|
(11) | EP 0 193 640 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
| (54) | Sitzventileinrichtung |
| (57) Sitzventileinrichtung (7) mit einem Ventilsitz (8) und einem relativ dazu bewegbaren
Ventilstößel (10) sowie einem Anschlag (11) zur Hubbegrenzung des Ventilstößels. Der
Ventilstößel (10) hat einen Schaft (18), dessen mittlerer Bereich (20) eine Querschnittsverringerung
zwecks Erhöhung der Dehnfähigkeit aufweist. Der Anschlag (11) des Ventilstößels (10)
ist ringförmig nach Art einer Tellerfeder ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße
Formgebung des Ventilstößels (10) und des Anschlages (11) werden beim Öffnen und Schließen
der Sitzventileinrichtung (7) schlagartig auftretende Materialbeanspruchungen teilweise
elastisch so kompensiert, daß ein Bruch des Schaftes (18), eine Verformung des Ventilkolbens
(12) und des Anschlages (11) im Bereich der Anschlagflächen (23, 24), sowie eine Zerstörung
der Dichtfläche am Stößelkopf (19) und am Ventilsitz (8) vermieden wird. Die Lebensdauer
der Sitzventileinrichtung (7) wird dadurch erhöht. |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Sitzventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Eine solche Sitzventileinrichtung ist z.B. in dem "Handbuch der Kraftfahrzeugtechnik" von Buschmann/ Koessler Band 1, Seiten 199 und 200 beschrieben. Es besteht das Bedürfnis, eine solche in einem Ottomotor übliche Einrichtung auch bei einem Kompressor zu verwenden, der bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes in einer mit dem Kompressor verbundenen Drucklufteinrichtung von der Förderphase in die Leerlaufphase umschalten soll. Das Umschalten von der Förderphase in die Leerlaufphase geschieht derart, daß eine von dem vorgegebenen Druck in der Drucklufteinrichtung angesteuerte Betätigungseinrichtung den Ventilstößel der Sitzventileinrichtung in eine Stellung bewegt, in der der Verdichtungsraum des Kompressors mit dem Saugraum verbunden ist. In dieser Schaltstellung der Sitzventileinrichtung arbeitet der Kompressor weitgehend drucklos in der Leerlaufphase. Bei Unterschreiten des vorgegebenen Druckes in der Drucklufteinrichtung wird der Ventilstößel durch die Betätigungseinrichtung wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt, in der die durch die Sitzventileinrichtung vorhandene Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum und dem Saugraum geschlossen ist und der Kompressor in der Förderphase arbeitet.
[0003] Im Gegensatz zu der in Ottomotoren verwendeten Sitzventileinrichtung, deren nockengesteuerter Ventilstößel ohne festen Anschlag in der Öffnungsrichtung federnd aufgehängt ist, ergibt sich bei dem beschriebenen Einsatz einer solchen Einrichtung in einem Kompressor die Notwendigkeit, für den Ventilstößel in Öffnungsrichtung des Ventilsitzes einen festen Anschlag derart vorzusehen, daß der Kopf des Ventilstößels nicht in den Verdichtungsraum hineinragen kann. Ein in den Verdichtungsraum hineinragender Stößelkopf würde eine konstruktive Vergrößerung des sogenannten Schadraumes, d.h. des Verdichtungsraumes oberhalb des Kompressorkolbens in der oberen Totpunktstellung erforderlich machen und damit die Leistung des Kompressors herabsetzen.
[0004] Bei der Verwendung eines festen Anschlages für den Ventilstößel ergibt sich jedoch das Problem, daß beim Öffnen und Schließen der Sitzventileinrichtung der Ventilstößel durch plötzlich wirksam werdende, hohe Steuerkräfte schlagartig bewegt und durch eine unnachgiebige Hubbegrenzung ebenso schlagartig gestoppt wird. Hierbei kann es zu einem Bruch des Ventilstößels oder zu einer Verformung des Anschlages infolge überbeanspruchten Materials kommen.
[0005] Um diesem Mangel entgegenzuwirken, wäre es naheliegend, die auf die Ventileinrichtung wirkenden Steuerkräfte zu reduzieren und/oder sie allmählich ansteigend bzw. abfallend wirken zu lassen. Hierdurch wird jedoch der Ventilstößel in der Öffnungs- und Schließphase instabil und führt sogenannte Flatterbewegungen aus, die durch die Kompressionsarbeit des Kompressorkolbens noch unterstützt werden. Es ist bekannt, daß derartige Flatterbewegungen von Ventilstößeln, die mit Hammerschlägen vergleichbar sind, eine Zerstörung des Ventilsitzes und des Ventilstößelkopfes zur Folge haben.
[0006] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art mit im Vergleich zu den bekannten Einrichtungen einfachen Mitteln, so zu verbessern, daß beim Öffnen und Schließen der Ventileinrichtung trotz schlagartiger Hubbewegungen des Ventilstößels die dadurch auf die Funktionsteile der Ventileinrichtung wirkenden Kräfte so gering sind, daß eine Zerstörung der Funktionsteile oder deren vorzeitiger Verschleiß auch bei Dauerbetrieb weitgehend vermieden wird.
[0007] Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0008] Die Erfindung hat den Vorteil,.daß die Betriebssicherheit der Ventileinrichtung erhöht und deren Lebensdauer verlängert wird.
[0009] Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
[0010] Die Zeichnung zeigt eine Teildarstellung eines Kompressors mit einer Sitzventileinrichtung-in der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem Saugraum 1, einem Druckraum 2 und einem Verdichtungsraum 3. In einem Zylinderkopf 5 ist neben einem Ein- . laßventil 6 in einem Gehäuseteil 4 eine Ventileinrichtung 7 angeordnet, die in geöffneter Stellung, wie in der Zeichnung dargestellt, den Verdichtungsraum 3 über einen Ventilsitz 8 mit dem Saugraum 1 und über einem Sauganschluß 9 mit der Atmosphäre verbindet.
[0011] Die Sitzventileinrichtung 7 hat einen Ventilstößel 10, einen Anschlag 11 und eine Betätigungseinrichtung für den Ventilstößel 10, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Ventilkolben 12 besteht. Der Ventilkolben 12 ist gleitend und dichtend in einer Buchse 13 geführt und durch eine Feder 14 in Schließrichtung der Sitzventileinrichtung 7 belastet. Der Ventilkolben 12 ist mittels einer an sich bekannten Keilverbindung 15 in einer konischen, zentralen Bohrung 16 des Ventilkolbens 12 mit dem Ventilstößel 10 verbunden.
[0012] Oberhalb des Ventilkolbens 12 befindet sich eine Steuerdruckkammer 17, die über einen Steuereingang 26 mit einer an der Druckseite des Kompressors über einen Druckanschluß 27 angeschlossenen Drucklufteinrichtung verbunden ist.
[0013] Der Ventilstößel 10 hat einen Schaft 18 und einen Stößelkopf 19. Der Schaft 18 ist in drei Bereiche 20,21 und 22 mit unterschiedlichem Querschnitt aufgeteilt. Der Schaft 18 hat in seinem mittleren Bereich 20 einen geringeren Querschnitt, als die sich an den mittleren Bereich 20 beiderseits anschließenden Bereiche 21 und 22. Der mittlere Bereich 20 erstreckt sich etwa auf 1/3 der Gesamtlänge des Schaftes 18. Die Übergänge von dem mittleren Bereich 20 des Schaftes 18 zu den sich beiderseits an den mittleren Bereich 20 anschließenden Bereichen 21 und 22 sind gerundet ausgebildet. Der Ventilkolben 12 hat mindestens eine um die Mittelachse des Ventilstößels 10 herum angeordnete Anschlagfläche 23, die einer Anschlagfläche 24 des Anschlages 11 zugewandt ist und die auf der Anschlagfläche 24 des Anschlages 11 abstützbar ist.
[0014] Der Anschlag 11 ist ringförmig ausgebildet und koaxial zur Mittelachse des Ventilstößels angeordnet.
[0015] Der Anschlag 11 hat auf der, dem Ventilkolben 12 zugewandten Seite mindestens eine um die Mittelachse des Anschlages 11 herum angeordnete Anschlagfläche 24 und auf der dem Ventilkolben 12 abgewandten Seite mindestens eine um die Mittelachse des Anschlages 11 herum angeordnete Stützfläche 25. Die Anschlagflächen 23 und 24 sowie die Stützfläche 25 können jeweils aus einer geschlossenen Ringfläche oder aus einer aus gesonderten Flächen gebildeten Ringfläche bestehen. Der Abstand der Anschlagfläche 24 von der Mittelachse des Anschlages 11 ist unterschiedlich zu dem Abstand der Stützfläche 25 von der Mittelachse des Anschlages 11, wodurch der Anschlag 11 elastisch in der Art einer Tellerfeder ausgebildet ist. Der Anschlag 11 stützt sich mit seiner Stützfläche 25 gegen den Gehäuseteil 4 des Zylinderkopfes 5 ab. Die Anschlagfläche 24 des Anschlages 11 dient dem Ventilstößel als Hubbegrenzung.
[0016] Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist wie folgt:
Bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes in der mit dem Kompressor verbundenen Drucklufteinrichtung wird über den Steueranschluß 26 der Steuerdruckkammer 17 der Sitzventileinrichtung 7 ein Steuerdruck zugeführt, der den Ventilkolben 12 mit dem Ventilstößel 10 gegen die Kraft der Feder 14 in die Öffnungsstellung der Sitzventileinrichtung 7 bewegt. Diese Hubbewegung des Ventilstößels 10 wird gestoppt, wenn die Anschlagfläche 23 des Ventilkolbens 10 auf die Anschlagfläche 24 des Anschlages 11 auftrifft. Hierbei treten am Ventilstößel 10 und am Anschlag 11 schlagartige Belastungen auf. Die Belastung am Ventilstößel 10 entspricht wegen des Bewegungsimpulses des Stößelkopfes 19 einer Zugbeanspruchung, die durch den verjüngten Querschnitt im mittleren Bereich 20 des Schaftes 18 und damit durch eine erhöhte Dehnfähigkeit des Schaftes 18 teilweise kompensiert wird, so daß einem Bruch des Ventilstößels 10 entgegengewirkt wird.
[0017] Eine weitere Belastung, die einer auf den Anschlag 11 wirkenden Druckbelastung entspricht, wird durch die Anschlagfläche 23 des Ventilstößels 10 über die Anschlagfläche 24 des Anschlages 11 in den Anschlag 11 eingeleitet. Diese Druckbelastung wird teilweise durch die unterschiedlichen Abstände der Anschlagfläche 24 und der Stützfläche 25 zur Mittelachse des Anschlages 11 in eine Biegebeanspruchung umgewandelt, die im-Wandungsbereich zwischen der Anschlagfläche 24 und der Stützfläche 25 des Anschlages 11 nach Art einer Tellerfeder wirksam wird. Ein übriger Anteil der Druckbelastung stützt sich über die Stützfläche 25 des Anschlages 11 auf den Gehäuseteil 4 des Zylinderkopfes 5 ab.
[0018] Die durch die beschriebene Formgebung des Anschlages 11 teilweise erfolgende Umwandlung der Druckbelastung in eine Biegebeanspruchung wirkt zusätzlich dämpfend auf die am Ventilstößel 10 wirkende Zugbeanspruchung.
[0019] Bei Absinken des Druckes in der Drucklufteinrichtung unter einen vorgegebenen Wert wird die Steuerdruckkammer 17 über den Steuereingang 26 mit der Atmosphäre verbunden. Dadurch wird der Ventilstößel 10 mit dem Ventilkolben 12 durch die Feder 14, unterstützt durch die Kompressionsarbeit des Kompressorkolbens, schlagartig in die Ausgangsposition, in der die Sitzventileinrichtung 7 geschlossen ist, bewegt. Diese Hubbewegung des Ventilstößels 10 wird gestoppt, indem der Stößelkopf 19 des Ventilstößels 10 auf den Ventilsitz 8 aufschlägt. Durch die gebremste Masse, gebildet. durch den Bereich 21 des Ventilstößels 10 und den Ventilkolben 12, tritt im mittleren Bereich 20 des Schaftes 18 eine Zugbeanspruchung auf, die durch die Form des Schaftes 18, wie bereits beschrieben, teilweise kompensiert wird.
[0020] Durch die erfindungsgemäße Formgebung des Ventilstößels 10 und des Anschlages 11 werden beim Öffnen und Schließen der Sitzventileinrichtung 7 schlagartig auftretende Materialbeanspruchungen teilweise elastisch so kompensiert, daß ein Bruch des Schaftes 18, eine Verformung des Ventilkolbens 12 und des Anschlages 11 im Bereich der Anschlagflächen 23 und 24, sowie eine Zerstörung der Dichtfläche am Stößelkopf 19 und am Ventilsitz 8 vermieden wird.
a) es ist ein Ventilsitz und ein relativ dazu bewegbarer Ventilstößel vorgesehen;
b) der Ventilstößel weist einen Schaft und einen Stößelkopf auf, wobei der Stößelkopf mit dem Ventilsitz das Sitzventil bildet; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
c) es ist ein Anschlag (11) zur Begrenzung der Bewegung des Ventilstößels (10) in Öffnungsrichtung des Sitzventils (8,19) vorgesehen;
a) der Schaft (18) weist eine Querschnittsverringerung auf, die sich etwa im mittleren Bereich des Schaftes (18) befindet;
b) die Querschnittsverringerung erstreckt sich etwa auf 1/3 der Länge des Schaftes (18).
Die Übergänge von dem Bereich (20) der Querschnittsverringerung des Ventilschaftes (18) zu den sich beiderseits an den Bereich (20) anschließenden Bereichen (21) und (22) sind gerundet ausgebildet.
Es ist eine Betätigungseinrichtung für die Bewegung des Ventilstößels (10) in Öffnungsrichtung des Sitzventils (8,19) vorgesehen.
Die Betätigungseinrichtung für den Ventilstößel (10) besteht aus einem Ventilkolben (12), der mit dem Ventilstößel (10) verbunden ist.
Der Ventilkolben (12) ist mittels einer an sich bekannten Keilverbindung (15) mit dem Ventilstößel (10) verbunden.
Der Ventilkolben (12) hat eine konische, zentrale Bohrung, die ein Teil der Keilverbindung (15) ist.
Der Anschlag (,11) zur Begrenzung der Bewegung des Ventilstößels (10) ist ringförmig ausgebildet und koaxial zur Mittelachse des Ventilstößels (10) angeordnet.
Der Anschlag (11) ist elastisch in der Art einer Tellerfeder ausgebildet.
Die Sitzventileinrichtung (7) ist eingesetzt in Verbindung mit einem Kompressor mit hin- und hergehendem Kolben, mit federbelasteten Ein- und Auslaßventilen, mit einem Druckraum, einem Saugraum und einem Verdichtungsraum.
Die Sitzventileinrichtung (7) verbindet für die Dauer eines vorgegebenen Betriebszustandes einer mit dem Kompressor verbundenen Drucklufteinrichtung den Verdichtungsraum mit dem Saugraum des Kompressors.