 und der oberen
Dämpfungskammer 158 herzustellen. Ebenfalls in Figur 2 dargestellt ist
eine Saugeinlaßöffnung 232, die im Kurbelwellengehäuse 46
eingeschlossen ist und die eine leitende Verbindung zwischen der
Außenseite des Kurbelwellengehäuses und der Saugöffnung 60, die hierin
definiert ist, herstellt. Einer von drei Gaskanälen 234 erstreckt sich
durch das Kurbelwellengehäuse 46 und schafft eine leitende Verbindung
zwischen der oberen Dämpfungskammer 158 und der unteren
Dämpfungskammer 162. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die
kombinierte Querschnittsfläche der Gaskanäle 234 etwa gleich jener der
Bohrung 230, die einem Zylinder zugeordnet sind, um Druckabfälle zu
vermeiden.