[0001] Die Erfindung betrifft eine Ventilbaugruppe für einen Kompressor mit den im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
[0002] Kompressoren, insbesondere Kolbenkompressoren weisen an ihren Zylindern Ventilbaugruppen
bzw. -einheiten auf, welche in der Regel zumindest ein Einlass- und ein Auslassventil
beinhalten. Diese Ventilbaugruppen sind in der Regel austauschbar, um sie bei Verschleiß
ersetzen zu können. Da es bei der Kompression von Gasen im Inneren des Zylinders zu
einer Erwärmung kommt, unterliegen auch diese Ventilbaugruppen, und insbesondere deren
Auslassventile thermischen Belastungen, sodass diese Ventile in der Regel gekühlt
werden. Bei luftgekühlten Kompressoren erfolgt dies durch die die Zylinderaußenseite
überströmende Kühlluft. Dazu ist in der Regel an einem Axialende des Kompressors ein
Lüfter angebracht, welcher einen Kühlluftstrom erzeugt, welcher in Längsrichtung den
Kompressor entlang strömt und dabei die Zylinder und deren Ventilbaugruppen überströmt.
Dies bedeutet, dass die Zylinder und deren Ventilbaugruppen von einer Seite her angeströmt
werden. D.h., die Ventilbaugruppen werden nicht gleichmäßig an allen Seiten von Kühlluft
umströmt, sodass keine gleichmäßige Kühlung an allen Seiten stattfindet. Dies führt
zu unterschiedlichen thermischen Belastungen und ggfs. thermischen Spannungen im Inneren
der Ventilbaugruppe.
[0003] GB 857,338 A offenbart eine Ventilanordnung für einen luftgekühlten Kompressor, bei welchem das
Ein- und Auslassventil jeweils in einem separaten gerippten Gehäuse angeordnet sind.
Diese Anordnung hat den Nachteil, dass zum Austausch der Ventile zwei Gehäuse geöffnet
oder getauscht werden müssen. Darüber hinaus führt dies zu einer größeren Gesamtanordnung.
[0004] US 6,530,760 B1 offenbart einen Luftkompressor mit einer Ventilbaugruppe, welche in einem Gehäuse
bzw. an einem Träger sowohl ein Einlass- als auch ein Auslassventil trägt. An diesem
Träger sind Rippen zur Kühlung angeordnet. Allerdings besteht auch hier aufgrund der
asymmetrischen Anordnung von Ein- und Auslassventilen bei einer einseitigen Anströmung
die Problematik einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung mit daraus resultierenden
thermischen Spannungen.
[0005] DE 41 41 115 A1 offenbart ein Druckventil für einen Kompressor, welches in einem mit Rippen versehenen
Gehäuse angeordnet ist. Auch hier ist für ein Einlassventil ein separates Gehäuse
erforderlich, wodurch der Montageaufwand vergrößert und ein größerer Bauraum beansprucht
wird.
[0006] DE 41 31 886 A1 offenbart eine Ventilplatte eines Kompressors, in welcher Saug- und Druckventile
angeordnet sind. Auch bei dieser Anordnung kann es zu unerwünschten ungleichmäßigen
Temperaturverteilungen kommen.
[0007] Im Hinblick auf diese Problematik ist es Aufgabe der Erfindung eine Ventilbaugruppe
für einen Kompressor, welche Ein- und Auslassventile enthält und einen Kompressor
dahingehend zu verbessern, dass eine verbesserte gleichmäßige Kühlung dieser Ventile
erreicht werden kann.
[0008] Diese Aufgabe wird durch eine Ventilbaugruppe mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen
sowie durch einen Kompressor mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden
Beschreiben sowie den beigefügten Figuren. Dabei ist zu verstehen, dass nachfolgend
beschriebene bevorzugte Merkmale sowohl unabhängig voneinander als auch in Kombination
verwirklicht werden können.
[0009] Die erfindungsgemäße Ventilbaugruppe ist für den Einsatz in einem Kompressor, insbesondere
einem luftgekühlten Kolbenkompressor vorgesehen und entsprechend ausgebildet. Die
Ventilbaugruppe weist ein Gehäuse mit zumindest einem darin angeordneten Einlassventil
und zumindest einem darin angeordneten Auslassventil auf. Das Gehäuse kann dabei als
ein- oder mehrteiliger Träger ausgebildet sein, in welchem die Ventile bzw. deren
Ventilelemente gehalten bzw. gelagert sind. Es ist zu verstehen, dass auch mehr als
ein Einlassventil und ein Auslassventil in der Ventilbaugruppe vorhanden sein können,
beispielsweise zwei Einlassventile und zwei Auslassventile. Die Ventile können in
bekannter Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Platten- oder Lamellenventile.
Das Gehäuse ist zur Kühlung durch einen das Gehäuse umströmenden Luftstrom ausgebildet.
D. h., es ist für eine Luftkühlung von außen gestaltet. Dazu kann das Gehäuse beispielsweise
an seiner Außenseiten Kühlrippen oder Vorsprünge bzw. Elemente zur Luftführung aufweisen.
[0010] Erfindungsgemäß ist das Gehäuse in thermischer Hinsicht asymmetrisch ausgebildet.
Das bedeutet, dass das Gehäuse nicht an allen Außenumfangsbereichen dieselben Wärmeübergangs-Eigenschaften
aufweist. Das bedeutet, das Gehäuse weist zumindest in einem ersten Außenumfangsbereich
einen besseren Wärmeübergang auf den umströmenden Luftstrom auf als in zumindest einem
zweiten Außenumfangsbereich. Die in thermischer Hinsicht asymmetrische Ausgestaltung
wird dadurch erreicht, dass der erste Außenumfangsbereich und der zweite Außenumfangsbereich
in ihrer Geometrie oder Struktur unterschiedlich gestaltet sind. Die unterschiedliche
Gestaltung der Geometrie schließt geeignete Oberflächenbehandlungen mit ein. Unterschiedliche
Gestaltungen der Struktur schließen verschiedene Materialien, Oberflächenbeschichtungen,
Farbgebungen, Gefügestrukturen ein. Durch diese asymmetrische Ausgestaltung kann erreicht
werden, dass in den Bereichen, welche nicht direkt von einem Kühlluftstrom angeströmt
werden, d. h., die in Strömungsrichtung des Luftstromes rückwärtigen Bereiche des
Gehäuses beispielsweise so ausgestaltet werden, dass in diesen Bereichen ein verbesserter
Wärmeübergang auf den umströmenden Luftstrom ermöglicht wird. So wird in diesen Bereichen,
welche nicht direkt von Luft angeströmt werden, dennoch eine gute Wärmeabfuhr erreicht.
Ferner kann durch eine solch asymmetrische Ausgestaltung eine gleichmäßige Kühlung
des Gehäuses erreicht werden. Während beispielsweise an einer Seite, welche direkt
von einem Kühlluftstrom angeströmt wird, die Wärmeabfuhr durch den direkt auftreffenden
Kühlluftstrom begünstigt wird, kann in einem anderen Bereich, welcher nicht direkt
angeströmt wird, dieser Nachteil durch einen besseren Wärmeübergang ausgeglichen werden,
sodass insgesamt eine gleichmäßige Kühlung erreicht werden kann.
[0011] Auf diese Weise werden thermische Spannungen und Belastungen der Ventilbaugruppe
durch eine unterschiedliche Wärmeabfuhr an verschiedenen Seiten des Gehäuses verringert.
[0012] Vorzugsweise ist das Gehäuse derart ausgestaltet, dass der zweite Außenumfangsbereich
in der vorgesehen Einbaulage der Ventilbaugruppe in einem Kompressor von dem Luftstrom
stärker angeströmt wird als der erste Außenumfangsbereich. D. h. das Gehäuse ist so
ausgestaltet, dass es in einer vorbestimmten Einbaulage in einen Kompressor einzubauen
ist, sodass der Luftstrom das Gehäuse in Betrieb in einer definierten Richtung anströmt,
wobei der Luftstrom den zweiten Außenumfangsbereich stärker als den ersten Außenumfangsbereich
anströmt. Bevorzugt trifft der Luftstrom direkt auf den zweiten Außenumfangsbereich
auf, während der erste Außenumfangsbereich weiter stromabwärts im Luftstrom, insbesondere
in Strömungsrichtung an der Rückseite des Gehäuses gelegen ist und hier somit später
und weniger direkt angeströmt wird. Dabei ist es vorteilhaft, diesen ersten Außenumfangsbereich,
welcher weniger direkt bzw. weniger stark angeströmt wird, so auszugestalten, dass
er einen besseren Wärmeübergang ermöglicht, so kann die schlechtere bzw. ungünstigere
Anströmung durch den besseren Wärmeübergang ausgeglichen werden, um dennoch eine gleichmäßige
Kühlung an allen Seiten des Gehäuses zu erreichen.
[0013] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das zumindest eine Einlassventil
und das zumindest eine Auslassventil konzentrisch zueinander angeordnet, wobei vorzugsweise
das zumindest eine Einlassventil im Zentrum und das zumindest eine Auslassventil in
einem das zumindest eine Einlassventil umgebenden Umfangsbereich angeordnet sind.
Bei der Anordnung des Auslassventils im Umfangsbereich sind vorzugsweise mehrere Auslassventile
oder mehrere Auslassöffnungen vorgesehen, welche über den Umfang das Einlassventil
umgebend verteilt sind. Vorzugsweise sind die Auslassöffnungen gleichmäßig über den
Umfang verteilt angeordnet. Die Anordnung des oder der Auslassventile im Umfangsbereich
des Einlassventiles hat den Vorteil, dass so die maximal möglichen Querschnitte erreicht
werden können und der Saugverlust gering gehalten wird. Darüber hinaus befinden sich
so die erwärmten Bereiche der Ventilbaugruppe, d. h. die Auslassströmungswege an der
Außenseite, sodass sie nach außen hin besser gekühlt werden können. Im Innenbereich
wird gleichzeitig eine Kühlung durch den Einlassstrom erreicht. Es ist jedoch zu verstehen,
dass gemäß der Erfindung auch eine umgekehrte Anordnung der Ventile denkbar ist, bei
welcher das Auslassventil im Zentrum und zumindest ein oder mehrere Einlassventile
in einem umgebenden Umfangsbereich angeordnet werden.
[0014] Unter der konzentrischen Anordnung ist grundsätzlich zu verstehen, dass dies lediglich
bedeutet, dass eines der Ventile im Umfangsbereich des anderen Ventiles angeordnet
ist. Dies kann, muss aber keine genau konzentrische Anordnung im geometrischen Sinne
sein. Diese konzentrische Anordnung hat den Vorteil, dass der Strömungsweg für den
Einlassstrom und der Strömungsweg für den Auslassstrom ebenfalls konzentrisch zueinander
angeordnet werden können. So kann bevorzugt das Auslassventil und der Strömungsweg
für die Auslassströmung durch den innenliegenden Strömungsweg für den Einlassstrom
gekühlt werden. D. h. das kalte Gas bzw. die kalte Luft, welche in dem Strömungsweg
für den Einlass strömt, kühlt vorzugsweise im Zentralbereich den umfänglich gelegenen
Strömungsweg für den Auslass bzw. das Auslassventil, welches sich im Betrieb aufgrund
der höheren Temperatur des ausströmenden Gases erwärmt. Die so geschaffene Kühlung
wird zusätzlich durch einen von außen wirkenden Luftstrom unterstützt, welcher gleichzeitig
den Auslassströmungsweg und das zumindest eine Auslassventil außenumfänglich kühlt.
Dabei ist es vorteilhaft, das Gehäuse in der zuvor beschriebenen Weise in thermischer
Hinsicht asymmetrisch auszugestalten, sodass eine gleichmäßige Kühlung des Gehäuses
in allen Außenumfangsbereichen erreicht werden kann, wobei insbesondere auch nicht
direkt von dem Luftstrom angeströmte Bereiche so gekühlt werden können, dass diese
Bereiche nicht schlechter gekühlt werden als die Bereiche, welche direkt von dem Luftstrom
angeströmt werden.
[0015] Erfindungsgemäß ist es jedoch nicht zwingend, dass das Ein- und Auslassventil konzentrisch
zueinander angeordnet sind. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung
ist die Ventilbaugruppe derart ausgestaltet, dass das Auslassventil näher zu dem ersten
Außenumfangsbereich gelegen ist, als das Einlassventil. Diese Ausgestaltung hat den
Vorteil, dass das Auslassventil, welches im Betrieb stärker erwärmt wird, auf diese
Weise besser gekühlt werden kann, wenn in dem ersten Außenumfangsbereich ein besserer
Wärmeübergang auf den umströmenden Luftstrom möglich ist, als in dem zweiten Außenumfangsbereich.
[0016] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich der erste und der zweite
Außenumfangsbereich um eine Längsachse der Ventilbaugruppe und bevorzugt jeweils um
einen gleichen Winkelbetrag oder eine gleiche Umfangslänge. Vorzugsweise ist die Ventilbaugruppe
dabei für einen derartigen Einbau in den Kompressor vorgesehen, dass im eingebauten
Zustand der erste Umfangsbereich dem Luftstrom abgewandt ist, während der zweite Umfangsbereich
dem zur Kühlung dienenden Luftstrom zugewandt ist. So kann sich beispielsweise der
erste Umfangsbereich über die rückseitige Hälfte des Umfanges und der zweite Umfangsbereich
um die vordere Hälfte des Umfanges des Gehäuses erstrecken.
[0017] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste und der zweite Außenumfangsbereich
des Gehäuses derart ausgestaltet, dass in dem ersten Außenumfangsbereich ein höherer
Wärmeübergangskoeffizient als in dem zweiten Außenumfangsbereich erreicht wird. So
wird durch den höheren Wärmeübergangskoeffizienten eine bessere Wärmeabfuhr von dem
Gehäuse auf einen umströmenden Kühlluftstrom erreicht, wodurch in Gehäusebereichen,
welche nicht unmittelbar dem Kühlluftstrom ausgesetzt sind, die Kühlung verbessert
werden kann. Idealerweise sind die Umfangsbereiche mit unterschiedlichen Wärmeübergangskoeffizienten
so verteilt angeordnet, das trotz einer einseitigen Anströmung des Ventilgehäuses
durch einen Luftstrom eine gleichmäßige Wärmeabfuhr bzw. Kühlung in allen Umfangsbereichen
erreicht wird, sodass insbesondere thermische Spannungen im Inneren der Ventilbaugruppe
durch Temperaturunterschiede an einzelnen Umfangsbereichen im Wesentlichen vermieden
werden können. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erste Außenumfangsbereich
eine größere Oberfläche auf als der zweite Umfangsbereich. Dies bedeutet, die beiden
Außenumfangsbereiche haben bei gleicher umfänglicher Erstreckung um die Längsachse
der Ventilbaugruppe und gleicher axialer Erstreckung unterschiedlich große Oberflächen.
Dies kann alternativ oder zusätzlich zu der vorangehend beschriebenen Ausgestaltung
mit unterschiedlichen Wärmeübergangskoeffizienten erreicht werden. Auch durch eine
größere Oberfläche kann die Wärmeabfuhr verbessert werden und so der Nachteil einer
geringeren Kühlluftzufuhr und/oder einer Zufuhr von wärmerer Kühlluft ausgeglichen
werden, um insgesamt eine gleichmäßige Kühlung der Ventilbaugruppe zu erreichen. Eine
größere Oberfläche kann beispielsweise durch eine Profilierung oder Strukturierung
der Oberfläche erreicht werden. So können beide Außenumfangsbereiche unterschiedlich
profiliert sein, insbesondere der erste Außenumfangsbereich eine größere bzw. stärkere
Profilierung aufweisen.
[0018] Besonders bevorzugt weist der erste Außenumfangsbereich eine Rippenstruktur auf,
welche eine größere Oberfläche als der zweite Außenumfangsbereich aufweist. Dabei
kann auch der zweite Außenumfangsbereich ggfs. eine Rippenstruktur, jedoch mit kleinerer
Gesamtoberfläche aufweisen. So können die Rippen in dem ersten Außenumfangsbereich
z. B. stärker vorstehen, d. h. insbesondere in radialer Richtung weiter auskragen
als in dem zweiten Außenumfangsbereich. Alternativ oder zusätzlich können in dem ersten
Außenumfangsbereich mehr Rippen als in dem zweiten Außenumfangsbereich ausgebildet
sein. Die Rippen können als sich insbesondere parallel erstreckende längliche Rippen,
jedoch auch als stiftförmige oder anders geformte Vorsprünge ausgebildet sein. Besonders
bevorzugt ist die Rippenstruktur parallel zu einer Richtung gerichtet, in welcher
bei Einbau der Ventilbaugruppe in einen Kompressor der Luftstrom die Oberfläche überstreicht.
So kann erreicht werden, dass der Luftstrom die gesamte Rippenstruktur durchströmt
und die Rippenstruktur gleichzeitig den Luftstrom führt und nicht behindert.
[0019] Alternativ oder zusätzlich zu den vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen kann
das Gehäuse weiter bevorzugt an seinem ersten Außenumfangsbereich eine höhere Wärmeleitfähigkeit
als an seinem zweiten Außenumfangsbereich aufweisen. Auch dadurch kann eine bessere
Wärmeableitung aus dem Inneren des Gehäuses an einen die Gehäuseaußenseite überströmenden
Luftstrom erreicht werden. Dies kann z. B. durch unterschiedliche Materialien, insbesondere
verschiedene Metalle erreicht werden.
[0020] Wie ausgeführt, ist besonders bevorzugt das Gehäuse derart ausgestaltet, dass es
bei einer einseitigen Anströmung durch einen Luftstrom an allen Außenumfangsbereichen
eine im Wesentlichen gleiche Wärmeabfuhr ermöglicht. D. h., das Gehäuse ist so ausgestaltet,
dass es bei einem Einbau in einen Kompressor, wenn es einseitig von einem Luftstrom
angeströmt wird, dennoch eine gleichmäßige Kühlung an allen Umfangsbereichen ermöglicht,
sodass insbesondere im Inneren des Gehäuses, d. h. im Inneren der Ventilbaugruppe
im Betrieb eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht wird, welche thermische
Spannungen im Inneren der Ventilbaugruppen vermeidet.
[0021] Besonders bevorzugt sind der erste und der zweite Außenumfangsbereich an entgegengesetzten
Seiten des Gehäuses gelegen. Wie oben ausgeführt, liegt der erste Außenumfangsbereich
dabei vorzugsweise auf der in Strömungsrichtung des Luftstromes gesehenen rückseitigen
Seite des Gehäuses, während der zweite Außenumfangsbereich an der Vorderseite des
Gehäuses gelegen ist, d. h. im Einsatz in einem Kompressor direkt von dem Luftstrom
beaufschlagt wird.
[0022] Neben der vorangehend beschriebenen Ventilbaugruppe ist ein Kompressor Gegenstand
der Erfindung, insbesondere ein Kolbenkompressor mit zumindest einer Ventilbaugruppe
gemäß der vorangehenden Beschreibung. Der Kompressor ist als luftgekühlter Kompressor
ausgebildet und die Ventilbaugruppe ist in dem Kompressor so angeordnet, dass sie
von außen von einem Luftstrom zur Kühlung beaufschlagt wird. Zur Erzeugung des Luftstromes
weist der Kompressor bevorzugt in bekannter Weise zumindest einen Lüfter auf, welcher
vorzugsweise an einem Längsende des Kompressors angeordnet ist.
[0023] Ein Lüfter zum Erzeugen eines Luftstromes zur Kühlung der Ventilbaugruppen kann entweder
in Strömungsrichtung vor den Ventilbaugruppen oder in Strömungsrichtung hinter den
Ventilbaugruppen angeordnet sein. Wenn der Lüfter in Strömungsrichtung vor der Ventilbaugruppe
angeordnet ist, liegt die Ventilbaugruppe an der Druckseite des Lüfters, während die
Ventilbaugruppe, wenn der Lüfter stromabwärts der Ventilbaugruppe angeordnet ist,
an der Saugseite des Lüfters gelegen ist.
[0024] Bevorzugt weist der Kompressor einen Lüfter zum Erzeugen eines Luftstromes zum Kühlen
der Ventilbaugruppe auf und die Ventilbaugruppe ist relativ zu dem Lüfter derart angeordnet,
dass sie von dem Luftstrom umströmt wird, wobei der erste Außenumfangsbereich im Luftstrom
stromabwärts des zweiten Außenumfangsbereiches gelegen ist. D. h., der zweite Außenumfangsbereich
liegt z. B. auf der Druckseite des Lüfters dem Lüfter zugewandt, sodass der Luftstrom
zuerst den zweiten Außenumfangsbereich anströmt, dann den weiteren Außenumfang des
Gehäuses der Ventilbaugruppe überströmt und zuletzt den ersten Außenumfangsbereich
erreicht. Durch die oben beschriebene thermische Asymmetrie wird trotz dieser ungleichen
An- bzw. Umströmung vorzugsweise eine gleichmäßige Kühlung und insbesondere gleichförmige
Temperaturverteilung im Inneren der Ventilbaugruppe erreicht.
[0025] Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
In diesen zeigt:
- Fig. 1
- schematisch einen luftgekühlten Kolbenkompressor gemäß der Erfindung,
- Fig. 2
- eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe,
- Fig. 3
- eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
- Fig. 4
- eine schematische Seitenansicht der Ventilbaugruppe gemäß Fig. 2 und 3.
[0026] Der in Figur 1 schematisch gezeigte luftgekühlte Kolbenkompressor weist in bekannter
Weise einen Antriebsmotor 2 sowie einen daran angeschlossenen Kompressor mit zwei
Zylindern 4 auf. In den Zylindern 4 sind in bekannter Weise Kolben angeordnet, welche
bevorzugt über eine Kurbelwelle von dem Antriebsmotor 2 angetrieben werden. Die Zylinder
4 weisen jeweils eine Ventilbaugruppe 6 auf. Die Ventilbaugruppen 6 beherbergen jeweils
die Ein- und Auslassventile für die Zylinder 4 und sind in bekannter Weise bevorzugt
austauschbar ausgebildet, um bei Verschleiß ersetzt werden zu können. Der gezeigte
Kolbenkompressor ist luftgekühlt und weist dazu einen Lüfter 8 auf, welcher in diesem
Beispiel an der dem Antriebsmotor 2 entgegengesetzten Seite angeordnet ist. Der Lüfter
8 wird dabei vorzugsweise ebenfalls von dem Antriebsmotor 2 angetrieben. Der Lüfter
8 erzeugt einen Luftstrom in Richtung der Pfeile S, welcher die Zylinder 4 und die
Ventilbaugruppen 6 an der Außenseite überströmt und für deren Kühlung sorgt. Darüber
hinaus können vor oder hinter dem Lüfter 8 zusätzliche Kühler für das komprimierte
Gas angeordnet sein, welche hier nicht gezeigt sind. Es ist zu erkennen, dass der
Luftstrom S die Zylinder 4 und die Ventilbaugruppen 6 von einer Seite her, in diesem
Beispiel von der dem Lüfter 8 zugewandten Seite, anströmt. Der Luftstrom trifft somit
in Strömungsrichtung S zunächst auf eine Seite, d. h. einen Außenumfangsbereich der
Ventilbaugruppe 6 auf, strömt dann um diese herum und rückseitig weiter in Richtung
zu dem Antriebsmotor 2.
[0027] In Fig. 2 sind ein Einlassventil 10 und ein Auslassventil 12 im Inneren der Ventilbaugruppe
6 angedeutet. Im hier gezeigten Beispiel liegt das Einlassventil 10 näher zu der direkt
von dem Luftstrom in der Strömungsrichtung S angeströmten Außenseite der Ventilbaugruppe.
Das Gehäuse der Ventilbaugruppe 6 ist in thermischer Hinsicht asymmetrisch durch die
asymmetrisch angeordneten Kühlrippen 14 ausgebildet. Diese Kühlrippen 14 sind nur
in einem ersten Außenumfangsbereich 16 angeordnet, welcher in Strömungsrichtung S
der stromabwärts gelegene Außenumfangsbereich des Gehäuses der Ventilbaugruppe 6 ist.
Der vordere bzw. in Strömungsrichtung S stromaufwärts gelegene zweite Außenumfangsbereich
18 ist in diesem Beispiel frei von Kühlrippen 14. Dadurch wird erreicht, dass an dem
ersten Außenumfangsbereich 16, welcher in Strömungsrichtung S nicht direkt von dem
Luftstrom angeströmt wird, durch die vergrößerte Oberfläche, welche durch die Kühlrippen
14 gebildet wird, ein besserer bzw. größerer Wärmeübergang von dem Gehäuse der Ventilbaugruppe
6 auf den Luftstrom gegeben ist. Dadurch wird die schlechtere Wärmeabfuhr durch die
stromabwärtige Lage im Kühlluftstrom ausgeglichen. Gleichzeitig kann das sich im Betrieb
stärker erwärmende Auslassventil 12, welches näher zu diesem Umfangsbereich 16 gelegen
ist, besser gekühlt werden, sodass insgesamt vorzugsweise über den gesamten Außenumfang
der Ventilbaugruppe 6 eine im Wesentlichen gleichmäßige Wärmeabfuhr realisiert wird,
sodass das Gehäuse der Ventilbaugruppe 6 im Inneren bevorzugt eine gleichförmige Temperaturverteilung
mit nur geringen oder nicht vorhandenen thermischen Spannungen aufweist. Der erste
und der zweite Außenumfangsbereich erstrecken sich vorzugsweise um die Längsachse
Y des jeweiligen Zylinders 4.
[0028] Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher im Unterschied zu der
Anordnung gemäß Fig. 2 das Einlassventil 10' und das Auslassventil 12' konzentrisch
zueinander, bezogen auf die Längsachse Y des Zylinders und der Ventilbaugruppe, angeordnet
sind. Hier ist ein zentrales Einlassventil 10' vorgesehen, welches von einem Auslassventil
12, welches von vier Ventilöffnungen gebildet wird, umgeben ist. Die Austritts- bzw.
Ventilöffnungen sind über den Umfang verteilt, in diesem speziellen Beispiel gleichmäßig
über den Umfang verteilt angeordnet. Die Anordnung des Auslassventils 12' im Umfangsbereich
hat den Vorteil, dass der Eingangsluftstrom, welcher durch das Einlassventil 10' strömt,
gleichzeitig der Kühlung des Auslassventils 12'dient. Aufgrund der asymmetrischen
Anströmung durch den Luftstrom in der Strömungsrichtung S würde dies jedoch immer
noch zu einer ungleichmäßigen Kühlung der gesamten Ventilbaugruppe führen, welche
in dem hier gezeigten Beispiel durch die Kühlrippen 14 an der in Strömungsrichtung
S stromabwärtigen bzw. rückwärtigen Seite des Gehäuses der Ventilbaugruppe 6 ausgeglichen
wird. Die Ausgestaltung dieser Kühlrippen 14 entspricht der anhand von Fig. 2 erläuterten
Ausgestaltung. Bei dieser Ausgestaltung wird somit der Auslassströmungsweg bzw. das
Auslassventil sowohl an seinem Innenumfang durch den Einlassstrom durch das Einlassventil
10' als auch an seinem Außenumfang durch den Luftstrom, welcher die Ventilbaugruppe
umströmt, gekühlt. Somit kann zusammen mit der beschriebenen asymmetrischen Ausgestaltung
der Kühlrippen 14 eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung in der Ventilbaugruppe
6 erreicht werden.
[0029] Das Einlassventil 10' ist in diesem Beispiel als eine einzige Ventilöffnung gezeigt,
es ist jedoch zu verstehen, dass stattdessen im Zentralbereich auch mehrere Eintritts-
bzw. Ventilöffnungen angeordnet sein können, welche gemeinsam das Einlassventil 10'
bilden. Das Einlassventil 10' und das Auslassventil 12' können wie die vorangehend
beschriebenen Einlassventile 10 und Auslassventile 12 entweder als Lamellenventile
oder auch als Plattenventile ausgebildet sein. Abweichend von der hier beschriebenen
Ausgestaltung, in welcher das Einlassventil 10' zentral umgeben von dem Auslassventil
12' angeordnet ist, ist auch eine umgekehrte Anordnung denkbar, bei welcher das Auslassventil
12' zentral angeordnet und von dem Einlassventil 10' umgeben ist.
[0030] Fig. 4 zeigt eine schematische Seitenansicht der Ventilbaugruppen gemäß Figuren 2
und 3. Die Seitenansicht ist in ihrer schematischen Ausgestaltung für die beiden Ausführungsbeispiele
gemäß Figuren 2 und 3 gleich.
[0031] In dem hier gezeigten Beispiel ist die thermische Asymmetrie durch eine geometrische
Asymmetrie mit vergrößerter Oberfläche an dem ersten Außenumfangsbereich 16 realisiert.
Es ist zu verstehen, dass eine solche thermische Asymmetrie zusätzlich oder alternativ
auch durch unterschiedliche Materialwahl an dem ersten Außenumfangsbereich 16 und
dem zweiten Außenumfangsbereich 18 realisiert werden könnte. So könnte die Oberfläche
an dem ersten Außenumfangsbereich 16 beispielsweise durch ein Material mit höherer
Wärmeleitfähigkeit, z. B. Aluminium gebildet sein. Darüber hinaus kann beispielsweise
auch durch unterschiedliche Farbgebung oder eine andere Strukturierung der Oberflächen
ein unterschiedliches Wärmeabstrahl- oder Wärmeübergangsverhalten und ein unterschiedlicher
Wärmeübergang in den Außenumfangsbereichen 16 und 18 realisiert werden, sodass der
Nachteil, dass der erste Außenumfangsbereich 16 in Richtung des Luftstromes S rückseitig
gelegen ist, ausgeglichen wird. Ferner ist zu verstehen, dass die Kontur bzw. Formgebung
der Kühlrippen 14 oder beispielsweise unterschiedlicher Materialkombinationen und/oder
anderer Oberflächengestaltungen eine genau angepasste Asymmetrie in thermischer Hinsicht
über den Außenumfang der Ventilbaugruppe 6 ermöglichen, sodass über den vollen Umfang
eine im Wesentlichen gleichmäßige Wärmeabfuhr realisiert werden kann, sodass eine
ideale gleichmäßige Temperaturverteilung im Inneren der Ventilbaugruppe 6 trotz der
einseitigen Anströmung durch den Luftstrom in Strömungsrichtung S sowie der gegebenenfalls
asymmetrischen Anordnung von Einlassventil 10 und Auslassventil 12 erreicht werden
kann. Das Einlassventil 10 und das Auslassventil 12 können jedoch auch umgekehrt oder
wie in Fig. 3 gezeigt konzentrisch zueinander angeordnet werden. Darüber hinaus können
auch mehrere Einlassventile 10 und mehrere Auslassventile 12 vorhanden sein.
Bezugszeichenliste
[0032]
- 2
- Antriebsmotor
- 4
- Zylinder
- 6
- Ventilbaugruppe
- 8
- Lüfter
- 10, 10'
- Einlassventil
- 12, 12'
- Auslassventil
- 14
- Kühlrippe
- 16
- Erster Außenumfangsbereich
- 18
- Zweiter Außenumfangsbereich
- S
- Strömungsrichtung
- Y
- Zylinderlängsachse
1. Ventilbaugruppe für einen Kompressor, welche ein Gehäuse mit zumindest einem darin
angeordneten Einlassventil (10, 10') und zumindest einem darin angeordneten Auslassventil
(12, 12') aufweist und zur Kühlung durch einen das Gehäuse umströmenden Luftstrom
(S) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zumindest einen ersten Außenumfangsbereich (16) und einen zweiten Außenumfangsbereich
(18) aufweist, welche in ihrer Geometrie und/oder Struktur derart unterschiedlich
gestaltet sind, dass das Gehäuse zumindest in dem ersten Außenumfangsbereich (16)
einen besseren Wärmeübergang auf den umströmenden Luftstrom (S) ermöglicht als in
dem zweiten Außenumfangsbereich (18).
2. Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse derart ausgestaltet ist, dass der zweite Außenumfangsbereich (18) in
der vorgesehenen Einbaulage der Ventilbaugruppe in einem Kompressor von dem Luftstrom
(S) stärker angeströmt wird als der erste Außenumfangsbereich (16).
3. Ventilbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Einlassventil (10') und das zumindest eine Auslassventil (12')
konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise das zumindest eine Einlassventil
(10') im Zentrum und das zumindest eine Auslassventil (12') in einem das zumindest
eine Einlassventil (10') umgebenden Umfangsbereich angeordnet ist.
4. Ventilbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (12) näher zu dem ersten Außenumfangsbereich (16) gelegen ist als
das Einlassventil (10).
5. Ventilbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste (16) und der zweite (18) Außenumfangsbereich um eine Längsachse (Y)
der Ventilbaugruppe (6) jeweils um einen gleichen Winkelbetrag oder eine gleiche Umfangslänge
erstrecken.
6. Ventilbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (16) und der zweite (18) Außenumfangsbereich des Gehäuses derart ausgestaltet
sind, dass in dem ersten Außenumfangsbereich (16) ein höherer Wärmeübergangskoeffizient
als in dem zweiten Außenumfangsbereich (18) erreicht wird.
7. Ventilbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Außenumfangsbereich (16) eine größere Oberfläche aufweist als der zweite
Außenumfangsbereich (18).
8. Ventilbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Außenumfangsbereich (16) eine Rippenstruktur (14) aufweist, welche eine
größere Oberfläche aufweist als der zweite Außenumfangsbereich (18).
9. Ventilbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse an seinem ersten Außenumfangsbereich (16) eine höhere Wärmeleitfähigkeit
als an seinem zweiten Außenumfangsbereich (18) aufweist.
10. Ventilbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse derart ausgestaltet ist, dass es bei einer einseitigen Anströmung durch
den Luftstrom (S) an allen Außenumfangsbereichen (16, 18) eine im Wesentlichen gleiche
Wärmeabfuhr ermöglicht.
11. Ventilbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse derart ausgestaltet ist, dass im Betrieb in einem Kompressor bei einer
einseitigen Anströmung durch den Luftstrom (S) im Wesentlichen gleiche Temperaturen
an dem ersten (16) und dem zweiten (18) Außenumfangsbereich gewährleistet sind.
12. Ventilbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (16) und der zweite (18) Außenumfangsbereich an entgegengesetzten Seiten
des Gehäuses gelegen sind.
13. Kompressor, insbesondere Kolbenkompressor dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine Ventilbaugruppe (6) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
14. Kompressor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfter (8) zum Erzeugen eines Luftstromes (S) zum Kühlen der Ventilbaugruppe
(6) vorhanden ist und die Ventilbaugruppe (6) relativ zu dem Lüfter (4) derart angeordnet
ist, dass sie von dem Luftstrom (S) umströmt wird, wobei der erste Außenumfangsbereich
(16) im Luftstrom (S) stromabwärts des zweiten Außenumfangsbereiches ( 18) gelegen
ist.