(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（３０，３０’，３０’’，３０’’’）を有するピストン圧縮機用の弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）であって、
前記ハウジングは、内部に少なくとも１つの入口弁及び少なくとも１つの出口弁を設けると共に、前記弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）の長手軸（Ａ）を横切って延在するシリンダヘッド側の表面（３６）及びこれとは反対側のシリンダ側の表面（３８，３８’，３８’’，３８’’’）を備えており、
前記弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）の前記長手軸（Ａ）を取り囲む前記ハウジング（３０，３０’，３０’’，３０’’’）の周壁（５４，５４’，５４’’，７８）は、前記シリンダ（１８，１８’，１８’’）又は前記シリンダヘッド（２２，２２’，２２’’）に設けられた当接面と面で当接する前記長手軸（Ａ）に対して斜めに延びる少なくとも１つの当接部を備えることを特徴とする、弁ユニット。
【請求項２】
前記ハウジング（３０，３０’，３０’’，３０’’’）は、丸い外面形状を備えており、前記長手軸（Ａ）が前記外面形状の中心軸を定義することを特徴とする、請求項１に記載の弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）。
【請求項３】
前記当接部は、前記周壁（５４，５４’，５４’’，７８）の１つ以上の周面部にわたって延在していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）。
【請求項４】
前記当接部は、前記周壁（５４，５４’，５４’’，７８）の全周にわたって延在していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）。
【請求項５】
前記当接部が前記長手軸（Ａ）に対して傾斜する角度は、一定であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）。
【請求項６】
前記当接部は、前記ハウジング（３０，３０’，３０’’，３０’’’）の外周壁（５４，５４’，５４’’）又は内周壁（７８）に位置していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）。
【請求項７】
前記当接部は、円錐状及び球状のうち少なくとも何れか一方の面で構成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）。
【請求項８】
前記当接部が前記長手軸（Ａ）に対して傾斜する角度は、平行に延在する前記当接面との当接の際にセルフロックが生じないように選択されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）。
【請求項９】
前記ハウジング（３０’’’）は、前記長手軸（Ａ）から半径方向に離隔して前記長手軸（Ａ）の方向に突出する突出部（７６）を備えており、前記当接部は前記突出部（７６）の前記長手軸（Ａ）に面する側部であって、環状のカラーとして形成された前記突出部（７６）の内周に位置していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弁ユニット（２８’’’）。
【請求項１０】
少なくとも１つのシリンダ（１８，１８’，１８’’）を有するピストン圧縮機であって、前記シリンダ（１８，１８’，１８’’）に請求項１〜９のいずれか１項に記載の弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）が配置されていることを特徴とする、ピストン圧縮機。
【請求項１１】
前記シリンダ（１８，１８’，１８’’）及び前記シリンダ（１８，１８’，１８’’）と結合されたシリンダヘッド（２２，２２’，２２’’）の少なくとも何れか一方に、輪郭が前記弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）の当接部の輪郭に対応しており前記弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）の前記当接部と接触する当接面が形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のピストン圧縮機。
【請求項１２】
前記シリンダ（１８’，１８’’）及び前記シリンダヘッド（２２，２２’）の少なくとも何れか一方に、内部に前記弁ユニット（２８，２８’，２８’’，２８’’’）の前記ハウジング（３０，３０’，３０’’，３０’’’）が嵌合する凹部（４０，４０’，６４，７２）が形成されており、前記凹部（４０，４０’，６４，７２）の周壁（５６，５６’，６６，７４）が前記当接面を構成し、前記弁ユニット（２８’，２８’’，２８’’’）の前記当接部が前記当接面と接触することを特徴とする、請求項１１に記載のピストン圧縮機。
【請求項１３】
前記凹部（４０，４０’，６４，７２）は、前記シリンダヘッド（２２，２２’，２２’’）の前記シリンダ（１８，１８’，１８’’）に対向する側部及び前記シリンダ（１８，１８’，１８’’）の前記シリンダヘッド（２２，２２’，２２’’）に対向する側部の少なくとも何れか一方に形成されていることを特徴とする、請求項１２に記載のピストン圧縮機。
【請求項１４】
前記凹部（４０）は、前記長手軸（Ａ）に対して横方向であって、半径方向内側に向かう肩部（６０）を備えており、前記肩部（６０）に前記弁ユニット（２８）の前記ハウジング（３０）が当接することを特徴とする、請求項１３に記載のピストン圧縮機。
【請求項１５】
前記シリンダ（１８’）及び前記シリンダヘッド（２２’）には、夫々前記弁ユニット（２８’）の前記ハウジング（３０’）の当接部と当接する当接面が形成されており、前記シリンダヘッド（２２’）に形成された前記当接面は、前記シリンダ（１８’）から遠ざかる方向で前記長手軸（Ａ）に向かって斜めに延びるようにテーパ状に形成されており、前記シリンダ（１８’）に形成された前記当接面は、少なくとも１つの周辺部において、前記シリンダヘッド（２２’）から遠ざかる方向で前記長手軸（Ａ）に向かって斜めに延びるようにテーパ状に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のピストン圧縮機。
【請求項１６】
前記凹部（７２）は、前記シリンダ（１８’’）の前記シリンダヘッド（２２’’）に対向する端部の外周に形成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のピストン圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン圧縮機用弁ユニット及びピストン圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストン圧縮機は原則として弁ユニットを装備しているものであり、弁ユニットはシリンダとシリンダヘッドとの間の界面領域に固定して配置されている。弁ユニットは、シリンダヘッドに設けられた気体入口からシリンダ内部への密閉可能な流体連通を構成すると共に、この流体連通とは独立した、シリンダ内部からシリンダヘッドに設けられた気体出口への密閉可能な流体連通を形成するのに役立つ。従来技術のピストン圧縮機用弁ユニットの一般的な構造を、以下、周知の弁ユニットの一例を示す図８を参照して説明する。
【０００３】
図８に図示される弁ユニットは、この例においては２つの部分、すなわち弁ユニットの長手軸Ａの方向に積層されて配置された円筒状の弁体若しくはハウジング部分２，４で構成されており、これらはねじ６を用いて互いに結合されている。ピストン圧縮機内の弁ユニットの設置位置においてピストン圧縮機のシリンダと対向するハウジング部分２の表面８と、ピストン圧縮機内の弁ユニットの設置位置においてピストン圧縮機のシリンダヘッドと対向する、上記表面８とは反対側のハウジング部分４の表面１０との間では、弁ユニットのハウジング内に、内部に１つ以上の入口弁１３を設けた１つ以上の入口弁断面１２若しくは入口弁チャネルと、内部に１つ以上の出口弁１５を設けた１つ以上の出口弁断面１４若しくは出口弁チャネルとが配置されている。このような入口弁１３及び出口弁１５は、周知のようなディスク弁又はリード弁として形成されていてもよい。入口弁１３及び出口弁１５は、図８に示されている例においては、夫々スプリングディスク弁として形成されており、入口弁断面１２は、ハウジング部分４の表面１０の外側からハウジング部分２の表面８の外側へと弁ユニットのハウジングを通る流路を解放し、出口弁断面１４は逆方向であって、ハウジング部分２の表面８の外側からハウジング部分４の表面１０の外側へと弁ユニットのハウジングを通る流路を解放する。ハウジング部分２は、ハウジング部分４よりも大きな直径を有しており、これによって弁ユニットのハウジングの半径方向に環状の拡張部１６が形成される。この拡張部１６の領域で、ピストン圧縮機内の弁ユニットの設置位置において、シリンダとシリンダヘッドとの間への弁ユニットの固定が行われ、ハウジング部分２は、シリンダ又はシリンダヘッドに形成された円筒状の凹部内に嵌合する。ここで、凹部は、ハウジング部分２が半径方向で凹部内に形状嵌め合いにより固定されるように寸法決めされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ピストン圧縮機の動作中、その内部に設置された弁ユニットは、著しい摩耗を受ける。これはとりわけ、弁ユニットが、気体の圧縮の際に発生する熱による著しい熱負荷に曝されることに起因する。弁ユニットにおいて発生する摩耗は、弁ユニットが定期的にピストン圧縮機から撤去され新たな弁ユニットに取り替えられることを必要とする。このとき、ピストン圧縮機からの弁ユニットの取り外しが特に問題となることは明らかである。なぜなら、弁ユニットの、シリンダ又はシリンダヘッドに形成された凹部に嵌合する領域が先に、弁ユニットと凹部との間で起こり得る腐食及びコークス化の少なくとも何れかによって、非常に固く嵌まり込むことになるためである。
【０００５】
こうした背景のもと、本発明は、弁ユニットからの放熱の改善を保証し、ピストン圧縮機から容易に撤去され、且つピストン圧縮機内に容易に組み込むことが可能なピストン圧縮機用弁ユニットを提供するという課題に基づくものである。本発明のさらなる課題は、前述の観点に関して改善されたピストン圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一に言及した課題は、請求項１に記載の特徴を備えた弁ユニットによって解決される。一方、第二に言及した課題の解決のためには、請求項１０に記載の特徴を備えたピストン圧縮機が提案される。弁ユニット及びピストン圧縮機の好適な発展形態は、対応する従属請求項、以下の説明、及び図面から明らかになる。ここで、従属請求項に記載の特徴は、好ましくは記載された組み合わせで、しかしながら技術的に有意義である限りは単独で又は別の組み合わせで、本発明の実施形態に寄与することができる。
【０００７】
本発明による弁ユニットは、ピストン圧縮機において使用するために設けられると共に、形成され若しくは適合されている。弁ユニットはハウジングを備え、その内部には少なくとも１つの入口弁及び少なくとも１つの出口弁を設けている。典型的には、ハウジング内には、状況に応じて複数の入口弁及び複数の出口弁が配置されてもよい。これらの弁は、周知のように、例えばディスク弁又はリード弁として形成されてもよい。ハウジングは、シリンダヘッド側表面、すなわちピストン圧縮機内の弁ユニットの設置位置においてピストン圧縮機のシリンダヘッドに対向する表面と、上記シリンダヘッド側表面とは反対側のシリンダ側表面、すなわちピストン圧縮機内の弁ユニットの設置位置においてピストン圧縮機のシリンダに対向する表面とを有する。ハウジングのシリンダヘッド側表面及びシリンダ側表面は、弁ユニットの長手軸を横切って垂直に延在する。シリンダ側表面とシリンダヘッド側表面との間には、少なくとも１つの入口弁及び少なくとも１つの出口弁が、ハウジング内に、シリンダヘッド側表面の外側からシリンダ側表面の外側への密閉可能な流体連通を作るように設けられているのが望ましい。この場合、その少なくとも１つの入口弁を通るシリンダヘッド側表面からシリンダ側表面への弁ユニットの通過流が発生すると共に、その少なくとも１つの出口弁を通る弁ユニットの通過流がこれとは逆方向に発生する。
【０００８】
従来周知のピストン圧縮機用弁ユニットに対して、本発明による弁ユニットは、弁ユニットの長手軸を取り囲むハウジングの周壁が、ピストン圧縮機のシリンダ又はシリンダヘッドに設けられた当接面と面で当接する、弁ユニットの長手軸に対して斜めに延在する少なくとも１つの当接部を備えることを特徴とする。この場合、設置状態においては、弁ユニットの全周壁に、シリンダ又はシリンダヘッドに形成された当接面が当接するのが好ましい。弁ユニットに形成された周壁は、本発明では当接部と称される少なくとも１つの周囲領域において、好適には鋭角で弁ユニットの長手軸に向かって延びる。好ましくは、これに対応して、シリンダ又はシリンダヘッドに形成された当接面は、対応する周辺部において、弁ユニットの当接部と同じ角度で弁ユニットの長手軸に向かって延びる。当接部を構成する弁ユニットの周壁は、そのまま弁ユニットのハウジングの一部であるのが好適である。しかし、この周壁は、例えば環状の構成要素のような、例えばハウジングを外側から取り囲むか又はハウジング内に嵌め込まれて結合する、ハウジングとは別個の構成要素で形成されてもよいことに注意しなければならない。本発明の意味においては、そのような別個の構成要素も弁ユニットの一部を形成する。すなわち、これによって弁ユニットのハウジングは複数の部分で形成される。
【０００９】
当接部の斜面に対応した斜面が少なくとも１つの部分に形成されていることに関し、弁ユニットのハウジングの周壁に対応する圧縮機側の当接面と組み合わせて、いくつかの顕著な利点がもたらされる。これらの利点のうちの１つは、弁ユニットのハウジングの周壁の少なくとも１つの当接部が、弁ユニットの長手軸に対して斜めであることによって、弁ユニットとピストン圧縮機の隣接する部分との間に、従来周知の弁ユニットにおける長手軸に平行に延びる当接面よりも大きな接触領域を創出することである。これは、従来技術の周知の弁ユニットに比べて、弁ユニットから、これを取り囲むピストン圧縮機のハウジング内又はピストン圧縮機の外周への放熱を増加させることができる。これにより、弁ユニットの熱負荷が低減され、弁ユニットの寿命にも有益な効果をもたらす。弁ユニットからの放熱改善の他に、弁ユニットのハウジングの周壁に形成された少なくとも１つの傾斜した当接部は、ピストン圧縮機における弁ユニットの固定の際に、弁ユニットとピストン圧縮機との間での動力伝達の改善をももたらす。その上、本発明による弁ユニットのハウジングの周壁の実施形態によれば、そこに形成された当接部が、ピストン圧縮機からの弁ユニットの取り外しを容易にする。なぜなら、弁ユニットのハウジングの周壁が、少なくとも１つの傾斜した当接部においては、従来周知の弁ユニットにおけるように周壁に隣接するピストン圧縮機の当接面に平行に移動されるのではなく、弁ユニットの長手軸方向への移動の際に圧縮機側の当接面からすぐに離れるからである。したがって、例え弁ユニットの周壁と圧縮機側の当接面との間に腐食性物質及びコークス化物質又はその他の不純物が存在する場合にも、弁ユニット全体が直ちに引き離される。
【００１０】
好適には、本発明による弁ユニットのハウジングは、丸い、特に円形の基本形状を備えており、長手軸はこの外面形状の中心軸を定義する。これは、ハウジングが少なくともその幾何学的な基本形状に関して、上記長手軸の方向の略全長にわたって、好ましくは丸い、特に好適には円形の断面を備えることを意味している。ハウジングの断面は、さらに好適には、当接部がハウジングの外周に形成されている場合には、当接部の領域において、この基本断面形状と異なる。ここで、ハウジングは、例えばハウジングに形成された１つ以上の壁段（shoulder）のために、異なる大きさの断面を有する複数のハウジング部分を備えることができる。これらのハウジング部分は全て、好ましくは丸い、特に円形の基本形状を備えている。また、これらのハウジング部分は、上記長手軸として共通の中心軸を備えているのが好適である。
【００１１】
本発明のさらなる好適な一発展形態によれば、弁ユニットのハウジングの周壁に設けられている当接部は、周壁の１つ以上の周面部にわたって延在している。これは、弁ユニットの長手軸に対して斜めに延びる当接部が、周壁の周方向の、好ましくは周壁の一部領域のみにわたって延びていること、又は、周壁が周壁の周方向で互いに離隔した複数の領域を備えており、これらの領域が弁ユニットの長手軸に対して傾いていることを意味する。こうした実施形態は、弁ユニットが弁ユニットの長手軸に対して垂直な平面内で、規定の角度アライメントでピストン圧縮機に設置される場合に、特に有効である。圧縮機側の当接面が、弁ユニットの当接部に対応して形成された斜面を有する、１つ以上の局所的に画定された部分を備えている場合には、弁ユニットがある特定の角度位置でのみ圧縮機内に設置可能とすることができる。
【００１２】
弁ユニットの周壁の１つの周面部のみにわたって延在する１つ以上の当接部に代えて、さらに好適には、上記斜めの当接部が弁ユニットのハウジングの周壁の全周にわたって延在することが想定される。すなわち、この場合、周壁全体に、弁ユニットの長手軸に対して傾いて斜めに延びた領域が設けられる。この措置は、弁ユニットからピストン圧縮機のハウジングへの特に効率的な放熱と、ピストン圧縮機のシリンダ若しくはシリンダヘッドに形成された当接面に対する弁ユニットの気密封止とを可能にする。この場合、さらなる別個のガスケットを介してシリンダに対して、若しくはシリンダヘッドに対して弁ユニットを封止することが、好都合又は必要であることに注意が必要である。
【００１３】
有利なことには、当接部が弁ユニットの長手軸に対して斜めに延在する角度は、延在する当接部の全体にわたって一定である。したがって、弁ユニットのハウジングの周壁は、この実施形態においては、その全周にわたって同じ勾配で、弁ユニットの長手軸に向かって真っ直ぐに斜めに延びており、これは特に製造技術的な観点において有利である。もっとも、代替的には、当接部の傾斜角度が全周にわたって段階的に又は連続的に変化する実施形態も考えられる。
【００１４】
弁ユニットの当接部は、有利には、ハウジングの外周壁又は内周壁に位置することができる。したがって、例えばハウジングの外周壁の一領域は、当接部を構成するために、弁ユニットの長手軸に対して傾斜していてもよく、その場合、圧縮機側の当接面が、弁ユニットのハウジングの当接部の外周を取り囲むことになる。代替的又は追加的には、弁ユニットには、弁ユニットの長手軸の方向に延びる凹部が形成され、その内周壁が弁ユニットの長手軸に対して傾いて斜めに延びていてもよい。この場合、圧縮機側の当接面は、内周壁の内側で上記内周壁に隣接している。
【００１５】
さらに好適には、弁ユニットのハウジングの周壁の当接部は、円錐面及び周方向と交差する平面内で湾曲した面の少なくとも何れか一方で構成されている。すなわち、例えば、楕円体セグメント又は球体セグメントの外面形状を備えている。これにより、弁ユニットのハウジングの外壁に設けられた当接部に関し、ハウジングの一領域が円錐台を形成し、この円錐台の外殻面が当接部を構成してもよい。あるいは、弁ユニットのハウジングに、内周壁が当接部を構成する円錐台の形をした凹部が形成されてもよい。弁ユニットの当接部が、楕円体セグメント又は球体セグメントの外面形状を備える面で構成されている実施形態の場合には、当接部は、弁ユニットの長手軸に平行な平面内に湾曲を備える。そのような形態は、特に、当接部が弁ユニットのハウジングの外周壁に位置している場合に用いることができるものであり、例えば、外周壁において、環状の外面が、弁ユニットの長手軸から半径方向に最も遠く離隔した頂線から出発して軸方向又は反対の軸方向で、弁ユニットの長手軸方向にアーチ状に曲がっていてもよい。
【００１６】
本発明による弁ユニットのさらなる有利な一発展形態によれば、当接部の長手軸に対して斜めに延在する角度及び曲率のうち少なくとも何れか一方は、平行に延在する当接面との当接の際にセルフロックが生じないように選択される。これは、当接部が弁ユニットの長手軸に対して斜めに傾いている角度が弁ユニットの当接部の表面性状及び圧縮機側の当接面に依存し、当接部と当接面との間にセルフロックを招来する静摩擦が発生しないように寸法決めされるということを意味している。このことは、こうした措置によってもピストン圧縮機からの弁ユニットの容易な取り外しが保証されるという点で重要である。
【００１７】
さらに有利なことには、弁ユニットのハウジングは、弁ユニットの長手軸から半径方向に離隔して、長手軸方向に突出する突出部を備えていてもよく、この場合、当接部は、長手軸に対向する側、即ち突出部の内側に位置している。好適には、突出部は環状のカラーとして形成されており、その内周に当接部が位置している。これと関連して、弁ユニットのハウジングが、ハウジングの他の部分よりも半径方向に拡張したハウジング部分を備えると共に、当接部を設けた突出部が、この半径方向に拡張されたハウジング部分に、少なくとも１つの入口弁及び少なくとも１つの出口弁で形成された、弁ユニットを通る流路に対して半径方向に十分な距離を有するように配置されていると好都合である。ピストン圧縮機のシリンダとシリンダヘッドとの間の弁ユニットの固定領域において、半径方向に拡張されたハウジング部分の断面が、シリンダの断面外縁部又はシリンダヘッドの断面外縁部と対応している場合に、特に有利である。この場合、弁ユニットの半径方向に拡張されたハウジング部分の外縁に形成され環状のカラーの突出部がシリンダ又はシリンダヘッドの外周壁領域を半径方向に包み込むような態様となっている。ここで、弁ユニットは、シリンダとシリンダヘッドとの間で半径方向に拡張されたハウジング部分を介してピストン圧縮機の外部環境と直接接触することができるため、ピストン圧縮機内での気体圧縮の際に弁ユニットに到達する熱は、半径方向に拡張されたハウジング部分を介して、ピストン圧縮機の外部環境へと直接伝達される。
【００１８】
上述した弁ユニットの他に、ピストン圧縮機が本発明の主題である。このピストン圧縮機は少なくとも１つのシリンダを備え、その内部で気体が、そこに可動に配置されたピストンによって圧縮される。本発明によれば、シリンダには弁ユニットが配置されており、弁ユニットの長手軸を取り囲む弁ユニットの周壁は、弁ユニットの長手軸に対して斜めに延在する少なくとも１つの当接部を備える。ここで、弁ユニットは、上記説明に従って設計することができる。ピストン圧縮機内で、弁ユニットは、ピストン圧縮機に形成された気体入口からシリンダの内部に向かう第１の流路の一部を構成するとともに、シリンダの内部からピストン圧縮機に形成された気体出口に向かう第２の流路の一部を構成するのに役立つ。好適には、弁ユニットは、ピストン圧縮機内で長手軸がシリンダの長手軸方向に延在するように配置される。
【００１９】
シリンダ及びシリンダと結合されたシリンダヘッドの少なくとも何れか一方に、輪郭が弁ユニットの当接部の輪郭に対応し、弁ユニットの当接部と特に面接触する当接面が形成されているのが望ましい。すなわち、弁ユニットのハウジングに設けられた当接部と同様に、これと接触するピストン圧縮機のシリンダ及びシリンダヘッドのうち少なくとも何れか一方の当接面もまた、弁ユニットの長手軸の方向に傾斜している。この場合、方向のみならず、圧縮機側の当接面に形成された斜面の輪郭も、弁ユニットの当接部に形成された斜面の輪郭に一致している。したがって、両者は、例えばさらに長手軸に平行な平面内で湾曲していてもよい。
【００２０】
有利なことには、シリンダ及びシリンダヘッドの少なくとも何れか一方には、弁ユニットのハウジングが嵌合する凹部が形成されていてもよく、その場合、凹部の周壁が当接面を構成し、その当接面と弁ユニットの当接部とが接触している。このとき、弁ユニットの当接部は、典型的には、弁ユニットのハウジングの外周壁に設けられている。
【００２１】
弁ユニットのハウジングが嵌合する凹部は、シリンダヘッドのシリンダに対向する側部及びシリンダのシリンダヘッドに対向する側部の少なくとも何れか一方に形成されているのが望ましい。この場合、凹部は、好ましくはシリンダの内部空間の半径方向の拡張部である。ここで、弁ユニットは、好ましくはシリンダとシリンダヘッドとの間に固定されており、この弁ユニットの固定は、凹部がシリンダ内部の半径方向の拡張部である領域において行われるのがよい。
【００２２】
本発明によるピストン圧縮機の特別な一実施形態によれば、凹部は、長手軸に対して交差する半径方向内側に向けられた肩部を備えており、この肩部に弁ユニットのハウジングが軸側で支持される。肩部は、好ましくは、凹部の軸方向一端、又は場合によっては凹部の軸方向両端間で、凹部内部の半径方向に延在する壁で構成されている。この場合、肩部は好ましくは環状に形成され、凹部の断面を減少させる。肩部は、力を受ける追加的な面を構成することができる。
【００２３】
さらなる有利な実施形態においては、シリンダ及びシリンダヘッドにも、夫々弁ユニットのハウジングの当接部に対応する当接面が形成されていてもよい。この場合、シリンダヘッドに形成された当接面は、シリンダから遠ざかる方向にて弁ユニットの長手軸に向かって斜めに延びるようにテーパ状に形成されており、シリンダ上の、少なくとも周面部に形成された当接面は、シリンダヘッドから遠ざかる方向にて弁ユニットの長手軸に向かって斜めに延びるようにテーパ状に形成されている。ここで、シリンダ側の当接面は、シリンダのシリンダヘッドに対向する側部に配置されている凹部内に設けられているのが好適であり、シリンダヘッド側の当接面は、シリンダヘッドのシリンダに対向する側部に形成される凹部内に設けられているのが好適である。これに関連して、好適には、ハウジングの外周壁に、弁ユニットの長手軸に対して互いに反対方向に傾斜した２つの当接部が、ハウジングの軸方向に直接隣接して形成されているような弁ユニットが提供されるとよい。したがって、当接部は特に双円錐の形状を構成することができる。
【００２４】
本発明によるピストン圧縮機の別の有利な一実施形態によれば、弁ユニットが嵌合する凹部は、シリンダのシリンダヘッドに対向する端部の外周に形成される。すなわち、好ましくはシリンダの外周には、シリンダヘッドに対向する端部に、半径方向内側に向けられた壁段（shoulder）又はシリンダヘッドに向けて開いた溝が形成されており、この壁段又は溝はシリンダの全周に環状に延びる凹部を形成する。この実施形態は、弁ユニットのハウジングが弁ユニットの長手軸から半径方向に離隔して長手軸方向に突出する環状のカラーを備えており、その内周に当接部を位置させた弁ユニットの配置を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
以下では、本発明が、図面に図示された実施例を参照してより詳細に説明される。図面では、それぞれ以下のものを簡素化し様々な縮尺で概略的に示している。
【００２６】
【図１】ピストン圧縮機の一部を示す分解斜視図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】図１及び図２に示されたピストン圧縮機の組み立て状態を示す部分断面図である。
【図４】第２の実施形態によるピストン圧縮機を示す部分断面図である。
【図５】第３の実施形態によるピストン圧縮機を示す部分断面図である。
【図６】第４の実施形態によるピストン圧縮機を示す部分断面図である。
【図７】第５の実施形態によるピストン圧縮機を示す部分断面図である。
【図８】従来技術のピストン圧縮機の弁ユニットを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１〜３にはピストン圧縮機の一部が図示されている。このピストン圧縮機はシリンダ１８を備えており、その内部空間２０内にピストンが直線移動可能に導かれる。ピストン及びその駆動部は本発明において必須ではなく、またピストン圧縮機のピストン及びピストン駆動部は従来技術から周知であることから、図面が煩雑になるのを避けるため、何れの図においてもピストン及びその駆動部は図示省略した。シリンダ１８は、一端部がシリンダヘッド２２によって密閉されている。ここで、本例においては、シリンダヘッド２２は、シリンダ１８の一方の側部２４を覆い、４つのねじ付きピン２６を介してシリンダ１８とねじ止めされている。当然ながら、シリンダヘッド２２は他の手法でシリンダ１８と結合されていてもよく、例えば４つよりも多い又は少ないねじ付きピン２６を介してねじ止めされてもよい。
【００２８】
ピストン圧縮機内において、シリンダ１８とシリンダヘッド２２との間には、弁ユニット２８が配置されている。この弁ユニット２８のハウジング３０は、段を付けて形成されている。ここで、ハウジング３０は、第１のハウジング部分３２及び第２のハウジング部分３４という２つの部分で形成されており、第１のハウジング部分３２は、弁ユニット２８の長手軸Ａを中心として、第１のハウジング部分３２に連結する第２のハウジング部分３４よりも半径方向に拡張しており、これによって第２のハウジング部分３４よりも大きな断面を有する。全体として、弁ユニット２８は、その基本的な構造においては、図８による構造と対応していてもよく、第１のハウジング部分３２は図８のハウジング部分２に、第２のハウジング部分３４は図８のハウジング部分４に対応する。第１及び第２のハウジング部分３２，３４は、円形の外面形状を備える。第１及び第２のハウジング部分３２，３４は適切に互いに結合されているが、一体に形成されてもよい。弁ユニット２８のハウジング３０において、第２のハウジング部分３４の断面の輪郭によって規定されるハウジング３０の断面領域には、少なくとも１つの入口弁及び１つの出口弁が設けられている。この少なくとも１つの入口弁及び少なくとも１つの出口弁は、図中ではいずれも省略されているが、例えば図８に図示された従来技術の弁ユニットのように形成されていてもよい。図示された弁ユニット２８において、少なくとも１つの入口弁１３は、ハウジング３０の表面３６から表面３８へと延びる、弁ユニット２８を通る密閉可能な流路を形成し、少なくとも１つの出口弁１５は、ハウジング３０の表面３８から表面３６へと延びる、弁ユニット２８を通る密閉可能な流路を形成する。
【００２９】
図１〜３に示されたピストン圧縮機内において、弁ユニット２８は、シリンダヘッド２２の凹部４０に嵌合することによってシリンダ１８とシリンダヘッド２２との間に配置される。この凹部４０は、シリンダヘッド２２の、シリンダ１８に対向する側部４２に形成されており、且つ凹部４０に嵌合する弁ユニット２８の長手軸Ａがピストン圧縮機若しくはシリンダヘッド２２の長手軸Ｂと合致するように配置されている。凹部４０は、シリンダ１８の内部空間２０よりも半径方向に拡張している。すなわち、凹部４０は内部空間２０よりも大きな直径を有している。
【００３０】
第２のハウジング部分３４の表面３６に形成された凹部４６内に嵌合するシールリング４４を介して、弁ユニット２８のハウジング３０は、シリンダヘッド２２内で、そこに形成された流れチャネル４８に密着して気密に支持する。流れチャネル４８は、シリンダヘッド２２内でピストン圧縮機の長手軸Ｂと同軸若しくは弁ユニット２８の長手軸Ａと同軸に配置されており、シリンダヘッド２２の、シリンダ１８とは反対側の外方に突出させてピストン圧縮機の気体の入口を構成している。この気体入口から、ピストン圧縮機内で圧縮された気体は、弁ユニット２８に配置された少なくとも１つの気体の入口弁１３を介して、シリンダ１８の内部空間２０に流入することができる。
【００３１】
弁ユニット２８の少なくとも１つの気体の出口弁１５は、弁ユニット２８において、弁ユニット２８のハウジング３０に形成された凹部４６の半径方向外側に形成されており、シリンダヘッド２２内に形成された、流れチャネル４８の外周を包囲する環状空間５０と流体連通している。環状空間５０は、シリンダヘッド２２に形成されたピストン圧縮機の気体出口５２と流体連通しているので、シリンダ１８の内部空間２０において圧縮された気体は、弁ユニット２８の少なくとも１つの気体の出口弁１５と環状空間５０とを介して気体出口５２に達することができる。
【００３２】
弁ユニット２８のハウジング３０がシリンダヘッド２２に形成された凹部４０内に嵌合する際には、第１のハウジング部分３２の外周壁５４が凹部４０の周壁５６に接触する。したがって、外周壁５４は、凹部４０の周壁５６によって形成される当接面に面で当接する弁ユニット２８の当接部を構成している。
【００３３】
第１のハウジング部分３２の外周壁５４は、その全周にわたって、長手軸Ａを中心としてシリンダ１８から遠ざかる方向に、弁ユニット２８の長手軸Ａに対して一定の角度で斜めに延びている。これにより、弁ユニット２８の第１のハウジング部分３２は円錐形状若しくは円錐台形状を有し、第１のハウジング部分３２の断面はシリンダヘッド２２の方向に小さくなっている。外周壁５４に対応して、周壁５６もまた、その全周にわたり外周壁５４と同じ一定の角度で、弁ユニット２８の長手軸Ａに対して斜めに配向されている。即ち、周壁５６は、シリンダ１８から遠ざかる方向に弁ユニット２８の長手軸Ａに対して斜めに延びている。したがって、周壁５６も円錐形状を有する。したがって、弁ユニット２８のハウジング３０がシリンダヘッド２２の凹部４０に嵌合する際には、ハウジング３０の第１のハウジング部分３２の外周壁５４が凹部４０の周壁５６に全面的に当接する。弁ユニット２８の第１のハウジング部分３２の外周壁５４及びシリンダヘッド２２の凹部４０の周壁５６が弁ユニット２８の長手軸Ａに対して斜めに配向される角度は、好ましくは、凹部４０内に嵌合するハウジング３０と凹部４０との間にセルフロック又は引っかかり（jamming）が実質的に発生しないほどの大きさである。
【００３４】
代替的又は追加的には、第２のハウジング部分３４の外周壁もまた、第１のハウジング部分３２の外周壁５４に対応して、円錐状若しくは弁ユニット２８の長手軸Ａに対して斜めに配向させてもよいことは理解されるべきである。その場合、周壁５６の実施形態と同様に、シリンダヘッド内に第２のハウジング部分３４の外周壁に対応した当接面が形成されてもよい。
【００３５】
この、シリンダヘッド２２の凹部４０内へ第１のハウジング部分３２が嵌合する際に、ハウジング３０はさらに、第１のハウジング部分３２の、表面３８とは反対側の表面５８を介して、環状の肩部６０に当接する。凹部４０の周壁５６の、シリンダ１８とは反対側の端部で肩部６０は、弁ユニット２８の長手軸Ａに対して長手軸Ａの方に向かって横に延在し、凹部４０の断面を第２のハウジング部分３４の断面に合せている。シリンダ１８にシリンダヘッド２２を取り付ける際には、シリンダヘッド２２は、表面３８がシリンダヘッド２２の表面と面一になっている弁ユニット２８と一緒にシリンダ１８の側部２４に載置されて、シリンダ１８とねじ止めされる。この場合、シリンダ１８の側部２４には、シリンダ１８を弁ユニット２８及びシリンダヘッド２２に対して並びに周囲若しくは大気に対して気密に封止する環状の平形ガスケット６２が予め配置されている。
【００３６】
図４は、シリンダヘッドの第２の実施形態であり、図１〜３に図示されたピストン圧縮機と異なるピストン圧縮機を示している。但し、図４に図示されているピストン圧縮機のシリンダ１８及び弁ユニット２８は、図１〜３に図示されたピストン圧縮機のシリンダ１８及び弁ユニット２８と同一である。図４に図示されたピストン圧縮機のシリンダヘッド２２’は、図１〜３に図示されたピストン圧縮機のシリンダヘッド２２と概ね一致している。シリンダヘッド２２’とシリンダヘッド２２との間の唯一の相違は、シリンダヘッド２２に設けられている肩部６０がシリンダヘッド２２’では省略されている点、及びシリンダヘッド２２’の凹部４０’の周壁５６’がシリンダ１８から遠ざかる方向にて弁ユニット２８の長手軸Ａに対して斜めに延びるようにテーパ状に形成されており、周壁５６’がシリンダヘッド２２’の環状空間５０のすぐ傍で終わっている点にある。したがって、弁ユニット２８は、その外周の領域において、外周壁５４のみを介してシリンダヘッド２２’と面で当接する。
【００３７】
図５に図示された第３のピストン圧縮機はシリンダヘッド２２’を備えており、これは図４に図示されたピストン圧縮機のシリンダヘッド２２’と同一である。図５に図示されたピストン圧縮機のシリンダ１８’は、図１〜３に図示されたピストン圧縮機のシリンダ１８と概ね一致している。しかし、シリンダ１８’は、シリンダヘッド２２’に対向する側部２４に、シリンダ１８’の内部空間２０の半径方向の拡張部を構成する凹部６４が形成されているという点で、シリンダ１８と相違する。凹部６４の半径方向の境界を定める周壁６６は、シリンダヘッド２２’から遠ざかる方向で、ピストン圧縮機内に設けられた弁ユニット２８’の長手軸Ａに向かって斜めに延びるようにテーパ状に形成されている。したがって、周壁６６も同様に円錐形状を有する。ここで、周壁６６の、シリンダヘッド２２’に対向する端部は、シリンダヘッド２２’に形成された凹部４０’の周壁５６’の、シリンダ１８’に対向する端部と一致している。弁ユニット２８’は、図１〜４に図示された弁ユニット２８と、第１のハウジング部分３２’の実施形態に関してのみ相違している。第１のハウジング部分３２’は外周壁５４’を備えており、この外周壁５４’は、第１のハウジング部分３２’の表面３８’と、その反対側の表面５８’との間のほぼ中間に位置する平面６８から、シリンダヘッド２２’に対応する領域においてはシリンダ１８’から遠ざかる方向で弁ユニット２８’の長手軸Ａに向かって斜めに延び、シリンダ１８’に対応する領域においてはシリンダヘッド２２’から遠ざかる方向で弁ユニット２８’の長手軸Ａに向かって斜めに延びている。したがって、外周壁５４’は、中心から出発し軸方向両端に向かって先細る双円錐の形状を有する。シリンダヘッド２２’に対応する領域において外周壁５４’が長手軸Ａに向かって傾く角度は、シリンダヘッド２２’に形成された凹部４０’の周壁５６’が弁ユニット２８’の長手軸Ａに向かって傾く角度と一致している。その一方で、シリンダ１８’に対応する領域において外周壁５４’が長手軸Ａに向かって傾く角度は、シリンダ１８’に形成された凹部６４の周壁６６が長手軸Ａに向かって傾く角度と一致する。第１のハウジング部分３２’は、シリンダ１８’に対応する領域がシリンダ１８’に形成された凹部６４内に嵌合する。第１のハウジング部分３２’の、シリンダヘッド２２’に対応する領域は、シリンダヘッド２２’に形成された凹部４０’に収容される。ピストン圧縮機内において、弁ユニット２８’はこの位置で、シリンダ１８’とシリンダヘッド２２’との間に固定される。
【００３８】
図６に図示されたピストン圧縮機の第４の実施形態は、図５に図示されたピストン圧縮機と同じシリンダ１８’を備える。ピストン圧縮機のシリンダヘッド２２’’には、シリンダ１８’に対向する側部から出発して円筒状の凹部４０’’が形成されており、この凹部４０’’は環状空間５０に通じている。凹部４０’’の直径は、シリンダ１８’に形成された凹部６４の最大直径よりも小さい。凹部６４内には、弁ユニット２８’’の第１のハウジング部分３２’’が嵌合する。シリンダ１８’の凹部６４の周壁６６に対応して、第１のハウジング部分３２’’の外周壁５４’’は、その全周にわたり、シリンダヘッド２２’’から遠ざかる方向にて弁ユニット２８’’の長手軸Ａに向かって斜めに延びるようにテーパ状に形成されている。長手軸Ａの方向においては、第１のハウジング部分３２’’は、第１のハウジング部分３２’’の表面５８’’がシリンダ１８’の側部２４、即ち軸方向の側部２４と面一になるように寸法決めされている。第１のハウジング部分３２’’の表面５８’’上に、シリンダヘッド２２’’の凹部４０’’を半径方向に取り囲むシリンダヘッド２２’’の壁の一部が載っているので、弁ユニット２８’’は、シリンダ１８’とシリンダヘッド２２’’との間に固定される。
【００３９】
図７に図示されたピストン圧縮機の第５の実施形態は、シリンダ１８’’を備えており、これは、シリンダ１８’’の側部２４に、シリンダ１８’’の外周７０に隣接して、外周７０の全体にわたって延在する凹部７２が形成されているという点に関してのみ、図１〜３に図示されたピストン圧縮機のシリンダ１８と相違する。凹部７２の周壁７４は、シリンダヘッド２２’’に向かう方向にて、ピストン圧縮機の弁ユニット２８’’’の長手軸Ａに向かって斜めに延びるようにテーパ状に形成されている。すなわち、円錐形状を有している。シリンダヘッド２２’’は、図６に図示されたピストン圧縮機のシリンダヘッド２２’’と同一である。弁ユニット２８’’’には、第１のハウジング部分３２’’’が、凹部７２に隣接する領域でシリンダ１８’’の外径と一致する直径を備えているという特徴がある。ここで、シリンダ１８’’に対向する表面３８’’には、長手軸Ａの方向に突出した環状のカラーの形をした突出部７６が形成されており、これがシリンダ１８’’に形成された凹部７２内に嵌合する。このとき、凹部７２の周壁７４の斜面に対応する斜面を備え、シリンダヘッド２２’’に向かう方向に斜めに延びる突出部７６の内周壁７８が、シリンダ１８’’の凹部７２の周壁７４と接触する。
【符号の説明】
【００４０】
２…ハウジング部分
４…ハウジング部分
６…ねじ
８…表面
１０…表面
１２…入口弁断面
１３…入口弁
１４…出口弁断面
１５…出口弁
１６…拡張部
１８，１８’，１８’’…シリンダ
２０…内部空間
２２，２２’，２２’’…シリンダヘッド
２４…側部
２６…ねじ付きピン
２８，２８’，２８’’，２８’’’…弁ユニット
３０，３０’，３０’’，３０’’’…ハウジング
３２，３２’，３２’’，３２’’’…第１のハウジング部分
３４…第２のハウジング部分
３６…表面
３８，３８’，３８’’，３８’’’…表面
４０，４０’，４０’’…凹部
４２…側部
４４…シールリング
４６…凹部
４８…流れチャネル
５０…環状空間
５２…気体出口
５４，５４’，５４’’…外周壁
５６，５６’ …周壁
５８，５８’ …表面
６０…肩部
６２…平形ガスケット
６４…凹部
６６…周壁
６８…平面
７０…外周
７２…凹部
７４…周壁
７６…突出部
７８…内周壁
Ａ…弁ユニットの長手軸
Ｂ…シリンダヘッド又はピストン圧縮機の長手軸
【図１】
0006458067.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006458067.tif 000006
【図６】
0006458067.tif 000007
【図７】
0006458067.tif 000008
【図８】
0006458067.tif 000009