(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（６）と、
通路開口（４ａ）を有するとともに、移動可能に支持されたバルブプレート（４）と、
前記ハウジング（６）に対して固定して配置され、かつ通路開口（２ａ）を有するカウンタープレート（２）と、
駆動バネ（７）を介して前記バルブプレート（４）に連結された駆動装置（８）であって、前記バルブプレート（４）を移動させるエネルギーを前記駆動バネ（７）に蓄積させる前記駆動装置（８）と、
前記バルブプレート（４）を固定して保持するように制御可能な保持装置（１０）とを備える能動制御バルブ（１）であって、
前記バルブプレート（４）は前記カウンタープレート（２）に対して移動可能に支持され、それによって前記通路開口（２ａ，４ａ）は開閉される通路（２４）を形成するバルブ。
【請求項２】
前記バルブプレート（４）は、前記カウンタープレート（２）に対して垂直に延びる縦軸線（Ａ）の周りに回転可能に支持されることを特徴とする、請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記バルブプレート（４）は前記カウンタープレート（２）の延びる方向に沿って移動可能に支持されることを特徴とする、請求項１に記載のバルブ。
【請求項４】
前記駆動バネ（７）は、前記縦軸線（Ａ）と同心に延びる捩じりバネとして設計されることを特徴とする、請求項２に記載のバルブ。
【請求項５】
前記バルブプレート（４）は追加の保持用バネ（５）を介して前記ハウジング（６）に連結することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項６】
前記保持用バネ（５）は前記縦軸線（Ａ）と同心に延びることを特徴とする、請求項５に記載のバルブ。
【請求項７】
前記保持用バネ（５）は、中空棒状の捩じりバネとして設計されることを特徴とする請求項６に記載のバルブ。
【請求項８】
前記駆動装置（８）は前記駆動バネ（７）と作動連結されるアーマチャ（８ｅ）を備え、前記駆動装置（８）は、前記アーマチャ（８ｅ）を引付けるように前記アーマチャ（８ｅ）に対して配置された磁石（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ）を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項９】
前記アーマチャ（８ｅ）は前記駆動バネ（７）に固定して連結され、かつ前記縦軸線（Ａ）の周りに回転可能に支持されることを特徴とする、請求項８に記載のバルブ。
【請求項１０】
前記駆動装置（８）は前記ハウジング（６）に固定して連結された電気モータとして設計されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１１】
前記電気モータのロータは前記縦軸線（Ａ）と同心に延びるように配置され、かつ前記駆動バネ（７）に固定して連結されることを特徴とする、請求項１０に記載のバルブ。
【請求項１２】
前記保持装置（１０）は圧電駆動器を備えることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１３】
前記バルブプレート（４）又は前記駆動バネ（７）に保持部（９）が連結され、前記保持装置（１０）は前記保持部（９）に係合することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１４】
前記保持装置（１０）は前記ハウジング（６）において浮遊した状態で配置されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１５】
前記駆動装置（８）は制御可能な保持装置（１０）としても設計されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１６】
前記バルブプレート（４）は通路開口（４ｄ）を有するシールプレート（４ｂ）を備え、前記シールプレート（４ｂ）はバネ要素（４ｃ）を介して前記バルブプレート（４）に連結することを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１７】
前記駆動装置（８）によって生成可能な最大トルクは、前記保持用バネ（５）に付与される最大トルクよりも小さいことを特徴とする、請求項５から１６のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１８】
制御装置（１３）と、前記バルブプレート（４）の位置を測定する位置センサ（１１）とを備え、かつ前記駆動装置（８）によって付与されるエネルギーが保持用バネ（５）に蓄積されるように前記駆動装置（８）を制御する前記制御装置（１３）の制御プログラムを備える、請求項１から１７のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１９】
移動可能に支持されたバルブプレート（４）と、固定して配置されたカウンタープレート（２）と、駆動バネ（７）を介して前記バルブプレート（４）に連結された駆動装置（８）と、制御可能な保持装置（１０）とを備えた能動制御バルブ（１）の作動方法であって、前記バルブプレート（４）は前記保持装置（１０）によって所定位置に固定して保持される工程と、前記バルブプレートは前記保持装置（１０）によって解放され、前記バルブプレート（４）は前記駆動バネ（７）に蓄積されたエネルギーによって移動させられる工程と、前記駆動バネ（７）は前記駆動装置（８）によって張力を付与される工程と、前記バルブプレート（４）は静止時に前記保持装置（１０）によって再度保持される工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
保持用バネ（５）が前記カウンタープレート（２）と前記バルブプレート（４）との間に作動連結され、前記バルブプレート（４）は段階的に移動し、かつ再度保持され、前記駆動装置によって付与されるエネルギーを上回るバネエネルギーが前記保持用バネ（５）に蓄積されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１から１８のいずれか一項に記載のバルブを備えたコンプレッサ。
【請求項２２】
請求項１から１８のいずれか一項に記載のバルブを備えたピストン式コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は能動制御バルブに関し、また、能動制御バルブの作動方法に関する。また、本発明は、能動制御バルブを備えたコンプレッサ、およびピストン式コンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
１００年以上用いられてきた従来の圧縮バルブにおいて、閉鎖体におけるバネの力と圧縮力との力の均衡は、この閉鎖体が流れの方向に沿ってバルブシートから離間するように移動するという結果をもたらす。閉鎖体は通常プレートであるが、ノブでもよい。流体が閉鎖体の周りを流動しなければならず、かつこの点において二度の方向の変化を受けるという事実は、この種の構成の欠点である。これにより、バルブにおいてより大きな圧力損失が生じるという結果を招き、さらに流体が速く流れる狭い流れ断面が形成されるという影響を有する。
【０００３】
特許文献１はプレート型の構成の従来のバルブを開示している。プレートの移動は磁気コイルからの付加的な力によって影響を受け、プレートは開放位置から閉鎖位置へ遅れた状態で移動させられる。しかし、上述の欠点は依然として残っている。
【０００４】
特許文献２はピストン式コンプレッサ用の能動制御バルブを開示している。バルブは、カウンタープレートに対して回転可能に支持されたバルブプレートを備え、回転によって通路開口を開放したり閉鎖したりする。これに際して、バルブプレートは外部駆動によって直接移動させられる。遅く、かつ不正確な駆動しかできないという事実は、これらの周知概念の欠点である。上述の特許を僅かに修正した形態について記載した特許文献３及び特許文献４によるバルブも同一の欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６１４９４００号明細書
【特許文献２】欧州特許第０９７１１６０号明細書
【特許文献３】国際公開第０１／６５１５７号パンフレット
【特許文献４】国際公開第０１／５９２６６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、より有利な作動特性を有する能動制御バルブを形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は本発明の能動制御バルブによって実現される。目的は本発明の能動制御バルブの作動方法によってさらに達成される。
【０００８】
この目的は具体的にはハウジングを備えた能動制御バルブによって実現される。能動制御バルブは、通路開口を有し、かつ移動可能に支持されたバルブプレートと、ハウジングに対して固定して配置され、かつ通路開口を有するカウンタープレートと、駆動バネを介してバルブプレートに連結された駆動装置であって、バルブプレートを移動させるエネルギーを駆動バネに蓄積させる駆動装置と、バルブプレートを固定して保持するように制御可能な保持装置とを備える。バルブプレートはカウンタープレートに対して移動可能に支持され、それによって通路開口は開放され、あるいは閉鎖される通路を形成する。
【０００９】
特に有利な実施形態において、バルブプレートは縦軸線の周りに旋回可能または回転可能に支持される。このようなバルブは回転バルブとも呼ばれる。駆動バネは、望ましくは、縦軸線に同心に延び、かつ駆動装置をバルブプレートに連結する捩じりバネとして設計される。
【００１０】
さらなる実施形態において、バルブプレートは移動可能に支持され、特にバルブプレートの延びる方向に沿って移動可能に支持される。
目的は具体的には、移動可能に支持されたバルブプレートと、固定して配置されたカウンタープレートと、駆動バネ及び制御可能な保持装置を介してバルブプレートに連結された駆動装置とを備えた能動制御バルブの作動のための方法によってさらに実現される。バルブプレートは保持装置によって所定の位置に固定して保持され、その後、駆動バネは駆動装置によって張力を付与され、次にバルブプレートが保持装置から解放され、バルブプレートは駆動バネに蓄積されたエネルギーによって移動させられ、その後、バルブプレートは静止状態又はほぼ静止状態において保持装置によって再度保持される。保持装置は有利に非常に速く駆動でき、例えば、保持装置は保持装置を駆動する圧電駆動器を備える。このようなバルブは、１ミリ秒未満に至るほどの非常に短い時間で開放したり、閉鎖したりすることができる。
【００１１】
本発明によるバルブ又は方法は、有利な実施形態において、バルブプレートを移動するのに必要な駆動エネルギーが少なくとも十分な量だけ、あるいは完全に駆動バネに蓄積され、かつ制御可能な保持装置が設けられ、保持装置は望ましくは非常に速く駆動されし、バルブプレートの位置を固定又は解放するという利点を有する。駆動バネに張力が付与されると、駆動装置の機械的慣性力はもはやバルブの切換え時間に影響しない。切換え時間は本質的に駆動バネに蓄積されたエネルギーと、移動する構成部品、特にバルブプレートの慣性力と、保持装置の速度とによって決まる。従って、この方法で設計した本発明によるバルブは、開放位置及び閉鎖位置の間の非常に短い切換え時間を有する。
【００１２】
バルブの作動の間、それぞれバルブプレートを移動させるために十分なエネルギーが駆動バネに蓄積されることを保証することが駆動装置の目的である。このために、有利な実施形態において、バルブは静止状態において保持装置によって保持され、駆動装置はこの状態において付加的に駆動バネに張力を付与するように駆動し、保持装置の次の解放時にバルブプレートを移動するのに十分なエネルギーが駆動バネに再度蓄積される。
【００１３】
本発明によるバルブは、望ましくは、保持装置の駆動時に、つまり保持装置の解放、又は固定した保持の際に、バルブプレートが静止状態、又はほぼ静止状態にある。
従って、保持装置は静止状態、又はほぼ静止状態において可動部に係合し、保持装置が受ける磨耗の影響が非常に小さいという利点を有する。故に、本発明によるバルブは長い期間保守不要の状態で作動可能であり、非常に長い寿命を有する。
【００１４】
特に有利な実施形態において、バルブプレートは駆動バネと同心に延びる保持用バネを介してハウジングに連結されている。特に有利な実施形態において、バネエネルギーは保持用バネに十分に蓄積され、すなわち貯えられる。バルブプレートが保持装置によって固定して保持され、その後、駆動バネが駆動装置によって一方向に張力を付与され、保持装置がバルブを解放するとすぐに、バルブプレートが移動して、反対の位置に到達すると、保持装置によって再度固定して保持されるように、保持用バネによるバネエネルギーの蓄積が行われることが望ましい。この工程はその後、他の方向に繰返され、バルブプレート毎回、少しずつ遠くへ移動する。偏移が所定値を越えるとすぐに、保持装置はバルブプレートの位置を固定し、バルブプレートは保持用バネに張力が付与された状態で所定位置に保持される。このワインドアップ工程、即ち保持用バネの張力付与過程は１秒未満の時間で実行されることが望ましい。このワインドアップ工程の利点は、駆動装置によって供給されるエネルギーが保持用バネに蓄積され、比較的大きなバネエネルギーが保持用バネに蓄積できる点にある。さらに、駆動装置はバルブプレートの移動に必要な全トルクを付与可能である必要がなく、ひいては小型で、軽量、かつ費用効率良く設計される。
【００１５】
本発明による能動制御バルブは圧力バルブ又は吸気バルブとして設計でき、特にピストン式コンプレッサに適している。本発明によるバルブでは、通路開口はバルブプレートの表面の３０％までの比較的大きな断面面積を開放することができ、この断面面積は２ミリ秒未満に至るほどの非常に短い時間で開放可能であり、バルブは如何なる流れの変形も必要としない。
【００１６】
さらに有利な実施形態において、駆動装置は移動可能なアーマチャを備え、アーマチャは複数の電磁石によって制御可能な状態で引付けられ、アーマチャは磁石の駆動によって移動させられる。有利な実施形態において、この駆動装置はさらに保持装置としても設計され、電磁石は所定時間に渡って駆動状態を保持し、アーマチャは所定位置において保持されることができる。電磁石の駆動を終えた後、アーマチャは再び移動可能となり、駆動装置及び保持装置の保持機能は無効化される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるバルブは以下の利点を有する。バルブの通路開口が大きな流れの断面積を有し、この断面積は従来のバルブのほぼ二倍の大きさであるため流れの損失が少ない。時間が１から２ミリ秒ほどの正確さで決定可能であるため、時間的に非常に正確なバルブの開閉により、効率が向上する。バルブはほとんど磨耗部を持たないか、非常に小さな磨耗にさらされるだけであるため、バルブはより長い寿命期間を有し、より少ない保守作業で、より長い使用寿命を有する。本発明によるバルブは従来のバルブと置き換えて使うことができ、バルブは全く修正する必要なく、もしくは重要でない修正だけでコンプレッサに用いることできるように設計可能である。本発明によるバルブとコンプレッサとは僅かな間隙のみを有する。バルブは各周期の間、開閉する必要はなく、少なくとも一周期の間、常に開放されたり、常に閉鎖されたりすることもできるため、本発明によるバルブはコンプレッサの容量を調節することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】開放状態における圧力バルブを概略的に示す縦断面図。
【図２】二つの保持装置の斜視図。
【図３】視線方向Ｃから見た保持装置の一部の断面図。
【図４ａ】シールプレートを備えたバルブプレートの分解図。
【図４ｂ】組立てられた状態におけるシールプレートを備えた図４ａに示すバルブプレートの側面図。
【図５】シールプレートを備えないバルブプレートを有する圧力バルブを概略的に示す縦断面図。
【図６】能動制御バルブのさらなる実施形態の縦断面図。
【図７】保持用バネの張力付与過程中の時間に対するバルブプレートの回転角度の図。
【図８】図７の過程中の時間に対する保持用バネ及び駆動バネに蓄積されたエネルギーの図。
【図９】異なる時間におけるバルブプレートの位置と保持用バネ及び駆動バネに蓄積されたエネルギーとを示す図。
【図１０】開放状態における吸気バルブを概略的に示す断面図。
【図１１】直線的に移動可能なバルブプレートを備えた能動制御バルブの平面略図。
【図１２】バルブプレートと共に湾曲して延びるベースプレートの縦断面図。
【図１３】バルブプレートと共にＶ字状に延びるベースプレートの縦断面図。
【図１４】バルブのさらなる実施形態の縦断面図。
【図１５】図１４の線Ｂ−Ｂに沿ったバルブの平面図。
【図１６】第一位置においてアーマチャが引付けられた状態の図１５に示す平面図。
【図１７】第二位置においてアーマチャが引付けられた状態の図１５に示す平面図。
【図１８】アーマチャが離間している状態のポットマグネットの概略的断面図。
【図１９】アーマチャが引付けられている状態のポットマグネットの概略的断面図。
【図２０】バルブのさらなる実施形態の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明について実施形態を参照して説明する。
図１は能動制御バルブ１を縦断面図で示している。バルブ１はランタンとも呼ばれるハウジング６を備え、ハウジング６の底部には典型的なバルブではバルブシートと呼ばれているカウンタープレート２が配置され、カウンタープレート２は通路開口２ａを備え、ハウジング６の上部には駆動装置８が固定して連結されている。通路開口４ａを有するディスク状のバルブプレート４が、ハウジング６内にバルブプレート４に対して垂直に延びる縦軸線Ａの周りに回転可能に配置されている。閉鎖体とも呼ばれるバルブプレート４はさらにラジアル軸受６ａに回転可能に支持されている。バルブプレート４及びカウンタープレート２の両方は複数の通路開口２ａ，４ａを備え、図に示すように、それらの通路開口２ａ，４ａは周方向に沿って縦軸線Ａから離間しており、開放された通路２４を形成するように相対的に配置され、それによって流体が通って流れ、また、バルブプレート４が回転することによって閉鎖された通路３４を形成し、かつ流体の流れを抑制する。捩じりバネとして設計された駆動バネ７が縦軸線Ａと同心に延び、かつ駆動装置８に固定して結合され、かつ連結部９ａを介してバルブプレート４に固定して結合され、あるいはバルブプレート４に固定して連結されている。中空円筒形状であり、かつ同様に捩じりバネとして設計された追加の保持用バネ５が同様に縦軸線Ａと同心に延び、ハウジング６に固定して連結され、かつ連結部９ａを介してバルブプレート４に固定して連結されている。さらに、ディスクとして設計された保持部９が縦軸線Ａと同心に配置され、かつ連結部９ａを介してバルブプレート４に回転可能に固定して連結されている。保持装置１０がハウジング６内に配置され、かつアクチュエータ１０ｃ及び保持部１０ａを備えている。アクチュエータ１０ｃが駆動されると、保持用ディスク９がアクチュエータ１０ｃ及び保持部１０ａの間に挟持されることによって、保持用ディスク９は移動を阻止され、ひいてはバルブプレート４がそれに対応する位置に保持される。アクチュエータ１０ｃは圧電変換器、即ち圧電アクチュエータとして設計されることが望ましい。このようなアクチュエータ＜it＞は非常に高速な駆動、即ち非常に高速な保持及び解放がミリ秒単位で可能であり、かつ比較的大きな保持力、即ち挟持力を発生可能であり、それによって保持用ディスク９、ひいてはバルブプレート４の固定保持を保証できるという利点を有する。挟持具として設計された保持装置１０は様々な可能性をもって設計することができ、例えば電磁アクチュエータ１０ｃ、あるいは空気圧又は油圧アクチュエータ１０ｃで設計することが可能である。駆動装置８は、本実施形態において、電気モータとして設計される。例えば油圧駆動システム又は空気圧駆動システム等の複数の他の駆動システムも駆動装置８として用いることができる。
【００２０】
図２は互いに近接して配置された二つの保持装置１０の実施形態を斜視図で概略的に示している。各保持装置１０はＵ字形連結手段１０ｄを備え、Ｕ字形連結手段１０ｄは一方において圧電変換器１０ｃに連結され、かつ他方において保持用ジョー１０ｂに連結されている。さらに、保持部１０ａがウェブ１０ｅに固定して連結され、ウェブ１０ｅはハウジング６に固定して連結されている。保持用ディスク９は回転軸線Ａの周りに回転可能に支持され、保持用ディスク９はウェブ１０ｅ及び保持用ジョー１０ｂの間に延び、保持用ディスク９は変換器１０ｃの作動によって挟持されたり、解放されたりする。特にバルブの個々の構成要素が、例えば温度の変動等によって、別々に拡大する場合、保持装置１０は、保持用ディスク９の固定保持を可能とするように、保持用ディスク９に対して浮遊して配置されているか、軸線Ａの延びる方向に沿って移動可能に配置されていることが望ましい。
【００２１】
図３は保持装置１０の細部を側面図で示す。ウェブ１０ｅはハウジング６に固定して連結されている。保持部１０ａはウェブ１０ｅに固定して連結されている。保持用ジョー１０ｂ及びウェブ１０ｅの間に保持用ディスク９が配置されている。圧電変換器１０ｃの作動は変換器１０ｃ及び保持用ジョー１０ｂの閉鎖又は開放をもたらす。
【００２２】
図４ａはバルブプレート４のさらなる実施形態を分解図で示している。バルブプレート４は回転軸線Ａへ向かって放射状に延びる複数のスリット状通路開口４ａを有している。バルブプレート４は三つのバネ要素４ｃをさらに備え、バネ要素４ｃはバルブプレート４の周方向に分布して配置され、かつシールプレート４ｂを保持している。シールプレート４ｂは同様に通路開口４ｄを有し、通路開口４ｄは完全に同じように、かつ通路開口４ａと同一平面上に設計されて、配置されていることが望ましい。
【００２３】
図４ｂは図４ａで示したバルブプレートを組立た状態において側面図で示している。ここでは、バルブプレート４は負荷を受け、かつその変形を誇張した状態で示されている。シールプレート４ｂは底部に突出したガイドピン４ｅを備え、ガイドピン４ｅは図１に示すラジアル軸受６ａに支持されている。シールプレート４ｂはバルブプレート４に対してバネ要素４ｃを介して回転軸線Ａの方向に沿って弾性的に支持されている。この実施形態は、バルブ１が閉鎖され、かつ加圧された状態で、シールプレート４ｂがカウンタープレート２に向かって強く押圧されて、緊密に接触し、カウンタープレート２の通路開口２ａが非常に緊密に閉鎖されるという利点を有している。
【００２４】
図５は、バルブ１のさらなる実施形態を示し、このバルブ１は、図１に示すバルブとは対照的に、保持用バネ５を備えていない。さらに、図５に概略的に示すように、バルブプレート４はシールプレート４ｂ及びバネ要素４ｃを設けずに設計し、それによって、バルブプレート４がカウンタープレート２に直接接触し、通路開口４ａ及び通路開口２ａの相対位置によって通路２４を形成するか、通路開口２ａを閉鎖することもできる。この方法で設計されたバルブプレート４は図１に示す実施形態に用いることも可能である。
【００２５】
図６は能動制御バルブ１のさらなる実施形態を縦断面図で詳細に示す。バルブ１はハウジング６を備え、駆動装置８は図示していないが、ハウジング６の上端面に配置されている。通路開口２ａを有するカウンタープレート２はハウジング６に配置されている。通路開口４ａを有するバルブプレート４はカウンタープレート２の上方に回転可能に配置されている。ハウジング６は側面開口６ｂを備え、通路開口２ａ，４ａと側面開口６ｂとの間には流体を案内する連通Ｆが形成されている。駆動バネ７として設計された捩じれロッドが保持用ディスク９に固定して連結されている。保持用ディスク９は中空円筒状の保持用バネ５を介してハウジング６にさらに固定して連結されている。圧電アクチュエータ１０ｃ及びブレーキシュー１０ｂを備える保持装置１０が保持用ディスク９に対してハウジング６に配置され、保持用ディスク９は圧電アクチュエータ１０ｃによって固定して保持されたり、開放されたりすることができる。保持用ディスク９はバルブプレート４と回転を固定して連結されている。さらに、バルブプレート４の回転角度を検出するために、位置センサ１１がバルブプレート４に結合されている。完全なバルブ１において、駆動バネ７は、図１に概略的に示すように、例えば、上向きに突出する端部において駆動バネ７に係合する駆動装置８に連結されている。
【００２６】
図６のバルブは、保持装置１０の作動により、時間内に迅速に、さらに非常に正確に、かつ再生可能にバルブ１を開閉するために、保持用バネ５に蓄積されたバネエネルギーを利用する。従って、図６のバルブ１において、所望時間内にバルブプレート４を移動させるためにそれぞれ十分なエネルギーが保持用バネ５に蓄積されることが最も重要である。駆動装置８は、本質的に、保持用バネ５に十分なバネエネルギーを供給するように、即ちバルブ１の作動のために十分なバネエネルギーが保持用バネ５に蓄積される角度範囲前後までバルブプレート４を回転させるように作用する。図６に示す実施形態において、このバネエネルギーは駆動バネ７を介して駆動装置８によってバルブプレート４又は保持用バネ５へ伝達される。駆動装置８は、例えば、５０Ｎｍ程度の必要な総トルクを付与可能なほど強力に作られることができる。しかしながら、このような駆動装置８は比較的大型であるという欠点を有する。従って、バルブ１の特に有利な実施形態において、最大発生可能なトルクが保持用バネ５に張力を付与するのに必要なトルクよりも小さく、かつより小型な駆動装置８が用いられる。さて、図６に示すバルブ１のこのような作動方法を、図７，８及び９ａから９ｈを参照して詳細に説明する。図７及び８は保持用バネ５の最初の張力付与過程を示している。
【００２７】
図７は図１及び６の実施形態の時間に対するバルブプレート４の回転角度の図を示し、バルブプレート４は時刻０において、保持用バネ５にも駆動バネ７にもバネエネルギーが蓄積されていない中立静止位置に配置されている。本実施形態において、端部において+４．５度の角度だけバルブプレート４を回転させ、かつこの位置でバルブプレート４を固定することがこの方法の目的である。この目的のために、駆動装置８は第一工程において駆動バネ７にトルクを付与し、１２ａで示すようにバルブプレート４は負の角度分回転させられ、１２ｂで示すように保持装置１０によってこの位置に保持される。その後、駆動装置８は第二工程において駆動バネ７を介してバルブプレート４に反対のトルクをもたらす。次に、１２ｃで示すように、保持装置１０は正の角度の方向に移動するバルブプレート４が静止位置又はほぼ静止位置に配置されるとすぐに開放し、再度閉鎖する。その後、バルブプレート４は１２ｄで示すように示した位置において保持される。バルブプレート４の回転の絶対量は、駆動バネ７のトルクに加えて、バルブプレート４に作用する保持用バネ５のトルクによって、１２ｄの位置において１２ｂの位置よりも増加しており、図７に示すように、バルブプレート４は、それぞれのさらなる工程でより大きく回転する。この工程は連続して複数回実行され、本実施形態においてはバルブプレート４が少なくとも+４．５度の回転角度まで回転すると終了し、この位置において固定して保持される。従って、バルブ１を作動するために十分なバネエネルギーは、保持用バネ５に蓄積され、バルブプレート４は作動位置１２ｚに配置される。本実施形態において、バルブプレート４を静止位置１２から作動位置１２ｚへ移動する全工程は約１４５ミリ秒続く。この工程は、ワインドアップ、又はワインドアップ工程とも呼ばれる。
【００２８】
図８は、図７で示した同一の時間軸上で、時間に対する保持用バネ５に蓄積されたバネエネルギー１４と、時間に対する駆動バネ７によって付与されるバネエネルギー１５とを示している。駆動バネ７は、工程の開始時における一時的な振動を除いて、ほぼ同一のバネエネルギーで駆動装置８により、連続的に繰返し張力が付与される。駆動バネ７のこのバネエネルギーは、図示したように工程の間、保持用バネ５に蓄積される。本発明による方法は保持用バネ５に張力を付与するために一つの駆動装置８で十分であり、かつ駆動装置が保持用バネ５に張力を付与するために必要な最大トルクよりも実質的に小さなトルクを生成するだけでも良いという利点を有する。この事実は駆動装置８の小さな構成を可能とし、駆動装置８が小型で、廉価であり、かつより小さな慣性力によってより高速な動作が可能となるという利点をもたらす。十分な工程１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが実行可能であれば、保持用バネ５は非常に弱い駆動装置８でも張力を付与可能である。すなわち、保持用バネ５に張力を付与するための最大利用可能時間が、駆動装置８が伝達しなければならないトルクを決定する。
【００２９】
図９ａから９ｈはバルブ１の切換え動作の間に変化するバルブプレート４の位置をバルブプレート４の平面図で概略的に示している。駆動装置８に連結される駆動バネ７のヘッド端部の位置が同様に示されている。バルブプレート４は、図９ａにおいて閉鎖位置に位置し、示されているバネエネルギー５ａが保持用バネ５に蓄積されている。駆動装置８は、示されているバネエネルギー７ａが駆動バネ７に蓄積されるように、バルブ１の開放位置のために必要な位置へ駆動バネ７をすでに移動している。バネエネルギー５ａ及び７ａの領域は各時刻において保持用バネ５又は駆動バネ７に蓄積されたエネルギーに比例している。これらの領域は、単に概略的に示されており、領域５ａ即ち保持用バネ５に通常蓄積されるエネルギーは、図９ａに示す状態において、領域７ａ即ち駆動バネ７に蓄積されるエネルギーより実質的に大きい。領域５ａ即ち蓄積されたエネルギーは領域７ａより少なくとも１０倍大きいことが望ましい。
【００３０】
図９ｂにおいて、保持装置１０は解放され、バルブプレート４は開放位置の方向へ移動し、バネ５及び７に蓄積されたエネルギーは、特にバルブプレート４、保持用ディスク９、及び連結部９ａの移動で一部用いられる運動エネルギーによって減少する。
【００３１】
図９ｃにおいて、運動エネルギーは再度増加して、バネ５及び７に伝達される。全運動エネルギーを消費し終わるとすぐに、バルブプレート４は、図９ｄに示すように、開放位置において静止し、保持装置１０によってこの位置において固定される。図９ａの駆動バネ７によって付与されたバネエネルギー７ａは、バルブプレート４が静止するとすぐにバルブプレート４の通路開口４ａがカウンタープレート２の通路開口２ａと連通するように、定められるのが望ましい。そうでない場合、バルブプレート４の位置は保持装置１０を駆動することによって、静止状態へ直接至らせることができる。バルブプレート４の位置は、位置センサ１１によって測定可能である。図９ａの状態において付与されるバネエネルギー７ａは、望ましくは、バルブプレート４が先に示した理想的な位置において静止するように制御されるか、定められる。これにより、バルブプレート４の移動阻止が冗長的に持続することがほとんどなくなるか、全くなくなるという利点をもたらす。このために、制御装置１３が設けられ、制御装置１３は位置センサ１１の信号１１ａを検出し、かつ配線８ａを介して、駆動装置８を制御する。制御装置１３は、図６に示すように、例えば、データバス１３ａを介して、上位の制御装置に接続される。
【００３２】
バルブプレート４を閉鎖するために、図９ｅに示すように、駆動装置８は駆動され、これによって、駆動バネ７は移動を阻止されたバルブプレート４と共に回転し、それによって、バネエネルギーは駆動バネ７に伝達され、かつ駆動装置８の駆動の終期においてバネエネルギー７ａを有する。その後、図９ｆに示すように、保持装置１０は開放され、バルブプレート４は閉鎖位置に移動し、バネエネルギー５ａ及び７ａは運動エネルギーに変換され、運動エネルギーは、バルブプレートが図９ｈに示すように静止し、かつ保持装置１０の駆動によって固定されるまで、図９ｇに示す作動状態でバネエネルギー５ａ及び７ａに再度変換される。
【００３３】
図９ａから９ｇに示すこの工程は、バルブ１の各開放、又は各閉鎖において繰返される。図９ａ及び９ｄに示す閉鎖位置及び開放位置の間、あるいは図９ｅ及び９ｈに示す開放位置及び閉鎖位置の間のバルブ１の切換え時間は非常に短くでき、例えば、バルブ１の設計に応じて１ミリ秒にすることができる。望ましくは、１ミリ秒から１０ミリ秒までの範囲の切換え時間が用いられる。バルブ１の開閉は、例えば、ピストン式コンプレッサ等の対応する機械の作動サイクルに自然に同期する。本発明によるバルブ１は非常に単純に制御され、ピストン式コンプレッサの各サイクルで開放したり閉鎖したりせず、むしろ、例えば各二番目、三番目、あるいは四番目の作動サイクルで開放したり閉鎖したりすることもできる。これは例えば、保持装置１０が対応する作動サイクルの間、閉鎖状態に保持され、かつバルブ１が各位置に保持されることによって実現される。故に、バルブ１の開閉のサイクルはピストン式コンプレッサの作動サイクルに対する要望に応じて変更することができる。
【００３４】
本発明によるバルブは吸気バルブ又は圧力バルブの形態で設計することができる。ピストン式コンプレッサと組合せ、吸気バルブは媒質をピストン空間内へ流動可能とするように構成され、圧力バルブは媒体をピストン空間から流動可能とするように構成される。
【００３５】
図１０は吸気バルブ１の概略的な縦断面図を示している。このバルブ１は、図１に示すバルブ１とほぼ同一の設計であり、バルブプレート４がカウンタープレート２の反対側に配置されている。同一の工程又は同一の装置が、図１による圧力バルブ及び図１０による吸気バルブにおけるバルブプレート４の開閉に用いられる。
【００３６】
図１１はバルブ１のさらなる実施形態を概略的に示し、そのバルブプレート４は方向Ｂに沿った直線的運動によって駆動される。バルブ１は通路開口２ａを有するカウンタープレート２と、カウンタープレート２に対して直線的に移動可能であり、かつ通路開口４ａを有するバルブプレート４とを備えている。バルブプレート４は駆動バネ７を介して線形モータ８に連結されている。保持装置１０はバルブプレート４の移動を阻止し、かつ解放することができる。本実施形態は、必要に応じて、カウンタープレート２及びバルブプレート４の間の作動連結として、単に概略的に示されている保持用バネ５を追加的に備えることができる。図１１に示す保持用バネ５を備えたバルブ１は図７，８及び９ａから９ｈまでに示すように作動することができ、唯一の相違点はバルブプレートが回転的な移動を実行せず、線形的な移動Ｂを実行するということである。
【００３７】
保持用バネ５は、図１，６，１０，及び１１に示すバルブ１においても、図５に示すように、省くことができる。図１に示すバルブ１が保持用バネ５を備えないと仮定すると、これは図９ａから９ｈに示す表記において、バネエネルギー７ａだけが存在し、バネエネルギー５ａは存在しないことを意味する。駆動バネ７は図９ａ及び９ｅに示す位置へ駆動装置８によって回転させられ、その後バルブプレート４は保持装置１０に解放され、それにより、バルブプレート４は図９ａ及び９ｈにそれぞれ示された位置へ移動し、その位置において保持装置１０は再度バルブプレート４の移動を阻止する。保持用バネ５を備えないバルブ１の実施形態は、駆動装置８がバルブ１の切換えに必要な全バネエネルギー７ａ、即ちこのために必要なトルクを伝達しなければならず、比較的大型で、重く、高価な駆動装置８を必要とするという欠点を有する。
【００３８】
バルブ１のバルブプレート４及びカウンタープレート２は回転移動、又は直線的移動によって相対的な移動が可能な様々な方法で設計することができる。図１２は、球状に延びるバルブプレート４をカウンタープレート２と共に縦断面図で概略的に示し、バルブプレート４は、軸線Ａの周りの回転移動、又は方向Ｂに沿った横移動のどちらかを介して、カウンタープレート２に対して移動可能に支持され、この移動によって通路２４を開閉する。図１３は円錐形状に延びた支持面を備えたバルブプレート４及びカウンタープレート２を有するさらなる実施形態を示している。バルブプレート４は軸線Ａの周りに回転可能に支持され、通路２４を開閉する。
【００３９】
図１４はバルブ１のさらなる実施形態を縦断面図で示す。バルブ１は入口開口６ｄと、出口開口６ｂと、いわゆるランタン６ｃとを備えたハウジング６を一体化バルブシート及びカウンタープレート２と共に有する。バルブ１は、さらに保持装置１０として設計された駆動装置８を有する。これら二つの装置８，１０は、トルクが駆動バネ７の上部に作用するように設計される。バルブプレート４は駆動バネ７の下端において駆動バネ７に固定して連結され、バルブプレート４は回転軸線Ａの周りに回転可能に支持されている。バルブプレート４は通路開口４ａを有し、通路開口４ａはカウンタープレート２の通路開口２ａに対して移動可能に支持され、通路開口２ａ、ひいては通路２４はバルブプレート４の回転によってそれぞれ開閉されることができる。好適な実施形態において、通路開口４ａが通路開口２ａの上方に位置するバルブプレート４の第一位置において通路開口２ａが完全に開放され、かつ通路開口２ａがバルブプレート４に完全に覆われているバルブプレート４の第二位置において通路開口２ａが完全に閉鎖されるように、バルブプレート４は回転する。しかしながら、全通路開口２ａの一部の領域だけが通路２４として利用可能で、通路開口２ａの残りの部分はバルブプレート４によって覆われるように、通路開口２ａに対して、バルブプレート４、ひいては通路開口４ａも回転させることも望ましい。
【００４０】
有利な実施形態において、バルブ１は中空棒状の捩じりバネ５を備え、中空棒状の捩じりバネ５は底部においてバルブプレート４と、上部においてハウジング６と固定して連結されている。しかしながら、バルブ１は中空棒状の捩じりバネ５なしで設計されることもできる。中実棒状の捩じりバネ７は中空棒状の捩じりバネ５内に配置され、かつ底部においてバルブプレート４と、上部において駆動装置及び保持装置８，１０と固定して連結されている。
【００４１】
図１４に示すバルブ１は、本質的に、二質量式の振動子として設計され、一つの質量は特にバルブプレート４から形成され、他の質量は特にアーマチャ８ｅから形成される。バルブ１は実質的に二つのバネ、即ち駆動バネ７及び保持用バネ５を備え、二質量式の振動子は、バルブプレート４が保持用バネ５を介して定位置のハウジング６に連結され、かつバルブプレート４が駆動バネ７を介してアーマチャ８ｅに連結されるように設計される。望ましい実施形態において、バルブプレート４とアーマチャ８ｅとの固有周波数は実数の比を有し、固有周波数は特にバネ５とバネ７とのバネ剛性、及びバルブプレート４とアーマチャ８ｅとの質量に依存する。
【００４２】
図１にも示されるように、バルブプレート４を設け、シールプレート４ｂが図１４に示していないバネ手段を介してバルブプレート４に弾性的に連結されることは有利である。駆動装置及び保持装置８，１０を、例えば汚れからの保護として、保護キャップ２０で覆うことは有利である。図１４に示すように、駆動装置及び保持装置８，１０は、望ましくは、バルブ１内のガスの流れと接触しないように、ハウジング６の外側に配置される。
【００４３】
図１５は図１４に示すバルブ１のＢ−Ｂ線に沿った平面図を示している。図１４はＣ−Ｃ線に沿った断面図を示している。図１５に示す駆動装置８は四つの磁石８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄと、移動方向８ｆに沿って両方向に回転可能に支持されたアーマチャ８ｅとを備える。駆動バネ７が軸受６ｅによってハウジング６に対して回転可能に支持され、かつアーマチャ８ｅが駆動バネ７の端部に固定して連結されることによって、駆動バネ７の延びる方向は回転軸線Ａを画定し、アーマチャ８ｅは回転軸線Ａの周りを回転可能に支持されている。磁石８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの対応する作動によって、アーマチャ８ｅは移動方向８ｆに沿って両方向に移動可能である。
【００４４】
有利な実施形態において、磁石８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが無電流状態の時、アーマチャ８ｅは図１５に従う静止位置に位置し、静止位置は特に中空棒状の捩じりバネ５によって決定される。有利な実施形態において、通路２４はこの静止位置において半分開放される。図１６及び１７は図１５に示す平面図を示し、アーマチャ８ｅは図１６において第一保持位置に位置し、図１７において第二保持位置に位置する。図１５に示すアーマチャ８ｅの位置から開始し、磁石８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、望ましくは、アーマチャが、角度の広がり１２を伴った図７に示すような状態で、移動方向８ｆに沿って振動するように、交互に制御され、アーマチャ８ｅが図１６及び１７に示す第一又は第二保持位置に配置されるまで、アーマチャ８ｅは回転に対してワインドアップされ、かつ時間が進むにつれて回転角度が増大する。第一又は第二保持位置において、アーマチャ８ｅは対応の磁石８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに接触し、磁石８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄはもはや切換えられず、むしろ常にアーマチャ８ｅを引付け、それによって、駆動装置８は保持装置１０として作用し、アーマチャ８ｅはそれぞれ図１６及び１７に示す位置において保持される。しかし、このワインドアップ工程は、図７に示す角度及び時間の広がりとは異なり、いかなる保持段階１２ｂ，１２ｄも有しておらず、アーマチャ８ｅが磁石によって固定されて保持可能となるほど、磁石８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに近接するまで、アーマチャ８ｅは移動方向８ｆに沿って連続的に増加する振幅を伴って励起される。詳細には示していないが、磁石の制御に必要な制御装置は、望ましくは、アーマチャ８ｅの偏向を検知するセンサを備えている。通路開口２ａ，４ａは、例えば、第一保持位置で完全に通路２４が閉鎖され、かつ第二保持位置で完全に通路２４が開放されるように、相互に適応して設計され、かつ配置されることが望ましい。磁石８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ及びアーマチャ８ｅを備えた駆動装置８は、磁石８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの一回の駆動で第一及び第二保持位置を切換えるように設計されることが望ましく、これは図１６及び１７に示す両保持位置を非常に迅速に切換えることができるという利点を有し、あるいはバルブ１又はその通路２４が非常に迅速に開放又は閉鎖することができるように設計されることが望ましい。
【００４５】
図１８及び１９は磁石８ａの実施形態を断面図で示している。磁石８ａは磁心８ｉ、電気巻線８ｈ、及び磁気伝導性外部ハウジング８ｇを備える。磁界は破線で示されている。本実施形態において、磁石８ａはポットマグネットとして設計されている。この実施形態は比較的大きな磁力、特に大きな保持力を発生し、かつポットマグネットは比較的小さな体積を必要とし、即ち比較的小型の構成を有するという利点を有する。図１８において、アーマチャ８ｅは磁石８ａに対して離間しており、図１９において、アーマチャ８ｅは磁石８ａに固定して保持されている。大きな保持力を得るために、アーマチャ８ｅが図１８に示すように全面にわたって磁石８ａに接触するように、アーマチャ８ｅが設計され、かつ配置されることが望ましい。
【００４６】
図１４から１９に示す実施形態において、アーマチャ８ｅは直接駆動バネ７に連結されている。しかし、アーマチャ８ｅを備えた駆動装置８は、駆動装置８により駆動バネ７を移動するために、例えばシャフトや伝達ベルト等の作動連結部材を介して駆動バネ７に連結された分離ユニットから製造することも可能である。
図２０はバルブ１のさらなる実施形態を縦断面において示す。図１に示す実施形態と比較して、図２０に示す実施形態は、保持用ディスク９及び保持装置１０が本実施形態においてハウジング６の上部外側に配置されている点で異なる。この点を除いては、図２０に示すバルブ１は図１に示すバルブ１と実質的に同様に設計されている。図２０に示すバルブ２０は、保持用ディスク９及び保持装置１０がハウジング６の内部空間に存在するガスや汚染物質にさらされず、とりわけ作動の安全性を保証するという利点を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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