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具有可变容量调节的活塞式压缩机的制作方法

1.本发明涉及一种活塞式压缩机，其具有活塞，该活塞可以在缸中来回运动，以便在缸中形成压缩室，其中，在该压缩室上设置至少一个吸入阀和至少一个压力阀，其中，至少一个接通室设置有固定的接通室容积，该接通室通过溢流开口与该压缩室连接，其中，设置有用于打开和关闭所述溢流开口的接通阀和用于操控该接通阀的接通阀控制单元。本发明还涉及一种用于运行这样的活塞式压缩机的方法以及一种用于活塞式压缩机的阀结构组合件。

背景技术：

2.借助接通室对活塞式压缩机的容量或输送量的调节是一种久经考验的原理，该原理主要在具有恒定转速的活塞式压缩机中使用。通过接通室可以扩大损坏空间，从而压缩机的压力上升速率和下降速率变平坦并且减少所输送的介质的量。这种形式的调节是几乎没有损耗的并且尤其是在小型或中型压缩机中也愿意用于使压缩机的运行点与驱动装置相协调。借助接通室改变损坏空间的容积的方式原则上可以以两种方式实现。一方面可以设置具有不变容积的一个或多个接通室，其可以通过一个或多个阀串联连接或并联连接。另一方面可以设置具有可变容积的接通室，其中，所述容积可以通过活塞的调节而改变。
3.例如由cn111188759a或us5,735,675a已知逐级接通具有不同容积的多个接通室。在此，通过液压促动器或气动促动器，接通室的各个部分容积通过打开阀而接通压缩室。与结构型式相关地，这种接通与压缩机转速相比相对缓慢地进行。在此，所述接通阀在较长的时间段上保持打开，从而使得所属的接通室与压缩容积保持连接。这种调节能够实现所输送的介质的量仅在离散的级中改变，无级的和精确的量调节是不可能的。
4.由gb487916a也已知如下结构形式，其中接通阀能够经由机械弹簧或能够气动调节的或液压调节的关闭压力保持关闭。一旦压缩室中的压力超过接通阀上的关闭压力，这些阀就自动打开。当接通阀打开时，接通室容积在压缩过程中被接通并且从所述时间点开始压力上升曲线逐渐平坦。通过调整关闭压力并且因此调整接通室的接通时间点，可以实现对所输送的气体量的简单无级控制。然而，这种结构形式也仅允许与压缩机转速相比的接通时间点的缓慢调整。由于在气动或液压的关闭压力施加的区域中的可压缩性效应以及在阀密封元件上的摩擦效应，阀的打开时间点以及因此所输送的气体量强烈地取决于这些效应。在这种结构形式中，对所输送的气体量的精确控制仅受限制地实现。

技术实现要素：

5.因此，本发明的任务是借助接通室来为活塞式压缩机提供一种改进的无级的容量调节，利用所述容量调节即使在较大的活塞式压缩机中也能够实现精确地并且更快速地调整输送量。
6.根据本发明，所述任务通过如下方式来实现，即所述接通阀构造为自动的环形阀，其根据接通室中的压力与压缩室中的压力之间的压力比自动打开和关闭溢流开口，其中，
当接通室中的压力大于压缩室中的压力时，接通阀自动打开，设置有提升抓具，其可以由可电操控的促动器来操纵，以便使接通阀与所述压力比无关地保持在打开的状态中，并且所述电磁促动器可以由接通阀控制单元来操控以用于所述操纵。由此能够在非常短的时间内、尤其是在一个压缩周期或者曲轴的一个回转内非常精确地对压缩机的负载变化作出反应，这至今由于所使用的座阀并且尤其是由于相对缓慢的气动的或者仅液压的操纵是不可能的。
7.优选地，所述溢流开口的流动横截面在接通阀的打开状态中为缸的孔的孔横截面积的至少5％、优选至少10％，特别优选至少15％。在此，缸的孔的孔直径优选为至少100mm、优选至少500mm、特别优选至少800mm。通过大的流动横截面可以减小节流损耗并且可以减小用于保持打开阀所需的力。在此，环形阀的优点特别是随着压缩机的结构尺寸、特别是孔直径而增大。
8.优选地，所述促动器具有至少5hz、优选至少10hz、特别优选至少20hz的切换频率。有利地，设置电磁促动器或电液式促动器作为促动器。由此可以实现阀的非常精确的关闭时间。电磁促动器和电液式促动器特别好地适合于此。
9.有利的是，所述吸入阀和/或压力阀也构造为自动的阀，优选构造为自动的环形阀，因为由此不需要用于操纵的促动器。在此，所述吸入阀和/或压力阀优选在压缩室中布置在缸的周侧面上，和/或所述接通阀布置在活塞式压缩机的缸的与活塞的活塞底部相对置的端侧上。这是有利的，因为在端侧存在大量用于接通阀的空间。此外，由此能够实现简单地装配并且补充装备接通阀。
10.优选地，所述接通阀具有多个同轴地布置的、至少部分地环形的溢流开口，其中，每个溢流开口配设有一个密封元件，并且所述提升抓具通过所述环形的溢流开口作用到密封元件上。由此能够增大流动横截面并且减小节流力。在此可以有利的是，多个环形的密封元件通过径向的接片连接成密封板，由此需要较少的单个部件，由此例如使装配变得容易。
11.此外可以有利的是，所述接通阀具有阀壳体，在该阀壳体中设置有接通室，其中，所述电磁促动器布置在阀壳体之外并且经由传递杆与提升抓具连接，该传递杆穿过阀壳体的壁伸入到接通室中。由此，所述促动器可以被保护免受接通室中的高温和高压的影响并且可以简单地连接到控制单元上。
12.所述接通阀控制单元优选构造用于，根据负载信号和/或根据活塞式压缩机的曲轴转角信号来控制接通阀。由此，接通室可以以有利的方式根据活塞式压缩机的运行状态被接通和切断。
13.所述任务还利用阀结构组合件通过如下方式来解决，即所述接通阀构造为自动的环形阀，所述接通阀根据接通室中的压力与环境压力之间的压力比自动打开和关闭溢流开口，其中，当接通室中的压力大于环境压力时，接通阀自动打开，并且设置有提升抓具，提升抓具可以由可电操控的促动器来操纵，以便使接通阀与所述压力比无关地保持在打开的状态中，并且所述促动器可以由接通阀控制单元来操控以用于所述操纵。
14.所述任务还利用一种方法通过如下方式来解决，即当接通阀中的压力大于压缩室中的压力时，接通阀在膨胀行程中的打开点中在打开吸入阀之前自动打开，其中，激活所述提升抓具，以便将接通阀与接通阀中的压力和压缩室中的压力无关地保持在打开的状态中，并且将所述提升抓具在关闭吸入阀之后在压缩行程中的特定的时间点停用，使得接通
阀在压缩行程中的固定的关闭点中由于压缩室中的压力相对于接通室中的压力更高而自动关闭，其中，所述提升抓具由促动器操纵并且所述促动器由接通阀控制单元操控。
附图说明
15.接下来参考附图1a至附图3d详细阐述本发明，这些附图示例性地、示意性地且不受限制地示出本发明的有利设计方案。在附图中：
16.图1a示出活塞式压缩机的缸，在该缸上布置有具有接通室的阀结构组合件，
17.图1b示出一个替代的设计方案的具有缸套和阀结构组合件的活塞式压缩机的缸，
18.图2示出具有容量调节的不同运行点的活塞式压缩机的p-v曲线图，
19.图3a至图3d分别示出具有容量调节的运行点的活塞式压缩机的p-v曲线图。
具体实施方式
20.在图1a和1b中分别示意性地示出活塞式压缩机1的压缩机壳体10在缸2的区域中的剖面。因为活塞式压缩机1的结构和工作原理充分已知，所以在这里不对此进行详细探讨，而是下面对对于本发明重要的部件及其工作原理进行阐述。即使这里作为示例仅示出一个缸2，但是当然清楚的是活塞式压缩机1也可以具有多个缸2。在缸2中以已知的方式布置有活塞3，该活塞可在缸2中往复运动。活塞3例如可以通过仅示意示出的活塞杆4驱动，该活塞杆在轴向方向上振荡。众所周知，活塞杆4本身可以由未示出的推杆通过曲轴驱动。
21.在此，侧向力由单独的接头(所谓的十字头)来吸收，该接头经由滑动轴承支承在缸2或曲轴箱中。由此，活塞杆4实施单纯的轴向运动。然而，当然也可以借助推杆直接驱动活塞。所述侧向力在此由活塞3接收并且支撑在缸2上。然而，驱动装置的类型对于本发明来说是次要的并且基本上取决于活塞式压缩机1的结构型式、结构尺寸和应用。十字头结构方式例如在双作用的活塞式压缩机中使用。图1b中的实施方式与图1a的区别在于在压缩机壳体10中使用单独的缸套2a(该缸套也作为缸衬套已知)，并且区别在于接通阀13的接下来说明的阀结构组合件vg的结构上的实施方式。在图1b中，因此缸套2a构成缸2并且活塞3在缸套2a之内运动。
22.以已知的方式，在缸2中在活塞3的活塞底部3a的上方构造有压缩室5，在该压缩室中压缩介质(例如空气或特定气体)通过活塞3的运动而被压缩。压缩介质可以经由一个或多个吸入阀6从一个或多个吸入管路7中被吸入并且经由一个或多个压力阀8被输送给一个或多个压力管路9。根据活塞式压缩机1的结构上的实施方式，一个或多个吸入阀6和/或一个或多个压力阀8例如可以如所示地布置在缸2的周边上。如果在活塞式压缩机1上设置有(未示出的)单独的缸盖，则也可以将吸入阀6和/或压力阀8布置在活塞式压缩机1的缸盖上。在此，压缩室5构造在活塞3的活塞底部3a与缸盖之间。
23.在图1中，通过相应的切换符号示出仅作为示意性的止回阀的吸入阀6和压力阀8。当然也可以使用可操控的阀，所述阀可以通过促动器(强制)操纵，例如可液压操纵的、可气动操控的或可电磁操纵的阀。具体的结构上的设计方案对于本发明来说不起重要作用并且对于本领域技术人员来说是重要的。有利地，吸入阀6和/或压力阀8可以构造为已知的自动的环形阀。构造为环形阀的吸入阀6在活塞3的膨胀行程期间根据吸入管路7中的压力与压缩室5中的相对于该压力较低的压力之间的压力比朝向压缩室5自动打开。必要时，在吸入
阀6上也可以设置有例如以弹簧元件形式的预紧装置，以便产生预紧力，吸入阀6通过该预紧力朝向关闭状态被预紧。由此可以影响打开特性或关闭特性。
24.以类似的方式，构造为环形阀的压力阀8在活塞3的压缩行程期间根据压力管路9中的压力与压缩室5中的相对于该压力较高的压力之间的压力比朝向压力管路9自动打开。必要时，在压力阀8上也可以设置有例如以弹簧元件形式的预紧装置，以便产生预紧力，压力阀8通过该预紧力朝向关闭状态被预紧。因此，根据活塞式压缩机1的具体的结构上的设计方案，对于活塞式压缩机1的每个转速都产生确定的恒定的输送量。因此，在大型压缩机(其大多以恒定的转速运行)的情况下，输送量基本上恒定。
25.但通常期望尽管转速恒定但仍改变输送量。如开头提到的，为此可以设置一个或多个具有恒定的或可变的接通室容积的接通室，所述接通室可以与压缩室5选择性地连接。由此，缸2中的损坏空间扩大，由此压缩室5中的压力上升或压力下降可以逐渐平坦，如接下来根据图2还更详细地来阐述的那样。在所示出的活塞式压缩机1中设置有唯一的具有不变的接通室容积的接通室11。接通室11经由至少一个溢流开口12与压缩室5连接。此外，还设置有用于打开和关闭溢流开口12的接通阀13和用于操控该接通阀的接通阀控制单元14。当然，这可以理解为仅示例性的并且不是限制的。原则上，例如也可以设置有多个平行的分别带有根据本发明的接通阀13的接通室11，或者也可以设置多个通过阀彼此串联地连接的具有共同的根据本发明的接通阀13至压缩室5的接通室11。也可设想，接通室11设置有根据本发明的接通阀13，其接通室容积例如可以借助活塞来改变。然而，所示的实例足以用于理解本发明。
26.作为接通阀控制单元14例如可以设置以合适的硬件和/或软件形式的单独的单元。接通阀控制单元14例如可以由活塞式压缩机1的上级的压缩机控制单元16来操控，但当然也可以集成到该压缩机控制单元中。压缩机控制单元16例如可以将关于活塞式压缩机1的当前负载状态的负载信号l传输给接通阀控制单元14。取决于此，接通阀控制单元14可以调节用于容量调节的特定的运行模式并且相应地根据负载信号l确定和改变接通阀13的关闭点sp和打开点op。
27.作为负载信号l例如可以使用提供量(＝被压缩的压缩介质的输送量)、活塞式压缩机的电驱动机的电流消耗(＝驱动机负载)或者经压缩的压缩介质的压力，其中，在多级压缩机中例如可以使用两个压缩级之间的中间压力。为了能够将接通阀13的关闭点sp和打开点op分配给压缩周期，压缩机控制单元16例如也可以将曲轴转角信号传输给接通阀控制单元14。例如，曲轴转角信号可以由活塞式压缩机1的曲轴转角传感器来检测。由此，可以以有利的方式实现闭合的调节回路，从而能够实现关闭点sp的精确控制。
28.根据本发明，接通阀13构造为自动的环形阀，该环形阀根据接通室11中的压力与压缩室5中的压力之间的压力比自动打开和关闭一个或多个溢流开口12，其中，当接通室中的压力大于压缩室5中的压力时，接通阀朝向压缩室5打开。附加地设置有提升抓具15，其可由合适的促动器17来操纵。提升抓具15设置用于在自动打开之后将接通阀13保持在打开状态中，如接下来借助图2更详细地阐述的那样。促动器17可以由接通阀控制单元14(或压缩机控制单元)来操控，以便操纵提升抓具15。合适的促动器17可以理解为具有足够短的操纵时间(或足够高的切换频率)的促动器，其可产生足够大的操纵力以保持打开接通阀13。优选地，设置电磁促动器或电液式促动器作为促动器17。电磁促动器的优点在于，其能够实现
相对较短的操纵时间或者较高的切换频率并且不需要液压液体。电液式促动器具有的优点是可以产生相对大的操纵力。根据要求，本领域技术人员可以设置合适的促动器17。在所示的实施方式中，促动器17示例性地构造为电磁促动器。
29.如在图1a和图1b中所示，例如单独的阀结构组合件vg可以设有必要时多件式的阀壳体18，接通室11布置在该阀壳体中。阀结构组合件vg可以在缸2的区域中布置在活塞式压缩机1的压缩机壳体10上。如果活塞式压缩机包括(未示出的)单独的缸盖，则阀结构组合件vg可以例如安装在活塞式压缩机的缸盖上的为此设置的开口中。但接下来参考没有缸盖的所示的变型方案。阀结构组合件vg可以利用合适的固定器件19、例如利用多个分布在周边上的螺钉固定在压缩机壳体10上，如在图1a和图1b中示意性地示出的那样。由此，例如可以在现有的活塞式压缩机1上容易地对容量调节进行补充装备，而不必实施全面的结构上的改变。阀壳体18优选具有带有阀壳体直径dv的圆柱形的阀壳体区段26。在阀结构组合件vg固定在活塞式压缩机1上的状态中，阀壳体区段26至少部分地布置在缸2之内。在图1b中，圆柱形的阀壳体区段26不直接布置在活塞3在其中运动的缸2中，而是布置在设置用于容纳缸套2a的圆柱形的容纳开口中。在根据图1a的示例中，阀壳体直径dv基本上对应于缸2的孔直径b。在根据图1b的示例中，阀壳体直径dv由于缸套2a而稍微大于孔直径b并且基本上对应于圆柱形的容纳开口的直径。
30.优选地，促动器17布置在阀壳体18之外并且经由传递杆20与提升抓具15连接，该传递杆穿过阀壳体18的壁伸入到接通室11中。这一方面出于热学原因是有利的，因为促动器17不经受接通室11中的温度和压力。另一方面，由此可以更简单地电连接到接通阀控制单元14上。此外，在相同的接通室容积的情况下，该接通室11可以构造得更小，因为促动器17的体积不会减小接通室11的接通室容积。以有利的方式，阀壳体18多件式地构造。在图1a和图1b所示的示例中，阀壳体18具有第一壳体部件18a以及第二壳体部件18b，在第一壳体部件上设置有圆柱形的阀壳体区段26并且在第一壳体部件上布置有接通阀13，第二壳体部件在此以壳体盖的形式构造。在此，接通室11由第一壳体部件18a和第二壳体部件18b构成或者由它们限定。通过多件式的实施方式，尤其是可以实现接通阀13的更简单的装配和维护。在此，促动器17布置在第二壳体部件18b或壳体盖之外并且传递杆20穿过壳体盖伸入到接通室11中。
31.根据本发明，通过使用具有提升抓具15和合适的、尤其是电磁促动器17的自动的环形阀，现在可以在非常短的时间内、尤其是在一个压缩周期或者曲轴的一个回转内非常精确地对压缩机1的负载变化作出反应。例如，接通阀13可以在压缩行程中在操纵提升抓具15之后的最大5
°
kw、优选最大3
°
kw的曲轴转角范围内关闭。在现有技术中，这样快速地控制接通阀至今由于所使用的阀几何结构并且尤其是由于相对缓慢的气动的操纵或仅液压的操纵而是不可能的。
32.尤其是通过使用环形阀，可以以特别有利的方式在较大的活塞式压缩机1中使用容量调节，所述活塞式压缩机具有至少100mm、优选至少500mm、特别优选至少800mm的缸2的孔直径b。孔直径b在图1b中通过缸套2a的内直径来构造。至今所使用的传统的座阀在此快速地达到其极限，因为溢流开口的溢流横截面在类似的阀行程中与朝向压缩室的阀面积相比与结构型式相关地相对小。由此，在使用传统的座阀时在大型活塞式压缩机中会在溢流开口的区域中出现相对强的节流，这会由于节流损耗导致经压缩的压缩介质的不期望的加
热。
33.更大的阀行程虽然会部分地减少所述缺点，但其为此会导致更长的关闭时间，这同样是不利的，因为由此可能不能足够快地对负载变化做出反应。另一方面，阀行程的增大通常是不可能的，因为压缩室中的轴向结构空间是有限的。此外，在座阀中由于阀面积相对大而需要相对大的力来在压缩行程中保持打开阀，该力可能不能由促动器施加或仅能不充分地由促动器施加。因此，环形阀相对于座阀具有与结构相关的大的优点，尤其是缸2的孔直径b越大。在此，环形阀优选这样确定尺寸，使得所述溢流开口12的流动横截面积在接通阀13的打开的状态下为缸2的孔的孔横截面积或具有壳体直径dv的圆柱形的阀壳体区段26的横截面积的至少5％、优选至少10％、特别优选至少15％。由此可以提供足够大的面积，从而压缩介质由于节流在溢流开口12的区域中不会被不允许地强加热。
34.此外有利的是，促动器17具有至少5hz、优选至少10hz、特别优选至少20hz的切换频率。由此，能够非常快速地操纵提升抓具15，从而能够实现接通阀13的小于5
°
kw、优选小于3
°
kw的关闭时间。在所示的示例中，吸入阀6和压力阀8在压缩室5中布置在缸2的周侧面上，接通阀13在压缩室5中布置在缸2的与活塞3的活塞底部2a相对置的端侧上。这种布置结构是有利的，因为由此可以为接通阀13提供相对大的面积。但原则上不同的布置结构当然也是可能的。在所示的示例中，在第一壳体部件18a的圆柱形壳体区段26的自由端部上至少在压力阀和吸入阀6、8的区域中设置斜面26a，所述第一壳体部件在已装配的状态下朝向压缩室5。为了简化制造，优选以围绕壳体区段26的整个周边延伸的倒棱的形式构造斜面26a。由此，在阀结构组合件vg安装在活塞式压缩机1上的状态下在吸入阀6和压力阀8的区域中形成具有基本上三角形横截面的环形间隙。由此，即使在活塞3的上死点中也实现压缩介质经由阀6、8的溢流。
35.为了实现尽可能大的可供使用的溢流横截面，接通阀13优选具有多个同轴地布置的、至少部分环形的溢流开口12，例如在图1b中所示的那样。在此，每个溢流开口12配设有一个对应的密封元件21，该密封元件在接通阀13的关闭状态下密封相应的溢流开口12。提升抓具15借助于提升抓具指15a通过至少部分环形的溢流开口12作用到密封元件21上。以已知的方式，当然也可以将多个环形的密封元件21通过径向的接片连接成一个共同的密封板，如在图1b中所示的那样。原则上，这种环形阀由现有技术、例如由ep2876303b1在抽吸阀中已知，因此在这里仅探讨基本结构。
36.如在图1a中示例性示出的，接通阀13可以具有阀座22，该阀座可以布置在阀壳体18中的为此设置的开口中并且可以借助合适的固定器件27、例如螺钉固定在阀壳体18上。阀座22在图1a所示的示例中由此构成阀壳体18的一部分，该部分在安装在活塞式压缩机1上的状态中朝向压缩室5。在阀座22与壳体18之间当然也可以布置有合适的(未示出的)密封件。在这里，在阀座22中设置有凹部，在该凹部中布置有阀座板23。阀座板23又可利用合适的固定器件28、例如螺钉固定在阀座22上。在阀座板23上布置有一个(图1a)或优选多个(图1b)优选同轴的环形的溢流开口12。在阀座板23与阀座22之间又可以设置合适的(未示出的)密封件。
37.接通阀13优选也具有所谓的阀开度限制器24，其例如在根据图1a的示例中可以以合适的方式固定在阀座板23的朝向阀壳体18的外侧的侧面上，该侧面在安装在活塞式压缩机1上的状态中朝向压缩室5。阀开度限制器24可以例如实施为基本上圆形的板。阀开度限
制器24例如可以通过中央的固定元件25、例如以螺纹杆形式的固定元件固定在阀座板23上。所述一个或多个密封元件21在轴向方向上可运动地布置在阀座板23与阀开度限制器之间。所述一个或多个密封元件21优选由具有足够高的强度和尽可能好的密封作用的材料制成，例如由合适的塑料制成。可选地，也可以设置有预紧装置，以便将所述一个或多个密封元件21朝向阀座板23预紧到关闭的位置中。作为预紧装置，例如可以在所述一个或多个密封元件21与阀开度限制器器24之间设置多个(未示出的)沿周向分布的弹簧元件，例如螺旋弹簧。
38.在接通阀13的关闭状态中，所述一个或多个密封元件21贴靠在阀座板23上并且封闭阀座板23的溢流开口12。当接通室11中的压力在活塞3的膨胀行程期间超过压缩室中的压力并且可能超过预紧装置的任何预紧力时，密封元件21朝向阀开度限制器24自动移位。在接通阀13的最大打开状态下，所述一个或多个密封元件21也可以贴靠在阀开度限制器24上。因此，阀行程可以由阀开度限制器24限制。在阀开度限制器24中还有利地设置有合适的开口24a，以便尽可能小地保持打开的接通阀13的节流作用。
39.在此，提升抓具15布置在接通室11之内并且提升抓具15的提升抓具指15a穿过溢流开口12伸出，以便作用到密封元件21上。提升抓具15借助传递杆20与促动器17连接。促动器17可以由接通阀控制单元14操控，以便操纵提升抓具15。在此，提升抓具15的工作行程可以固定地预先给定，但也可以是可调节的，例如借助设置在阀结构组合件vg中的适当的调节装置。所述调节装置例如可以构造成，使得传递杆20的长度是可变的，或者使得促动器17(包括传递杆20和提升抓具15)的共同位置是可调节的。
40.在图1b中，阀结构组合件vg在结构上构造得与图1a不同，其中，接下来仅开始详细说明主要的区别。基本功能保持不变。图1b中的接通阀13具有阀座板23，在该阀座板中设置有三个同轴的环形的溢流开口12。相应地，接通阀13具有三个与其配合作用的环形的密封元件21。密封元件21在这里相互连接并且构成一个共同的密封板。当然，也可以采用单独的、可彼此独立运动的环形的密封元件21。因此，提升抓具15具有用于每个溢流开口12的至少一个提升抓具指15a。与根据图1a的实施例不同，在图1b中的接通阀13不具有单独的阀座22，阀座22通过例如螺钉的固定器件27固定在阀壳体中。
41.而在图1b中，阀开度限制器24构造成，使得其构成阀壳体18的一部分，该部分在组装状态下朝向压缩室5。在所示的示例中，在阀开度限制器24的外周面上设置第一凸肩，并且在阀壳体18的朝向压缩室5的开口的内周面上设置与第一凸肩相对应的第二凸肩。在已装配的状态下，阀开度限制器24的第一凸肩抵靠在阀壳体18的第二凸肩。由此，阀开度限制器24在阀壳体18中定心并且从接通室11的一侧、即从内部封闭阀壳体18中的开口。在阀开度限制器24的朝向接通室11的一侧上设置有接触面，阀座板23抵靠在该接触面上。阀开度限制器24例如可以再次利用例如以螺纹杆的形式的中央的固定元件25与阀座板23连接。
42.与图1a不同，在根据图1b的示例中在阀壳体18上附加地设置有保持区段18c。保持区段18a布置在第二壳体部件18b的、在这里是壳体盖的朝向接通室11的一侧上。在阀结构组合件vg的已装配的状态下，保持区段18c伸入到接通室11中并且接触阀座板23。为此，在阀座板23的朝向接通室11的一侧上例如可以设置有保持凸肩，如在图1b中示出的那样，该保持凸肩同时可以用于定心。保持区段18c例如可以具有在周边上分布的并且在周向方向上彼此间隔开布置的保持指。但是，保持区段18c优选也可以以至少部分圆柱形的保持套筒
的形式构造，从而在周向方向上可以将尽可能均匀的保持力施加到阀座板23上。保持区段18c在已装配的状态下按压到阀座板23上并且由此将阀座板23包括阀开度限制器24沿接通阀13的操纵方向固定在阀壳体18中。当保持区段18c构造为封闭的保持套筒时，则该接通室11的接通容积设置在该保持套筒内。因此，套筒之外的空间不是接通容积的一部分并且因此不会有助于增大损坏空间。必要时，也可以在保持套筒的周边上设置合适的连接开口，以便增大接通容积。
43.在根据图1b的实施例中，由此以有利的方式不再需要保持器件、例如螺钉来将阀座板23和/或阀开度限制器24固定在阀壳体18上。保持力在此通过固定器件或尤其是螺钉19产生，借助所述固定器件或螺钉将整个阀壳体18(即下方的第一壳体部件18a和上方的第二壳体部件18b共同地)固定在压缩机壳体10上。在所示的示例中，保持区段18c构造为第二壳体部件18b或壳体盖的集成的部分。然而，这当然应当仅被理解为示例性的并且保持区段18c也可以例如以一个或多个单独的部件的形式来实施，这些部件例如可以以合适的方式固定在第二壳体部件18b上、在此为壳体盖上。在合适的实施方式中，可能也可以省去固定地紧固在第二壳体部件18b上。
44.接下来借助图2详细阐述阀结构组合件vg在用于活塞式压缩机1的容量调节的方法中的应用。图2以活塞式压缩机1的p-v曲线图示出，其中，在纵坐标上绘制出压缩室5中的压力p并且在横坐标上绘制出压缩室5中的容积v。压力p和容积v以已知的方式根据活塞3在下止点ut与上止点ot之间的活塞行程以及根据吸入阀和压力阀6、8的切换点而改变。点a-b-c-d-a之间的实线代表在接通室11被停用时或者在没有接通室的活塞式压缩机1中的工作周期。
45.在点a中，在压缩行程开始时活塞3处于下止点ut，其中，吸入阀6和压力阀8关闭。通过活塞3的运动，压缩室5中的压缩介质被压缩，直至达到压力阀的打开压力pd并且压力阀8在点b中打开。被压缩的压缩介质通过打开的压力阀8从压缩室5被排挤到压力管路9中。在点c中，活塞3到达上止点ot并且压力阀8关闭。现在活塞3的膨胀行程开始，其中，活塞3又沿相反的方向朝下死点ut运动。在此，压缩室5中的容积又被扩大并且压力p下降。
46.当达到吸入阀6的打开压力ps时，吸入阀6打开并且新鲜的压缩介质在基本上保持不变的压力下通过吸入阀6从吸入管路7被吸入，直至活塞3再次达到下止点ut并且工作周期结束。由点a-b-c-d-a之间的实线围成的面积f0对应于在接通室11停用或者没有接通室11的活塞式压缩机1时压缩机1的最大功，如在图3a中所示的那样。所述功基本上与输送量成比例，因此面积f通常可以被视为用于活塞式压缩机1的输送量或者容量的度量。为了减小输送量，现在可以有针对性地影响这个面积f，其方式为通过打开接通阀13使压缩室5与接通室11连接或者通过关闭接通阀13又使压缩室5与接通室11分开，如以下所阐述的那样。
47.所述输送量可以通过选择接通阀13的关闭点sp和打开点op基本上无级地在最大输送量(面积f0)与最小输送量(面积f3-图3d)之间进行调节。为了调节最小输送量，可以借助提升抓具15将接通阀13持久地保持在打开状态中。因此，压缩室5通过溢流开口12与接通室11持久地连接，从而由此损坏空间基本上持久地增大。在图2中的p-v曲线图中，这可以通过如下方式看出，即对于没有接通室11的运行，压缩线a-b3(点划线)比压缩线a-b(实线)明显更平缓地延伸。因此，打开压力pd在压缩行程中明显更晚地达到，从而压力阀8相应地更晚地在点b3中打开。这同样适用于点状的膨胀线c-d3，该膨胀线明显比用于无接通室11的
运行的实线的膨胀线c-d更平缓地延伸，由此稍后在膨胀行程中达到打开冲击ps并且相应稍后在点d3中打开吸入阀6。在图3d中示出最小输送量的运行。可以看出，由a-b3-c-d3-a之间的虚线包围的面积f3明显小于在图3a中示出的在a-b-c-d之间的对应于最大输送量的面积f0。
48.通过相应地控制接通阀13，压缩机1的输送量现在可以在最大输送量(面积f0-图3a)与最小输送量(面积f3-图3d)之间无级地调节，如示例性地借助在图3b中的p-v曲线图中的第一运行模式以及借助在图3c中的p-v曲线图中的第二运行模式所示的那样。在此，由虚线所包围的在图3b中的第一面积f1大于由虚线所包围的在图3c中的第二面积f2。第一运行模式的输送量与第一面积f1成比例并且因此大于第二运行模式的输送量，该输送量与第二面积f2成比例。接下来参考图2还要对接通阀13的控制进行详细阐述。
49.因为接通阀13根据本发明构造为自动的环形阀，所以所述一个或多个密封元件21在活塞3的膨胀行程期间单纯由于接通室11中的压力与压缩室5中的相对于该压力较低的压力之间的压力比而由阀座板23朝向压缩室5抬起，由此释放所述一个或多个溢流开口12。因此，不需要必须由促动器17通过提升抓具15施加的附加的打开力。在第一运行模式(图2+图3b)中，接通阀13例如在膨胀行程中的第一打开点op1在位于压力阀8的打开压力pd与吸入阀6的打开压力ps之间的压缩室5中的第一接通阀打开压力pop1中并且在第一接通阀打开容积vop1中打开。
50.在第二运行模式(图2+图3c)中，接通阀13例如在膨胀行程中的第二打开点op2在位于压力阀8的打开压力pd与吸入阀6的打开压力ps之间的压缩室5中的第二接通阀打开压力pop2中并且在第二接通阀打开容积vop2中打开。已知的是，在活塞式压缩机1中压缩室5中的容积v一般与曲轴的曲轴转角相关，即v如在图2中的横坐标上所示的那样。因此，接通阀13的打开点op可以配属于曲轴转角曲轴转角可以如已提到的那样例如由曲轴转角传感器检测并且以曲轴转角信号的形式传递给接通阀控制单元14。
51.如在图2和图3b中可见，虚线的膨胀曲线在第一运行模式中从第一打开点op1起由于缸2中的现在增大的损坏空间而比在没有接通室11或具有停用的接通室11的运行模式中的连续的膨胀曲线明显更平坦地延伸。由此，吸入阀6的打开的时间点转移到较晚的时间点d1。在自动打开接通阀13之后，提升抓具15由促动器17激活，以便跟随接通阀13或密封元件21的打开运动。所述运动例如可以在直至20
°
曲轴转角的时间间隔内进行并且不需要促动器消耗力或仅需要促动器17消耗相对较小的力。由此，阀结构组合件vg的机械负载和热负荷能够以有利的方式保持得小。
52.在吸入阀6已经在点a中再次关闭之后，接通阀13的所述一个或多个密封元件21通过提升抓具15的提升抓具指15a保持在打开的位置中，直到在接着的压缩行程中。为此，促动器17产生保持力，该保持力反作用于关闭力，该关闭力通过压缩室5中的压力与接通室11中的(相对于其更小的)压力之间的压力比以及由此导致的压缩介质到接通室11中的流动施加到所述一个或多个密封元件21上。通过根据本发明使用环形阀作为接通阀13，必须由促动器17施加的必要保持力可以保持相对低，因此阀结构组合件vg上的机械负载也可以保持低。
53.为了关闭接通阀13，提升抓具15被停用、即在相反的方向上运动远离密封元件21，
其方式为促动器17在确定的时间点由接通阀控制单元14操控。由此实现保持力的减小或去除，从而接通阀13在第一运行模式中在第一关闭点sp1中通过作用到所述一个/多个密封元件21上的流动力自动关闭。优选地，接通阀13在此这样构造，使得由于在闭合过程中作用的流动力出现所述一个/多个密封元件21的变形、尤其是弯曲。这暂时导致另一个流动横截面收缩，所述流动横截面收缩在关闭过程中产生提高的压力下降。由此可以产生足够高的复位力，从而所述关闭过程在提升抓具15停用之后在最大5
°
、优选最大3
°
曲轴转角的曲轴转角范围内实现。
54.在接通阀13在第一关闭点sp1中在压缩室5中的第一接通阀关闭压力psp1和压缩室5中的第一接通阀关闭容积vsp1关闭之后，在该时刻在接通室11中存在的压力被封闭，所述压力基本上对应于第一接通阀关闭压力psp1。因此，通过选择第一关闭点sp1，也可以在接着的膨胀行程中确定接通阀13的第一打开点op1。接通阀关闭压力psp1和接通阀打开压力pop1(在忽略压力损耗的情况下)基本上处于相同的压力水平psp1～pop1，如在图2中所示的那样。通过第一接通阀关闭容积vsp1与曲轴转角的配属关系，接通阀13的第一关闭点sp1可以根据曲轴转角来确定。因此，接通阀控制单元14可以根据曲轴转角这样控制促动器17，使得接通阀13在确定的第一关闭点sp1中被关闭。
55.在图3c中示出具有比图3b中的第一运行模式更小的输送量(与面积f2成比例)的第二运行模式。可看出，接通阀13的第二关闭点sp2在压缩行程中比第一关闭点sp1更晚。因此，第二运行模式的点划线的压缩线直至第二关闭点sp2更平缓地延伸并且此后由于更小的损坏空间才又上升。因此，通过较晚的第二关闭点sp2又在接着的膨胀行程中确定第二打开点op2，这是因为接通阀关闭压力psp2和接通阀打开压力pop2基本上处于相同的压力水平psp2～pop2。如在图2中可见，由于在接通室11中与第一运行模式相比封闭的压力更高，该接通室比第一打开点op1更早地处于膨胀行程(vop2)＜vop1中。因此，点划线的膨胀曲线从第二打开点op2起就已经逐渐平坦，从而在相对于点d和相对于点d1更晚的时间点d2达到吸入阀6的打开压力ps。
56.如已经提到的有利的是，接通阀控制单元14例如从压缩机控制单元16(图1)获得活塞式压缩机1的负载信号l。由此，接通阀控制单元14可以根据活塞式压缩机1的负载调节接通阀13的期望的运行模式。通过根据本发明的具有提升抓具15和合适的促动器17的接通阀13的设计方案还使得接通阀13的运行模式能够在非常短的时间内根据压缩机1的负载而改变。例如，关闭点sp可以在压缩周期’内(所述压缩周期在活塞式压缩机中对应于曲轴的一个回转)改变，例如从第一关闭点sp1改变到第二关闭点sp2，如在图2中所示的那样。

技术特征：

1.一种活塞式压缩机(1)，该活塞式压缩机具有活塞(3)，该活塞能在缸(2)中来回运动，以便在缸(2)中形成压缩室(5)，其中，在所述压缩室(5)上设置至少一个吸入阀(6)和至少一个压力阀(8)，其中，至少一个接通室(11)设置有接通室容积，所述接通室容积通过至少一个溢流开口(12)与压缩室(5)连接，其中，设置有用于打开和关闭所述溢流开口(12)的接通阀(13)和用于控制所述接通阀(13)的接通阀控制单元(14)，其特征在于，所述接通阀(13)构造为自动的环形阀，所述接通阀根据接通室(11)中的压力与压缩室(5)中的压力之间的压力比自动打开和关闭溢流开口(12)，其中，当接通室(11)中的压力大于压缩室(5)中的压力时，接通阀(13)自动打开，设置有提升抓具(15)，所述提升抓具能由可电操控的促动器(17)来操纵，以便使接通阀(13)与所述压力比无关地保持在打开的状态中，并且所述促动器(17)能由所述接通阀控制单元(14)操控以用于所述操纵。2.根据权利要求1所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，所述溢流开口(12)的流动横截面在接通阀(13)的打开状态中为缸(2)的孔横截面积的至少5％、优选至少10％，特别优选至少15％。3.根据权利要求1或2所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，所述缸(2)的孔的孔直径(b)为至少100mm、优选至少500mm、特别优选至少800mm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，所述促动器(17)具有至少5hz、优选至少10hz、特别优选至少20hz的切换频率。5.根据权利要求1至4中任一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，电磁促动器或电液式促动器设置为促动器(17)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，所述吸入阀(6)和/或压力阀(8)构造为自动的阀，优选构造为自动的环形阀。7.根据权利要求1至6中任一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，所述吸入阀(6)和/或压力阀(8)在压缩室(5)中布置在缸(2)的周侧面上，和/或所述接通阀(13)布置在缸(2)的与活塞(3)的活塞底部(3a)相对置的端侧上。8.根据权利要求1至7中任一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，所述接通阀(13)具有多个同轴地布置的、至少部分地环形的溢流开口(12)，其中，每个溢流开口(12)配设有一个密封元件(21)，并且所述提升抓具(15)通过所述环形的溢流开口(12)作用到密封元件(21)上。9.根据权利要求8所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，多个环形的密封元件(21)通过径向的接片连接成密封板。10.根据权利要求1至9中任一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，所述接通阀(13)具有阀壳体(18)，在所述阀壳体中设置有接通室(11)，其中，所述电磁促动器(17)布置在阀壳体(18)之外并且经由传递杆(20)与提升抓具(15)连接，所述传递杆穿过阀壳体(18)的壁伸入到接通室(11)中。11.根据权利要求1至10中任一项所述的活塞式压缩机(1)，其特征在于，所述接通阀控制单元(14)构造用于，根据负载信号(l)和/或根据活塞式压缩机(1)的曲轴转角信号(φ)来控制接通阀(13)。12.一种用于活塞式压缩机(1)的阀结构组合件(vg)，该阀结构组合件具有阀壳体(18)和至少一个接通阀(13)，在所述阀壳体中布置有具有接通室容积的接通室(11)，所述接通
室经由至少一个溢流开口(12)与环境连接，所述接通阀用于打开和关闭所述溢流开口(12)，所述接通阀能由接通阀控制单元(14)操控，其特征在于，所述接通阀(13)构造为自动的环形阀，所述接通阀根据接通室(11)中的压力与环境压力之间的压力比自动打开和关闭溢流开口(12)，其中，当接通室(11)中的压力大于环境压力时，接通阀(13)自动打开，并且设置有提升抓具(15)，所述提升抓具能由可电操控的促动器(17)来操纵，以便使接通阀(13)与所述压力比无关地保持在打开的状态中，其中，所述促动器(17)能由接通阀控制单元(14)来操控以用于所述操纵。13.根据权利要求12所述的阀结构组合件(vg)，其特征在于，所述阀壳体(18)具有带有阀壳体直径(dv)的圆柱形的阀壳体区段(16)，以用于布置在所述活塞式压缩机(1)的缸(2)中，其中，所述溢流开口(12)的流动横截面积在接通阀(13)的打开状态中为所述圆柱形的阀壳体区段(16)的壳体横截面积的至少5％、优选至少10％、特别优选至少15％。14.根据权利要求12或13所述的阀结构组合件(vg)，其特征在于，所述促动器(17)具有至少5hz、优选至少10hz、特别优选至少20hz的切换频率，其中，优选电磁促动器或电液式促动器设置作为促动器(17)。15.根据权利要求12至14中任一项所述的阀结构组合件(vg)，其特征在于，所述接通阀(13)具有多个同轴地布置的、至少部分地环形的溢流开口(12)，其中，每个溢流开口(12)配设有一个密封元件(21)，并且所述提升抓具(15)通过所述环形的溢流开口(12)作用到所述密封元件(21)上。16.根据权利要求15所述的阀结构组合件(vg)，其特征在于，多个环形的密封元件(21)通过径向的接片连接成密封板。17.根据权利要求12至16中任一项所述的阀结构组合件(vg)，其特征在于，所述促动器(17)布置在阀壳体(18)之外并且经由传递杆(20)与提升抓具(15)连接，所述传递杆穿过阀壳体(18)的壁伸入到接通室(11)中。18.一种用于运行根据权利要求1至11中任一项所述的活塞式压缩机(1)的方法，其中，在活塞(3)的膨胀行程期间经由所述至少一个吸入阀(6)将压缩介质吸入到压缩室(5)中并且在活塞(3)接着的压缩行程期间经由所述至少一个压力阀(8)将压缩介质从压缩室(5)中导出，其特征在于，当接通室(11)中的压力大于压缩室(5)中的压力(pop1、pop2)时，接通阀(13)在膨胀行程中的打开点(op1、op2)中在打开吸入阀(6)之前自动打开，其中，激活所述提升抓具(15)，以便与接通阀(11)中的压力和压缩室(5)中的压力无关地将接通阀(13)保持在打开状态中，并且在关闭吸入阀(6)之后在压缩行程中的特定的时间点将所述提升抓具(15)停用，使得接通阀(13)在压缩行程中的固定的关闭点(sp1、sp2)中由于压缩室(5)中的压力(psp1、psp2)相对于接通室(11)中的压力更高而自动关闭，其中，所述提升抓具(15)由促动器(17)操纵并且所述促动器(17)由接通阀控制单元(14)操控。19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述接通阀(13)的关闭点(sp1、sp2)根据活塞式压缩机(1)的曲轴转角(φ)来确定，其中，优选在所述提升抓具(15)停用之后的最大5
°
kw、优选最大3
°
kw的曲轴转角范围内将所述接通阀(13)关闭，和/或所述接通阀(13)的关闭点(sp1、sp2)根据活塞式压缩机(1)的负载信号(l)改变，优选在一个压缩周期内改变。20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述接通阀(13)在膨胀行程中的打开点(op1、op2)通过接通阀(13)在前面的压缩行程中的关闭点(sp1、sp2)来确定。

技术总结

本发明涉及一种活塞式压缩机(1)，该活塞式压缩机具有经由溢流开口(12)与压缩室(5)连接的接通室(11)、用于打开和关闭所述溢流开口(12)的接通阀(13)以及用于控制所述接通阀(13)的接通阀控制单元(14)，该活塞式压缩机在大的行程容积时也能够实现精确且快速的容量调节，根据本发明规定，所述接通阀(13)构造为自动的环形阀，其根据接通室(11)中的压力与压缩室(5)中的压力之间的压力比自动打开和关闭溢流开口(12)，其中，当接通室(11)中的压力大于压缩室(5)中的压力时，接通阀(13)自动打开，设置有提升抓具(15)，其可以由可电操控的促动器(17)来操纵，以便使接通阀(13)与所述压力比无关地保持在打开状态中，并且所述促动器(17)可以由接通阀控制单元(14)来操控以用于所述操纵。操纵。操纵。