Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Ventilplatte für einen Verdichter mit hin- und hergehendem Kolben
bzw. einen Kolbenverdichter nach dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1, der Kühlgas komprimiert, und insbesondere
auf einen Kolbenverdichter mit einem
Auslaßventilmechanismus, der Geräusche und Vibrationen unterdrückt.
2. Erläuterung des in Beziehung stehenden Standes der
Technik
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Es sind viele Kolbenverdichter bekannt, wie z.B. der
Schrägscheibenverdichter und der Taumelscheibenverdichter.
Ein typischer Schrägscheibenverdichter mit einem durch
einen Kolben betätigten Verdichtungsmechanismus zum
Verdichten von Kühlgas ist in Fig. 9 gezeigt. Der Verdichter
von Fig. 9 hat ein Paar von axial verbundenen
Zylinderblocken 1 und 2, die an ihren entgegengesetzten Enden, dem
vorderen und dem hinteren Ende, über eine vordere
Ventilplatte 3 und eine hintere Ventilplatte 4 durch ein vorderes
Gehäuse 5 bzw. ein hinteres Gehäuse 6 geschlossen sind. Das
vordere Gehäuse 5, die vordere Ventilplatte 3, die
Zylinderblöcke 1 und 2, die hintere Ventilplatte 4 und das
hintere Gehäuse 6 sind durch eine geeignete Anzahl an
Schraubenbolzen (nicht gezeigt) eng miteinander verbunden. Die
verbundenen Zylinderblöcke 1 und 2 haben eine
Schrägscheibenkammer 7, die in diesen an ihrem Verbindungsabschnitt
ausgebildet ist; eine Taumelscheibe 9 ist in der
Taumelscheibenkammer 7 angeordnet und auf einer Antriebswelle 8
verkeilt, die sich durch Bohrungen 1a und 2a erstreckt, die
am Mittelpunkt der verbundenen Zylinderblöcke 1 und 2
ausgebildet sind. Die verbundenen Zylinderblöcke 1 und 2 sind
mit einer Vielzahl von axialen Zylinderbohrungen 10
versehen, die um die Achse der Antriebswelle 8 radial mit
gleichem Abstand angeordnet sind und sich zum Mittelpunkt der
Antriebswelle 8 parallel erstrecken. Eine Vielzahl von
zweistufigen Kolben 11 ist in die Vielzahl von
Zylinderbohrungen 10 gleitfähig gepaßt, um über Gleitstücke 12 mit der
Schrägscheibe 9 in Eingriff zu stehen, und wird durch die
Schrägscheibe 9 hin- und herbewegt, wenn die Schrägscheibe
9 zusammen mit der Antriebswelle 8 gedreht wird.
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Das vordere Gehäuse 5 und das hintere Gehäuse 6 sind mit
äußeren Ansaugkammern 13 und 14 für das Kühlgas vor der
Verdichtung bzw. inneren Auslaßkammern 15 und 16 für das
Kühlgas nach der Verdichtung versehen. Die
Schrägscheibenkammer 7 steht mit den Ansaugkammern 13 und 14 über einen
Ansaugkanal (nicht gezeigt) in Fluidverbindung; die
Auslaßkammern 15 und 16 stehen mit einem äußeren Kühlkreislauf in
Fluidverbindung.
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Die vordere Ventilplatte 3 und die hintere Ventilplatte 4
sind mit Ansauganschlüssen 17 und 18, die zwischen den
Ansaugkammern 13 und 14 und den Zylinderbohrungen 10
Fluidverbindung herstellen, und Auslaßanschlüssen 19 und 20
versehen, die zwischen den Zylinderbohrungen 10 und den
Auslaßkammern 15 und 16 Fluidverbindung herstellen. Die
vorderen Ventilplatte 3 und die hintere Ventilplatte 4 sind
ebenfalls mit Innenflächen versehen, die den
Zylinderbohrungen 10 der verbundenen Zylinderblöcke 1 und 2
gegenüberliegen, und sind mit einem vorderen Ansaugventilbogen und
einem hinteren Ansaugventilbogen bedeckt, die Ansaugventile
21 und 22 aufweisen, die die Ansauganschlüsse 17 und 18
öffnen und schließen. Die Ventilplatten 3 und 4 sind ferner
mit Außenflächen versehen, die dem vorderen Gehäuse 5 und
dem hinteren Gehäuse 6 gegenüberliegen, und sind mit einem
vorderen und einem hinteren Ventilbogen bedeckt, der
Auslaßventile 23 und 24 hat, die die Auslaßanschlüsse 19 und
20 öffnen und schließen. Ventilhalter 25 und 26 sind hinter
den Auslaßventilen 23 und 24 angeordnet, um das Öffnen der
Auslaßventile 23 und 24 zu beschränken.
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Das vordere Auslaßventil 23 und das hintere Auslaßventil 24
sind in einer solchen Weise ausgebildet, daß diese mit
Grenzabschnitten der Außenflächen der Ventilplatten 3 und 4
in enger Berührung stehen, die die Auslaßanschlüsse 19 und
20 umgeben; daher sind, wenn der Druck des Kühlgases in den
Zylinderbohrungen 10 durch die Verdichtung durch die Kolben
11 bedingt auf einen vorbestimmten Pegel steigt, die
Auslaßventile 23 und 24 zu den jeweiligen Ventilhaltern 25 und
26 hin gebogen, um die Auslaßanschlüsse 19 und 20 zu
öffnen, und gestatten dadurch, daß das in den
Zylinderbohrungen 10 komprimierte Kühlgas zu den Auslaßkammern 15 und 16
ausgelassen wird.
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Der vorstehend beschriebene Kolbenverdichter wird mit
Schmieröl in Form eines im Kühlgas schwebenden Ölnebels
gespeist; somit haftet der Ölnebel an den Endflächen der
vorderen Ventilplatte 3 und der hinteren Ventilplatte 4 und
den Flächen des vorderen Auslaßventils 23 und des hinteren
Auslaßventils 24 an, so daß die Endflächen der vorderen
Ventilplatte 3 und der hinteren Ventilplatte 4 und die
Flächen des vorderen Auslaßventils 23 und des hinteren
Auslaßventils 24 immer mit einem Ölfilm bedeckt sind. Die
Endflächen der vorderen Ventilplatte 3 und der hinteren
Ventilplatte 4 sind ebenfalls mit glatten Flächen versehen, die
eine Oberflächenrauheit (Rz) zwischen nur 6 bis 7 Rz
aufweisen, so daß, wenn die Ventilplatten 3 und 4 im
Verdichter zwischen den axialen Enden der Zylinderblöcke 1 und 2
und dem vorderen Gehäuse 5 und hinteren Gehäuses 6
untergebracht sind, zwischen dem Hochdruckbereich, z.B. den
Auslaßkammern
15 und 16, und dem Niederdruckbereich, z.B. den
Ansaugkammern 13 und 14, ein vollständig luftdichter
Zustand erreicht wird, ohne daß über die Flächen der
Ventilplatten 3 und 4 Fluidleckage auftritt, um dadurch bei
der Verdichtung der Kühlgases eine hohe volumetrische
Effektivität zu erhalten. Und zwar tritt, wenn die
Oberfläche der Endflächen der Ventilplatten 3 und 4 rauh
ist, durch eine Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite
und der Niederdruckseite bedingt ein Durchsickern des
Hochdruck-Kühlgases vom Hochdruckbereich zum
Niederdruckbereich über die rauhen Endflächen der
Ventilplatten 3 und 4 auf; daher ist die volumetrische
Effektivität bei der Verdichtung des Kühlgases verringert.
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Trotzdem werden, wenn die Oberfläche der Endflächen der
Ventilplatten 3 und 4 glatt ist, die Auslaßventile 23 und
24 der Ventilbögen mit den Endflächen der Ventilplatten 3
und 4 während des Schließens der Auslaßanschlüsse 19 und 20
durch eine Oberflächenspannung, die der die Ventilplatten 3
und 4 bedeckende Ölfilm aufweist, bedingt in enge Berührung
gebracht. Dementsprechend werden während des Betriebes des
Verdichters die Auslaßventile 23 und 24 der Ventilbögen
nicht von den Endflächen der Ventilplatten 3 und 4
getrennt, um die Auslaßanschlüsse 19 und 20 zu öffnen, bis
daß der Kältemitteldruck in den Zylinderbohrungen 10 auf
ein Druckniveau steigt, das ausreichend ist, um die
Oberflächenspannung und die Haftkraft des Ölfilms zu
überwinden; daher tritt in jeder Zylinderbohrung 10 eine
übermäßige Verdichtung auf. Wenn die Auslaßventile 23 und 24
unter dieser übermäßigen Verdichtung des Kühlgases in den
Zylinderbohrungen 10 geöffnet werden, bricht somit das
verdichtete Gas aus den Zylinderbohrungen 10 in die
Auslaßkammern 15 und 16 aus; die Enden der geöffneten Auslaßventile
23 und 24 stoßen mit den Ventilhaltern 25 und 26 stark
zusammen. Daher erzeugen der Verdichter und die umgebenden
Mechanismen unerwünschte Impulsvibrationen und Geräusche.
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Um die vorstehend genannten, beim herkömmlichen
Kolbenverdichter auftretenden Probleme in bezug auf Vibrationen und
Geräusche zu überwinden, hat das Anmelder-Unternehmen
bereits zahlreiche Vorschläge gemacht. Zum Beispiel offenbart
das US-Patent Nr. 4 781 540 von Ikeda et al. einen
asymmetrischen Ventilmechanismus für einen Kolbenverdichter.
Dennoch haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung ihre
Experimente fortgesetzt, um ein kostengünstigeres Verfahren
zum Lösen der vorstehend genannten Probleme zu erhalten;
sie experimentierten dementsprechend mit dem Aufrauhen der
Endflächen der Ventilplatten an speziellen Abschnitten, die
jede der Auslaßöffnungen umgeben und mit den Auslaßventilen
in Berührung gelangen, um die vorstehend genannte enge
Berührung zwischen den Auslaßventilen und den Ventilplatten
zu verhindern. Als Ergebnis konnte das Auftreten einer
übermäßigen Verdichtung des Kühlgases in den
Zylinderbohrungen verringert werden; daher wurden die Geräusche und
Vibrationen unterdrückt. Dennoch wurde herausgefunden, daß
wenn die Auslaßventile 23 und 24 wiederholt mit den
Ventilplatten zusammenstoßen, um die Auslaßöffnungen der
Ventilplatten 3 und 4 zu schließen, die gerauhten Abschnitte der
Endflächen der Ventilplatten 3 und 4 allmählich abgerieben
werden und glatt werden; dementsprechend tritt die
übermäßige Verdichtung des Kühlgases in den Zylinderbohrungen
10 allmählich erneut auf. Und zwar ist es nach einer lange
Betriebszeit des Verdichters schwierig, das Auftreten von
übermäßiger Verdichtung des Kühlgases in den
Zylinderbohrungen 10 zu verhindern.
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Ferner ist eine Ventilplatte nach dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1 aus der Druckschrift DE-A-3 447 194 bekannt,
bei der zumindest ein Anschluß ausgebildet ist, der durch
eine Ventileinrichtung auswählend bedeckt ist. Darüber
hinaus ist ein Ventilsitz an der Ventilplatte vorgesehen, der
mit der Ventileinrichtung zusammenwirkt, um den jeweiligen
Anschluß zu öffnen oder zu schließen. Dieser Ventilsitz
weist zwei Oberflächenabschnitte auf, die den Anschluß
umgeben und eine vorbestimmte Oberflächenrauhigkeit haben,
wobei ein Außenring mit größerer Rauheit einen glatten
Innenring umgibt.
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Durch die vorstehend genannte Gestaltung bedingt werden die
Adhäsionskräfte zwischen der Ventileinrichtung und dem
Ventilsitz in einem angemessenen Bereich gehalten, während die
Anlage der Ventileinrichtung mit dem Ventilsitz dicht genug
ist, um zwischen einer Hochdruckseite und einer
Niederdruckseite der Ventilplatte eine Druckdifferenz zu halten;
dadurch wird eine relativ große volumetrische Effektivität
vorgesehen, wenn z.B. ein Kühlgas an der Hochdruckseite der
Ventilplatte komprimiert wird.
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Nach einer langen Betriebszeit macht sich jedoch beim Stand
der Technik das vorstehend dargestellte Problem negativ
bemerkbar, d.h. unerwünschte Impulsvibrationen und Geräusche
werden erzeugt.
Zusammenfassung der Erfindung
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Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin,
die bekannte Ventilplatte weiterzuentwickeln, um zu
bewirken, daß diese in der Lage ist, die durch eine übermäßige
Verdichtung des Kühlgases verursachten Geräusche und
Vibrationen für eine lange Zeit zu verringern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gelöst, die im
kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1, 6 und 7 angezeigt
sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Patentansprüche 2 bis 5 und 8.
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Entsprechend der Erfindung umgibt der Oberflächenabschnitt
A den jeweiligen Auslaßanschluß direkt benachbart zu seiner
Kante, wobei der Abschnitt eine Vickershärte von 120 bis
450 und eine vorbestimmte Rauheit hat, die größer als die
der verbleibenden Oberfläche der Ventilplatte ist.
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Durch diese Maßnahmen bedingt tritt, wenn durch die
Verdichtung der Kühlgases durch das Hin- und Herbewegen der
Kolben während des Schließens der Auslaßventile bedingt das
Druckniveau in den Zylinderbohrungen erhöht wird, das von
den Zylinderbohrungen durchsickernde, verdichtete Kühlgas
in die gerauhten Abschnitte der zweiten Endfläche der
Ventilplatte ein, um Schmieröl zwischen der Ventilplatte und
den Auslaßventilen zu entfernen; dementsprechend wird die
Oberflächenspannung des Schmieröls verringert, um dadurch
die enge Berührung zwischen der zweiten Endfläche der
Ventilplatte und den Auslaßventilen zu lockern. Außerdem
verringert das vorstehend genannte komprimierte Kühlgas, das
in die gerauhten Abschnitte der zweiten Endfläche der
Ventilplatte eintritt, den Druck, der auf die Auslaßventile
von der Seite der Auslaßkammer wirkt; daher können die
Auslaßventile einfacher geöffnet werden. Wenn der Druck in den
Zylinderbohrungen durch die Verdichtung des Kühlgases
bedingt ein vorbestimmtes Niveau erreicht, werden daher die
Auslaßventile schnell geöffnet. Dementsprechend kann das
Auftreten von übermäßiger Verdichtung des Kühlgases in den
Zylinderbohrungen verhindert werden, um dadurch Geräusche
und Vibrationen des ausgelassenen Kühlgases zu
unterdrükken.
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Wenn die Auslaßventile in die Position zurückgelangen, in
der die Auslaßanschlüsse der Ventilplatte geschlossen sind,
stoßen die Auslaßventile mit den Endflächen der
Ventilplatte zusammen. Da die gerauhten Abschnitte der zweiten
Endfläche der Ventilplatte, die die jeweiligen
Auslaßanschlüsse umgeben, auf eine Vickershärte von 120 bis 450
gehärtet sind, werden dennoch die gerauhten Abschnitte der
Ventilplatte nicht in einfacher Weise abgetragen;
dementsprechend kann die Wirkung der Verringerung der Geräusche
und Vibrationen für einen langen Zeitraum aufrechterhalten
werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehenden Merkmale und weiteren Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden bei Betrachtung der Beschreibung
des Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den
beiliegenden Zeichnungen deutlicher, in denen:
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Fig. 1 eine vergrößerte Teil-Vorderansicht eines
oberflächengerauhten Abschnitts einer Ventilplatte und eines
zusammenwirkenden Auslaßventils entsprechend der vorliegenden
Erfindung ist,
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Fig. 2 eine Vorderansicht einer Ventilplatte mit einer
Vielzahl von Auslaßanschlüssen und eines Ventilbogens mit
der entsprechenden Anzahl an Auslaßventilen entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist,
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die Fig. 3A und 3B vergrößerte Teil-Schnittansichten der
Ventilplatte und des Auslaßventils entsprechend der
vorliegenden Erfindung sind, die die zwei verschiedenen
Betriebszustände darstellen,
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Fig. 4A eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung
zwischen dem Drehwinkel einer Schrägscheibe und dem
Druckniveau in den Zylinderbohrungen in dem Fall darstellt, in
dem die herkömmliche Ventilplatte im Kolbenverdichter nach
dem Stand der Technik untergebracht ist,
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Fig. 4B eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung
zwischen dem Drehwinkel einer Schrägscheibe und dem
Druckniveau in den Zylinderbohrungen des Kolbenverdichters
darstellt, der mit dem Auslaßventilmechanismus entsprechend
der vorliegenden Erfindung versehen ist,
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Fig. 5 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung
zwischen der Oberflächenrauheit einer in einem
Kolbenverdichter untergebrachten Ventilplatte und der vom Verdichter
gezeigten volumetrischen Effektivität darstellt,
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Fig. 6 eine graphische Ansicht ist, die die Beziehung
zwischen der Oberflächenrauheit einer in einem
Kolbenverdichter untergebrachten Ventilplatte und dem Geräuschpegel
darstellt,
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Fig. 7 eine graphische Ansicht ist, die die Beziehung
zwischen der Härte des oberflächengerauhten Abschnitts einer
in einem Kolbenverdichter untergebrachten Ventilplatte und
der Änderung des Geräuschpegels darstellt,
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Fig. 8 eine graphische Ansicht ist, die die Beziehung
zwischen den Betriebsstunden eines Kolbenverdichters und der
Änderung des Geräuschpegels in den zwei Fällen darstellt,
in dem nur die oberflächenrauhende Bearbeitung an den
Abschnitten um die Auslaßanschlüsse der Ventilplatte
vorgenommen ist und in dem die oberflächenrauhende und
oberflächenhärtende Bearbeitung an den Abschnitten um die
Auslaßanschlüsse der Ventilplatte herum vorgenommen ist, und
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Fig. 9 eine geschnittene Längsansicht eines
Kolbenverdichters ist, in dem der Auslaßventilmechanismus nach dem Stand
der Technik untergebracht ist, wobei jedoch ein
Auslaßventilmechanismus der vorliegenden Erfindung in ähnlicher
Weise untergebracht sein kann.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die Beschreibung eines Auslaßventilmechanismus einer
Ventilplatte für einen Kolbenverdichter, der die vorliegenden
Erfindung verkörpert, wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die Darstellungen in den Fig. 1 bis 8 vorgenommen. Es
ist festzuhalten, daß, da die Struktur des
Kalbenverdichters mit Ausnahme der Struktur der Ventilplatte die gleiche
wie die nach dem Stand der Technik ist, die in Fig. 9
verwendeten Bezugszeichen verwendet werden, um entsprechende
Elemente und Teile der Ventilplatte entsprechend der
vorliegenden Erfindung zu bezeichnen. Es ist ferner
festzuhalten, daß, da die vordere und die hintere Seite des
Verdichters im wesentlichen die gleiche Funktion hat, der
Auslaßventilmechanismus an der hinteren Seite des Verdichters im
folgenden exemplarisch dargestellt wird.
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Eine im Kolbenverdichter unterzubringende Ventilplatte 4
ist aus Eisen gefertigt und ist mit einer ersten flachen
Fläche 4a, die dem Zylinderblock 2 (Fig. 9) gegenüberliegt,
einer zweiten flachen Fläche 4b, die dem Gehäuse 6 (Fig. 9)
gegenüberliegt, und einer Vielzahl von in dieser
ausgebildeten Ansaug- und Auslaßanschlüssen 18 und 20 (im
vorliegenden Ausführungsbeispiel mit fünf) versehen. Wie es in
Fig. 2 gezeigt ist, ist die Ventilplatte 4 ebenfalls mit
einer Vielzahl von Durchgangslöchern 27 versehen, von denen
jedes zwischen zwei benachbarten Ansauganschlüssen 18
angeordnet ist und gestattet, daß Schraubenbolzen (nicht
gezeigt) durch dieses hindurchgehen, um dadurch die
Zylinderblöcke 1 und 2 und das vordere und das hintere Gehäuse 5
und 6 axial zu verbinden.
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Die Ventilplatte 4 hat in der zweiten Fläche 4b mit "A"
bezeichnete Abschnitte, wobei jeder Abschnitt "A" der
Ventilplatte 4 einen der Auslaßanschlüsse 20 umgibt, wie es in
Fig. 1 dargestellt ist, und ein Flächengebiet hat, das
geringfügig größer als das eines vorderen Endabschnitts 24a
eines Auslaßventils 24 ist, das betrieben wird, um den
Auslaßanschluß 20 mit Möglichkeit zum Öffnen zu schließen.
Jeder Abschnitt "A" der Ventilplatte 4 wird einer
aufrauhenden Bearbeitung auf eine Oberflächenrauheit von 10 bis 20Rz
unterzogen. Der verbleibende Abschnitt der zweiten Fläche
4b der Ventilplatte 4 wird ausgebildet, so daß dieser
ähnlich der Ventilplatte nach dem Stand der Technik eine
Oberflächenrauheit von ungefähr 6 bis 7 Rz hat. Die
oberflächengerauhten
Abschnitte "A" der Ventilplatte 4 werden
einem oberflächenhärtenden Bearbeitung auf eine
Vickershärte (Hv) von 120 bis 450 unterzogen. Und zwar wird, um
eine gewünschte Oberflächenhärte zu erreichen, die
Ventilplatte 4 entweder aus z.B. Kohlenstoffstahl, der durch
Abschrecken gehärtet werden kann [wie z.B. S45C-Stahl
entsprechend dem japanischen Industriestandard (JIS G 3102)],
oder einen anderen Typ von Stahl gefertigt, der durch
Härten erhalten wird, z.B. ein warmgewalztes Stahlblech, das
einen erhöhten Betrag an Kohlenstoff und einen in diesem
enthaltenen Manganbestandteil aufweist.
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Wenn das Auslaßventil 24 den Auslaßanschluß 20 der
Ventilplatte 4 schließt, steht unter Bezugnahme auf Fig. 3 das
Auslaßventil 24 in im wesentlichen enger Berührung mit dem
Abschnitt "A", der den Auslaßanschluß 20 umgibt. Wenn die
Verdichtung von Kühlgas durch den Kolben 11 eine Erhöhung
des Druckniveaus in der Zylinderbohrung 10 verursacht, um
ein Niveau zu erreichen, das zum Öffnen des
Auslaßanschlusses 20 durch Anheben des Auslaßventils 24 ausreichend ist,
tritt anschließend das verdichtete Kühlgas zwischen den
gerauhten Abschnitt "A" der Ventilplatte 4 und dem
Auslaßventil 24 zwangsläufig ein, während das Schmieröl zwischen der
Ventilplatte 4 und dem Auslaßventil 24 entfernt wird;
dementsprechend wird die starke Berührung zwischen dem
Auslaßventil 24 und der Fläche 4b der Ventilplatte 4 durch die
Oberflächenspannung des Schmieröls abgeschwächt. Auch ist
die Differenz zwischen den Kräften, die am Auslaßventil 24
von seinen beiden Seite aus wirken, d.h. von der Seite der
Auslaßkammer 16 und von der Seite der Zylinderbohrung 10,
verringert. Dementsprechend ist das Auslaßventil 24 zum
Angehoben-werden bereit, um den Auslaßanschluß 20 zu öffnen.
Daher wird, sobald der Druck in der Zylinderbohrung 10 sich
auf ein Niveau erhöht, das ausreichend ist, um das
Auslaßventil 24 von der Fläche 4b der Ventilplatte 4
wegzubewegen, der Auslaßanschluß 20 der Ventilplatte 4 sofort
geöffnet. Und zwar wird das Auslaßventil 24 bei einem in der
Zylinderbohrung 10 vorherrschenden, vorbestimmten Druckniveau
von seiner geschlossenen Position in seine geöffnete
Position mit einem bestimmten Zeitverhalten bewegt. Daher kann
verhindert werden, daß das Auslaßventil 24 einen starken
Zusammenprall mit dem in der Auslaßkammer 16 angeordneten
Ventilhalter 26 verursacht; dementsprechend wird die
Erzeugung von Geräuschen unterdrückt. Da das Kühlgas nicht
übermäßig verdichtet wird, wird außerdem die Erzeugung von
Vibrationen und Geräuschen durch ein Ausbrechen des
verdichteten Kühlgases aus der Zylinderbohrung 10 heraus bedingt
verhindert; eine Schwankung des Auslaßdrucks des
verdichteten Kühlgases wird ausreichend abgeschwächt.
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Die Fig. 4A und 4B stellen Ergebnisse der Messung der
Änderung des Drucks in der Zylinderbohrung 10 während einer
vollständigen Drehung der Schrägscheibe 9 (Fig. 9) dar,
wenn die Verdichter, die mit den Ventilplatten 3 und 4
entsprechend der vorliegenden Erfindung bzw. entsprechend dem
Stand der Technik versehen sind, unter den nachstehend
aufgeführten Betriebsbedingungen betrieben wurden.
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Die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters: 1000 U/min,
der Ansaugdruck des Kühlgases 200 000 Pa (2kg/cm²),
der Auslaßdruck des Kühlgases 1 500 000 Pa (15kg/cm²).
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Aus dem Vergleich der Darstellungen der Fig. 4A und 4B wird
festgestellt, daß ein übermäßiger Druck, der in dem
Verdichter auftritt, der mit den Ventilplatten entsprechend
der vorliegenden Erfindung versehen ist, kleiner ist als
der, der in dem Verdichter auftritt, der mit den
Ventilplatten nach dem Stand der Technik versehen ist. Aus diesen
Ergebnissen wird verständlich, daß entsprechend der
vorliegenden Erfindung die Geräusch- und Vibrationsunterdrückung
und eine Verringerung der Schwankung des Auslaßdrucks
erreicht werden.
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Dennoch tritt bei hoher Oberflächenrauheit der Abschnitte
"A" der Ventilplatte 4, die den Auslaßanschluß 20 umgibt,
eine Leckage des verdichteten Kühlgases selbst in der
Schließposition des Auslaßventils 24 auf; dementsprechend
ist die volumetrische Effektivität bei der Verdichtung des
Kühlgases durch den Verdichter verringert. Folglich ist die
Betriebseffektivität des Kolbenverdichters verringert. Und
zwar muß die Oberflächenrauheit der Abschnitte "A" der
Ventilplatten 3 und 4 nicht übermäßig gerauht sein.
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Fig. 5 stellt ein Ergebnis von Experimenten dar, die zum
Messen der Änderung der volumetrischen Effektivität bei der
Verdichtung des Kühlgases in bezug auf die zahlreichen
Oberflächenrauheiten der die Auslaßanschlüsse 20 umgebenden
Abschnitte "A" durchgeführt wurden. Aus der Darstellung von
Fig. 5 wird verständlich, daß, obwohl bei einer Änderung
der Oberflächenrauheit der Ventilplatten von 0 bis 20 Rz
die volumetrische Effektivität nahezu konstant gehalten
wurde, bei einem Anstieg der Oberflächenrauheit der
Ventilplatte 4 auf mehr als 20 Rz die volumetrische Effektivität
verringert ist.
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Außerdem wurde ein Experiment ausgeführt, um die Änderung
des Geräuschpegels bei einer Änderung der
Oberflächenrauheit der Abschnitte "A" der Ventilplatte 4 zu messen. Fig.
6 stellt das Ergebnis des vorstehend genannten Experimentes
dar.
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Der Darstellung von Fig. 6 kann entnommen werden, daß, wenn
die Oberflächenrauheit der Abschnitte "A" der Ventilplatte
4 auf mehr als 10 Rz erhöht ist, der Geräuschpegel um
ungefähr 3dB verringert ist und daß die Geräuschpegel bei
Oberflächenrauheiten von 20 und 30 Rz im wesentlichen die
gleichen sind. Daher ist verständlich, daß eine bevorzugte
Oberflächenrauheit der Abschnitte "A" der Ventilplatte 4
nahezu 10 bis 20Rz beträgt. Durch ein durchgeführtes
Experiment wurde bestätigt, daß, wenn die gesamte Endfläche 4b
der Ventilplatte 4 auf eine Oberflächenrauheit von 10 bis
20 Rz gerauht war, sich die Dichteigenschaft zwischen der
Ventilplatte 4 und der Dichtung, d.h. dem Ventilbogen,
verschlechterte und eine Leckage des komprimierten
Kältemittels an zahlreichen Abschnitten des Verdichters erzeugt
wurde. Somit sollte die gesamte Fläche 4b der Ventilplatte
4 nicht gerauht sein.
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Fig. 7 stellt das Ergebnis eines Experiments dar, bei dem
mit einer Änderung der Oberflächenhärte der gerauhten
Abschnitte "A" der Ventilplatte 4 die Änderung des
Geräuschpegels gemessen wurde. In Fig. 7 zeigt die Änderung des
Geräuschpegels auf der Ordinate die Differenz zwischen den
Geräuschpegeln an, die zu den Zeitpunkten vor und nach dem
kontinuierlichem Betrieb des Verdichters für einen langen
Zeitraum gemessen wurden (im durchgeführten Experiment ein
kontinuierlicher Betrieb von 100 Stunden). Beim Durchführen
des Experiments wurden die Ventilplatten 4, die mit den
gerauhten Abschnitten "A" versehen waren, die eine
Vickershärte (Hv) von 300 oder mehr haben, dadurch erhalten, indem
diese Platten 4 einer Härtbearbeitung unter Verwendung des
Abschreckungsverfahrens unterzogen wurden; die
Ventilplatten 4, die mit den gerauhten Abschnitten "A" versehen sind,
die eine Vickershärte von 120 und 150 haben, wurde
erhalten, indem diese Ventilplatten nach dem Einstellen der
Mengen an Kohlenstoff- und Manganbestandteilen aus dem
vorstehend genannten warmgewalzten Stahlblech hergestellt wurden.
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Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß, obwohl bei Verwendung
eines Ventilplatte mit einer Vickershärte von weniger als
100 die Änderung des Geräuschpegels 3dB betrug, durch
Verwendung einer Ventilplatte 5 mit einer Vickershärte von 120
bis 450 die Änderung des Geräuschpegels auf 1dB abgesenkt
werden konnte. Wenn die Härte der gerauhten Abschnitte "A"
der Ventilplatte 4 jedoch über eine Vickershärte von 450
hinaus erhöht wurde, war verständlich, daß die
Auslaßventile 24, die aus Federstahl bestehen, der eine Vickershärte
von 510 bis 570 hat, durch die wiederholte Berührung
zwischen
den gerauhten und gehärteten Abschnitten "A" der
Ventilplatte 4 bedingt allmählich abgetragen wurden;
dementsprechend wurde der Berührungsbereich der Auslaßventile 24
allmählich erhöht, um einen ungünstigen Haftzustand
zwischen den Auslaßventilen 24 und der Ventilplatte 4 zu
erzeugen. Somit konnten die Auslaßventile 24 nicht angemessen
geöffnet werden; ein starkes Geräusch wurde erzeugt.
Folglich wurde festgestellt, daß eine wünschenswerte Härte der
gerauhten Abschnitte "A" der Ventilplatte 4 einer
Vickershärte von 120 bis 450 entspricht.
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Fig. 8 stellt das Ergebnis eines weiteren Experiments dar,
das einen aus der vorliegenden Erfindung erhaltenen Vorteil
anzeigt. Im Experiment von Fig. 8 wurden ein erster
Kolbenverdichter, in dem Ventilplatten untergebracht sind, die
aus warmgewalztem Stahlblech mit einer Vickershärte von 100
gefertigt wurden und mit lediglich gerauhten Abschnitten
"A" um die Auslaßanschlüsse 19 und 20 herum versehen sind,
und ein zweiter Kolbenverdichter, in dem Ventilplatten
untergebracht sind, die mit gerauhten und gehärteten
Abschnitten "A" um die Auslaßanschlüsse 19 und 20 herum
versehen sind, für 1000 Stunden kontinuierlich betrieben, um
in bezug auf das Verstreichen von Zeit die Änderung des
Geräuschpegels zu messen. Die Ventilplatten 3 und 4 des
zweiten Verdichters wurden mit einer Vickershärte von ungefähr
400 versehen, indem diese Ventilplatten einer
Härtebearbeitung durch das Abschreckungsverfahren unterzogen wurden.
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Aus der graphischen Darstellung von Fig. 8 ist
verständlich, daß sich der Geräuschpegel des ersten und des zweiten
Verdichters mit dem Verstreichen von Zeit erhöhte.
Insbesondere wurde vom Beginn des Betriebes bis zum Betrieb von
100 Stunden ein starker Anstieg des Geräuschpegels
beobachtet; nach 100 Betriebsstunden jedoch war der Anstieg des
Geräuschpegels der beiden Verdichter angemessen; In Fig. 8
betrug der Anstieg des Geräuschpegels, der beim die
Ventilplatten mit einer Vickershärte von 100 verwendenden, ersten
Kolbenverdichter zu verzeichnen war, von Beginn des
Betriebes an nach dem kontinuierlichen Betrieb von 100 Stunden
3dB; der Anstieg jedoch, der beim zweiten Kolbenverdichter
zu verzeichnen war, der die Ventilplatte mit einer
Vickershärte von 400 verwendete, betrug lediglich 1dB.
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Ferner wurde, obwohl es nicht in Fig. 8 gezeigt ist, ein
dritter Verdichter unter Verwendung der Ventilplatten, die
aus warmgewalztem Stahlblech mit einer Vickershärte von 150
gefertigt wurden, dem gleichen Experiment unterzogen, wie
die des ersten und zweiten Verdichters. Als Ergebnis war
die Änderung des Geräuschpegels über dem Verstreichen von
Betriebszeit beim dritten Verdichter nahezu die gleiche wie
die beim zweiten Verdichter, der Ventilplatten mit einer
Vickershärte von 400 verwendet. Und zwar konnte
festgestellt werden, daß durch das geeignete Erhöhen der Härte
der gerauhten Abschnitte der Ventilplatte um die
Auslaßanschlüsse 19 und 20 herum, eine Geräuschunterdrückung für
einen langen Betriebszeitraum des Kolbenverdichters
vorgenommen werden kann.
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In den vorstehend beschriebenen, zahlreichen Experimenten
wurde die Messung der Oberflächenrauheit (Rz) der
Abschnitte "A" der Ventilplatte 4 durch eine
Oberflächenrauheit-Meßvorrichtung, dem Modell SE-3Fk, die von Kosaka
Kenkyusho in Japan hergestellt und verkauft wird, unter
Meßbedingungen vorgenommen, bei denen die Längs- und
Querkraft (longitudinal and lateral power) der Vorrichtung auf
1000x20 eingestellt waren und die Meßlänge 2,5mm betrug.
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Die Messung der Oberflächenhärte der Abschnitte "A" der
Ventilplatte 4 wurde durch eine
Vickershärte-Meßvorrichtung, die von Matsuzawa Seiki Co. Ltd. in Japan hergestellt
und verkauft wird, unter den Meßbedingungen vorgenommen,
bei denen eine Last von 10kg für 15 Sekunden aufgebracht
wurde. Die Meßvorrichtung wurde an einer herkömmlichen
Werkbank montiert.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist es verständlich, daß die gerauhten Abschnitte
"A" der Ventilplatten 3 und 4 durch Verfahren gehärtet
werden, die sich vom beschriebenen Abschreckungsverfahren und
dem Verfahren der Einstellung der Menge an Kohlenstoff- und
Manganbestandteilen des warmgewalzten Stahlblechs
unterscheiden. Zum Beispiel kann das Oberflächenhärten durch
Nitrieren und das Verfahren verwendet werden, bei dem ein
harte Material oder harte Materialien auf die Oberfläche
der gerauhten Abschnitte gesprüht werden.
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Ferner kann der Kolbenverdichter, auf den die vorliegende
Erfindung angewendet wird, entweder ein zweistufiger
Schrägscheiben-Kolbenverdichter oder ein
Taumelscheibenverdichter mit variabler Verdrängung sein. Im Fall des
zweistufigen Schrägscheiben-Kolbenverdichters können die
Ansaugkammern am mittleren Abschnitt des vorderen und
hinteren Gehäuses angeordnet sein; die Auslaßkammern können an
Umfangsabschnitten des vorderen und hinteren Gehäuses
angeordnet sein.
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Ferner kann die aus einem einzelnen Eisenstück oder
Stahlblech gefertigte, beschriebene Ventilplatte durch eine
Zweischichtventilplatte ersetzt sein, so daß ein erstes
dünnes Eisenblechelement, dessen eine Fläche mit einem
Harzfilm, wie z.B. einem Synthesekautschukfilm, beschichtet
ist, an einer Fläche eines zweiten Ventilplattenelements
stationär befestigt ist, wobei die Fläche der Auslaßkammer
des Verdichters gegenüberliegt.
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Aus dem Vorstehenden ist verständlich, daß entsprechend der
vorliegenden Erfindung der Auslaßventilmechanismus des
Kolbenverdichters verbessert ist, so daß die Auslaßventile,
die im allgemeinen aus Federstahl gefertigt sind, immer
gleichmäßig mit einem optimalen Zeitverhalten geöffnet
werden, wenn das Druckniveau in den Zylinderbohrungen auf ein
gewünschtes Niveau steigt. Daher wird das Auftreten einer
übermäßigen Verdichtung des Kühlgases in den
Zylinderbohrungen verhindert; dementsprechend wird die Erzeugung von
Geräuschen und Vibrationen durch ein Ausbrechen des
überverdichteten Kühlgases aus den Zylinderbohrungen
unterdrückt; ein Schwanken des Auslaßdrucks aus dem Verdichter
heraus kann verringert werden.