Optimiertes Ventilsystem für Kolbenkompressoren - Ventillamelle und Ventilfänger mit aerodynamischer Dämpfung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für einen insbesondere ölfreien Kolbenkompressor zur Drucklufterzeugung in einem Schienenfahrzeug, beispielsweise zur Betätigung der Bremsmechanik.

Im Bahn- bzw. Schienenfahrzeugbereich werden häufig Kolbenkompressoren zur Drucklufterzeugung verwendet, z. B. zur Betätigung der Bremsmechanik. Es gibt grundsätzlich verschiedene Bauarten. Kolbenkompressoren, insbesondere ölfreie Kompressoren, haben sich grundsätzlich bewährt, lassen jedoch noch Raum für Verbesserungen. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Verbesserung derartiger Kolbenkompressoren. Ein wesentliches Thema, das bislang noch nicht im Entwicklungsfokus im Schienenfahrzeugbereich stand, ist das akustische Verhalten der Kolbenkompressoren. Insbesondere die alternierende Bewegung der Funktionsbauteile wirkt sich negativ auf das akustische Emissionsverhalten aus.

Gattungsgemäße Kolbenkompressoren nutzen Ventilanordnungen zur Drucklufterzeugung, wobei der Kolbenkompressor eine Ventilplatte mit mehreren Druckluftöffnungen für die bereitzustellende Druckluft aufweist. Die Ventilanordnungen umfassen einen Ventilfänger und eine relativ zu dem Ventilfänger bewegbare Ventillamelle zum Öffnen und Schließen der Druckluftöffnung. Die Bewegung der Ventillamelle wird durch den Druckunterschied zwischen der Kompressionskammer und der Luftkammern im Zylinderkopf des Kolbenkompressors angeregt. Hierbei treten gerade zu Beginn des Öffnungszyklus sehr große Druckdifferenzen und somit sehr hohe Beschleunigungskräfte auf die Ventillamelle auf. Aufgrund der hohen Beschleunigungskräfte schlägt die Ventillamelle mit hoher Geschwindigkeit ungebremst auf den Lamellenfänger auf.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben identifiziert, dass das Verhalten der Ventilanordnung einen beachtlichen Einfluss auf die akustische Gesamtemission hat. Diese Emissionen entstehen sowohl durch die Anregung der Luftvolumina durch die Ventilbewegung wie auch durch das Anschlägen der Ventile an der Ventilplatte bzw. dem entsprechenden Ventilfänger. Neben der akustischen Anregung kann die Ventilbewegung auch den Massenstromverlauf und somit den Liefergrad beeinflussen. Dies wiederum hat einen direkten Einfluss auf die Effizienz des Kompressors.

Aktuell werden die Ventilfänger in der Regel als einfaches Blechbauteil hergestellt. Sowohl der Ventilfänger als auch die Ventillamelle weisen eine ebene platten- oder scheibenartige Struktur auf. Im geöffneten Ventilzustand liegt die Ventillamelle mit ihrer Oberseite flächig auf der Unterseite des Ventilfängers auf bzw. an.

Durch die Kolbenbewegung im Zylinder und der damit verbundenen Kompression und Expansion der Luft im Zylinder werden durch die entstehenden Druckunterschiede zwischen dem Zylinder und den Luftvolumina (saug- und druckseitig) die Ventilanordnungen mechanisch zum jeweiligen Öffnen angeregt. Die Bewegung der Ventillamelle wird von deren inneren Kräften, ihrer Massenträgheit sowie den von außen einwirkenden, insbesondere durch die Luft, verursachten Kräfte beeinflusst. Die von der Luft verursachten Kräfte wirken hierbei zum Öffnungsbeginn auf der Ober- und Unterseite der Ventillamelle. Die Ventillamelle rollt sich bei der Bewegung in Richtung des Ventilfängers an diesem ab. Dabei ändern sich dann die Kontaktfläche zwischen der Ventillamelle und dem Ventilfänger und damit auch die einwirkenden Kräfte auf der dem Ventilfänger zugewandten Fläche der Ventillamelle.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere die Akustik und/oder den Massenstromverlauf bei Kolbenkompressoren zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Danach ist eine Ventilanordnung für einen insbesonderen ölfreien Kolbenkompressor zur Drucklufterzeugung eines Schinenfahrzeugs bereitgestellt. Kolbenkompressoren werden im Bahn- bzw. Schienenfahrzeubereich beispielsweise zur Betätigung der Bremsmechanik eingesetzt. Generell lassen sich Kolbekompressoren in ölgeschmierte und ölfreie Kolbenkompressoren unterteilen. Gattungsgemäße Kolbenkompressoren umfassen eine Ventilplatte mit einer Druckluftöffnung für die bereitzustellende Druckluft. Die bereitzustellende Druckluft kann beispielsweise in einer Kompressionskammer erzeugt und/oder gespeichert sein und/oder über die Druckluftöffnung in eine Luftkammer beispielsweise in einem Zylinderkopf des Kolbenkompressors abgegeben werden.

Erfindungsgemäß umfasst die Ventilanordnung einen Ventilfänger und eine flexible und/oder relativ zu dem Ventilfänger bewegbare Ventillamelle zum Öffnen und Schließen der Druckluftöffnung. Beispielsweise kann die Ventillamelle flexibel gelagert sein, sodass eine Relativbewegung bezüglich des Ventilfängers zum Einstellen der Druckluftströmung ermöglicht ist. Dabei kann die Ventillamelle aus einem biegbaren, elastischen Material bestehen bzw. dieses umfassen und sich zum Freigeben und/oder Schließen der Druckluftöffnung insbesondere elastisch verformen. In umgekehrter Bewegung, also zum Schließen und/oder Öffnen der Druckluftöffnung, kann in Folge der elastischen Deformation in der einen Bewegungsrichtung der Ventillamelle eine elastische Deformationsrückstellkraft aufgebaut werden, die die Ventillamelle wieder in die andere Stellrichtung bewegt. Beispielsweise kann die Ventillamelle so gestaltet sein, dass die elastische Deformationsrückstellkraft in Schließrichtung wirkt, sodass, sofern keine Gegenkraft oder Stellkraft an der Ventillamelle anliegt, sich die Ventillamelle im geschlossenen Zustand befindet, d.h. die Druckluftöffnung verschließt. Zum Öffnen der Druckluftöffnung wird der Druckunterschied zwischen Kompressionskammer und Luftkammer des Kolbenkompressors verwendet. Die Stellkraft zum Öffnen der Venitllamelle, insbesondere der dabei vorherrschende Druckunterschied stromaufwärts und stromabwärts der Ventillamelle, übersteigt beim Freigeben der Druckluftöffnung die elastische Deformationsrückstellkraft der Ventillamelle.

Erfindungsgemäß kennzeichnet sich die Ventilanordnung durch eine der Ventillamelle zugeordnete Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung aus. Die Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung kann dazu in der Lage sein, eine Bewegung der Ventillamelle beim Öffnen und Schließen der Druckluftöffnung zu dämpfen und/oder abzubremsen. Beispielsweise kann die Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung der Ventillamelle beim Öffnen oder Schließen der Druckluftöffnung reduzieren. Des Weiteren ist es möglich, dass die Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung dazu eingerichtet ist, den Aufprall der Ventillamelle auf den Ventilfänger beim Öffnen der Druckluftöffnung und/oder den Aufprall der Ventillamelle auf der Ventilplatte beim Schließen der Druckluftöffnung zu dämpfen. Mit anderen Worten bewirkt die Dämpfung zwischen der Ventillamelle und dem Ventilfänger und/oder der Venitllamelle und der Ventilplatte, dass der Impakt der Ventillamelle auf der entsprechenden anderen Komponente weicher, leiser und/oder langsamer ausfällt, sodass eine Schwingungsanregung der jeweils anderen Komponente reduziert wird, wodurch sich eine verringerte akustische Emission beim Einnehmen der jeweiligen Position der Ventillamelle ergibt.

In einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung eine aerodynamische Dämpfungsvorrichtung auf. Beispielsweise ist die Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung als aerodynamische Dämpfungsvorrichtung realisiert. Als aerodynamische Dämpfungsvorrichtung kann im Allgemeinen verstanden werden, dass Luft, insbesondere Druckluft, zum Dämpfen und/oder Abbremsen der Ventillamellenbewegung eingesetzt wird. Die aerodynamische Dämpfungsvorrichtung hat sich insofern als besonders vorteilhaft erwiesen, als die ohnehin vorhandene Luft, insbesondere Druckluft, zur Dämpfung und/oder Abbremsung der Ventillamelle verwendet werden kann, insbesondere ohne dass zusätzliche, separate Dämpfungs- und/oder Bremsmittel notwendig sind.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist die Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung dazu eingerichtet, beim Öffnen der Druckluftöffnung durch die Ventillamelle, also beim sich Entfernen der Ventillamelle von der Ventilplatte, einen Luftspeicher zwischen Ventilfänger und Ventillamelle auszubilden, indem Luft zum Dämpfen und/oder Abbremsen der Ventillamelle wenigstens zeitweise eingeschlossen ist. Der Luftspeicher kann so gestaltet sein, dass nicht notwendigerweise ein Kontakt zwischen Ventillamelle und Ventilfänger ausgeschlossen ist. Beispielsweise kann der Luftspeicher so gestaltet sein, dass dieser sich insbesondere kontinuierlich mit zunehmender Zeit entleert, sodass die Ventillamelle durchaus in einen Anschlagkontakt, der dann gedämpft und/oder gebremst abläuft, gelangt. Der Luftspeicher ist vorteilhafterweise so gestaltet, dass dieser zumindest so lange aufrecht erhalten ist bzw. bleibt, bis die Bewegung der Ventillamelle größtenteils, insbesondere zu wenigstens 50 %, wenigstens 60 %, wenigstens 70 %, oder wenigstens 80 % einer Maximalgeschwindigkeit und/oder Maximalbeschleunigung der Ventillamelle beim Öffnen bzw. Schließen der Druckluftöffnung, abgedämpft bzw. abgebremst ist.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung sind die Ventillamelle und der Ventilfänger derart auf einander formabgestimmt, dass beim Öffnen der Druckluftöffnung durch die Ventillamelle die Ventillamelle und der Ventilfänger wenigstens teilweise ineinander einfahren können. Mit anderen Worten nimmt der Ventilfänger beim Öffnen der Druckluftöffnung durch die Ventillamelle die Ventillamelle wenigstens teilweise auf, oder umgekehrt. Dadurch ist zum einen eine besonders platzsparende Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung geschaffen. Des Weiteren ist auf konstruktiv einfache Weise eine Möglichkeit der aerodynamischen Dämpfungsvorrichtung erzielt, wobei beim Ineinandereinfahren von Ventillamelle und Ventilfänger der Luftspeicher zwischen Ventilfänger und Ventillamelle ausgebildet wird, sodass die Luft die Bewegung der Ventillamelle relativ zu dem Ventilfänger abbremst und/oder dämpft. Beispielsweise können Ventillamelle und Ventilfänger im Wesentlichen teleskopartig ineinander einfahren.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Ventilfänger oder die Ventillamelle eine Schürze auf, die derart dimensioniert und/oder an Ventilfänger oder Ventillamelle in Bezug auf die jeweils andere Komponente aus Ventilfänger und Ventillamelle angeordnet ist, dass beim Öffnen der Druckluftöffnung durch die Ventillamelle die Schürze eine Außenkontur der jeweils anderen Komponente aus Ventillamelle und Ventilfänger wenigstens abschnittsweise umschließt. Beispielsweise kann die Schürze wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens 30 %, wenigstens 40 %, oder wenigstens 50 %, der Außenkontur der zu umschließenden Komponente umschließen. Beim Öffnen der Druckluftöffnung durch die Ventillamelle bewegt sich die Ventillamelle kontinuierlich in Richtung der Ventilplatte. Die Schürze, auch Dämpfungs- und/oder Bremsschürze genannt, steht in Richtung der jeweils anderen Komponente aus Ventillamelle und Ventilfänger, an dem die Schürze nicht angeordnet ist, vor, sodass die Schürze mit zunehmender Öffnungsbewegung der Ventillamelle insbesondere kontinuierlich eine stirnseitige Außenumfangswand von Ventilfänger bzw. Ventillamelle überlappt. Sobald eine Überlappung zwischen Schürze und Ventillamelle bzw. Ventilfänger erreicht ist, bildet sich ein Luftspeicher zwischen Ventilfänger und Ventillamelle aus, sodass die Bewegung der Ventillamelle abgebremst bzw. abgedämpft werden kann. Durch die Überlappung von Schürze und Ventilfänger bzw. Venitllamelle und das Vorstehen der Schürze von der jeweiligen Komponente, an der die Schürze angebracht ist, kann in dem zwischen Ventilfänger und Ventillamelle bestehendem Freiraum der Luftspeicher ausgebildet werden, indem Luft eingeschlossen wird, welche die Bewegung der Ventillamelle abdämpft bzw. abbremst.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist die Schürze aus einem Stück mit Ventilfänger oder Ventillamelle hergestellt. Beispielsweise ist die Schürze durch Umformen oder Urformen hergestellt.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Schürze an einem Rand des Ventilfängers oder der Ventillamelle angeordnet und erstreckt sich entlang wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens 30 %, wenigstens 40% oder wenigstens 50 %, des Umrisses des Ventilfängers oder Ventillamelle. Beispielsweise erstreckt sich die Schürze um höchstens 90 % insbesondere höchstens 80 %, 70 %, oder höchstens 60 %, des Umrisses des Ventilfängers oder der Ventillamelle, je nach dem, an welcher Komponente die Schürze angeordnet ist.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung weisen die Ventillamelle und der Ventilfänger eine längliche Gestalt auf und sind im Bereich eines Kürzendes aneinander befestigt, insbesondere aneinander verschraubt. Beispielsweise können Ventillamelle und Ventilfänger mit der Ventilplatte verschraubt sein. Die Schürze ist im Bereich des gegenüberliegenden Kürzendes angeordnet bzw. angeformt. Beim Öffnen der Druckluftöffnung durch die Ventillamelle bleiben die aneinanderbefestigten Kürzenden von Ventillamelle und Ventilfänger ortsfest, während das gegenüberliegende Schürzen-Kurzende eine Öffnungsbewegung ausführt. Dies bedeutet, dass eine Bewegungsamplitude der Ventillamelle ausgehend von dem Befestigungs-Kurzende hin zu dem Schürzen-Kurzende kontinuierlich zunimmt. Beispielsweise ist eine Schürzenabmessung, insbesondere Schürzenhöhe, an die Bewegungsamplitude der Ventillamelle abgestimmt.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Ventillamelle und die Ventilfänger flächig ausgebildet. Die Schürze erstreckt sich dabei im Wesentlich lotrecht zur flächigen Erstreckung der Ventillamelle oder des Ventilfängers in Richtung der jeweils anderen Komponente aus Ventillamelle und Ventilfänger. Dadurch, dass die Schürze von der flächigen Erstreckung, insbesondere der der jeweils anderen Komponente von Ventillamelle und Ventilfänger zugewandten Ober- bzw. Unterseite vorsteht, gelangt die Schürze vor der flächigen Oberfläche in einen Eingriff bzw. in den Bereich der jeweils anderen Komponente aus Ventillamelle und Ventilfänger, sodass die aerodynamische Dämpfungsvorrichtung gebildet werden kann, insbesondere ein Luftspeicher zwischen Ventilfänger und Venitllamelle ausgebildet werden kann.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung nimmt eine Höhenabmessung der Schürze insbesondere kontinuierlich in Richtung ausgehend vom Befestigungs-Kurzende hin zu dem Schürzen-Kurzende zu. Es wurde erkannt, dass im Bereich des Schürzen-Kurzendes die Hauptbewegung der Ventillamelle durchgeführt wird und insofern dort die größte Höhenabmessung der Schürze notwendig ist. In Richtung des Befestigungs-Kurzendes kann die Schürzenhöhe abnehmen, sodass Material eingespart und somit Kosten reduziert werden können.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung sind der Ventilfänger und die Ventillamelle derart aufeinander formabgestimmt, das beim Öffnen der Druckluftöffnung durch die Ventillamelle zwischen der Schürze und der Außenkontur der jeweils anderen Komponente aus Ventilfänger und Ventillamelle, die von der Schürze umschlossen wird, ein Spalt vorgesehen ist bzw. bestehen bleibt. Über den Spalt kann Luft aus einem zwischen Ventilfänger und Ventillamelle ausgebildeten Luftspeicher, welcher insbesondere die dynamische Dämpfungsvorrichtung bildet, ausströmen. Beispielsweise kann mit Hilfe der Schürze die aus- bzw. einströmende Druckluft aus dem Zylinder- bzw. aus dem Einlassvolumen verwendet werden, um mit diesem Gegendruck die Luft zwischen dem Ventilfänger und der Ventillamelle am Entweichen zu behindern. Die Verweilzeit der gespeicherten Druckluft wird somit verlängert und damit die dämpfende Eigenschaft und/oder Abbremsen der Eigenschaft der Schürze verstärkt.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist über den Querschnitt des Spalts zwischen der Schürze und der Außenkontur der jeweils anderen Komponente aus Ventillamelle und Ventilfänger, die von der Schürze umschlossen wird, die Dämpfungs- und/oder Bremswirkung der Ventillamelle einstellbar. Beispielsweise bestimmen der Spaltquerschnitt und die sich daraus ergebende ausströmende Luftgeschwindigkeit im Verhältnis zu der Ventillamellengeschwindigkeit die Dämpfungseigenschaft der Ventillamelle.

In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Ventilanordnung eine Ventilplatte mit einer Druckluftöffnung auf. Dabei ist die Ventillamelle der Ventilplatte derart zugeordnet, dass in einem Geschlossenzustand die Ventillamelle die Druckluftöffnung verschließt, und die Dämpfungseinrichtung und/oder Bremseinrichtung dazu eingerichtet, eine Bewegung der Ventillamelle zum Schließen der Druckluftöffnung zu dämpfen und/oder abzubremsen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die der Ventillamelle zugeordnete Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung auch dazu genutzt werden kann, die akustischen Emissionen beim Schließen der Ventilanordnung, also beim Anschlägen der Ventillamelle auf der Ventilplatte, die einen Ventilsitz aufweist, zu reduzieren. Insofern ist die Gesamtakustikemisssion der erfindungsgemäßen Ventilanordnung deutlich im Vergleich zum Stand der Technik reduziert.

Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird beim Schließen der Druckluftöffnung durch die Ventillamelle ein Unterdrück zwischen Ventilfänger und Ventillamelle aufgebaut, der eine Schließgeschwindigkeit und/oder eine Schließbeschleunigung der Venitllamelle in Richtung Ventilplatte verringert. Beispielsweise kann aufgrund des eingeschränkten Einströmverhaltens der Luft in den zwischen Ventilfänger und Ventillamelle ausgebildeten Freiraum, insbesondere Luftspeicher, was auf den geringen Spalt zwischen Ventillamelle und Ventilfänger zurückzuführen ist, entsteht ein Unterdrück stromabwärts der Ventillamelle, nämlich zwischen Ventillamelle und Ventilfänger. Dieser Unterdrück wirkt sich negativ auf die Schließbeschleunigung und -geschwindigkeit der Ventillamelle aus. Aufgrund der reduzierten Beschleunigung der Ventillamelle resultiert daraus eine verringerte Aufprallgeschwindigkeit der Ventillamelle auf der Ventilplatte. Insofern kann dadurch der Kontaktimpuls bzw. Impakt beim Schließen der Lamelle mit der Ventilplatte und die dazugehörige akustische Anregung reduziert werden. Es ist des Weiteren möglich, den Schließzeitpunkt und somit den Massenstrom positiv zu beeinflussen. Über die geometrische Gestaltung der Dämpfungs- und/oder Bremsschürze sowie die geometrische Realisierung des Spalts zwischen Ventillamelle und Ventilfänger, insbesondere des Spalts zwischen der Schürze und der jeweils anderen Komponente aus Ventilfänger und Ventillamelle, an der die Schürze nicht angeordnet ist, kann somit der Massenstrom, also die Ventilanordnung durchströmende Druckluftströmung eingestellt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Ventilfänger für eine Ventilanordnung eines insbesondere ölfreien Kolbenkompressors zur Drucklufterzeugung in einem Schienenfahrzeug bereitgestellt. Die Ventilanordnung kann beispielsweise gemäß einem der zuvor beschriebenen Aspekte beziehungsweise beispielhaften Ausführungen ausgeführt sein. Kolbenkompressoren werden im Bahn- Schienen bzw. Schienenfahrzeugbereich beispielsweise zur Betätigung der Bremsmechanik eingesetzt. Generell lassen sich Kolbenkompressoren in ölgeschmierte und ölfreie Kolbenkompressoren unterteilen. Gattungsgemäße Kolbenkompressoren umfassen eine Ventilplatte mit einer Druckluftöffnung für die bereitzustellende Druckluft. Die bereitzustellende Druckluft kann beispielsweise in einer Kompressionskammer erzeugt und/oder gespeichert sein und/oder über die Druckluftöffnung in eine Luftkammer beispielsweise in einem Zylinderkopf des Kolbenkompressors abgegeben werden.

Der erfindungsgemäße Ventilfänger umfasst eine flächige Erstreckung mit einer einer Ventillamelle zum Einstellen einer Druckluftströmung zuzuwendenden Seite, insbesondere Unterseite, an der eine insbesondere senkrecht zur flächigen Erstreckung orientierte Schürze vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, eine Außenkontur der Venitllamelle wenigstens abschnittsweise zu umschließen. Bei der Seite kann es sich beispielsweise um die Unterseite des Ventilfängers handeln. Die Schürze ist insbesondere dazu eingerichtet, in einem Geschlossenzustand der Ventilanordnung die Außenkontur der Ventillamelle wenigstens abschnittsweise zu umschließen.

Es sei klar, dass die in Bezug auf die Ventilanordnung gemachten Ausführungen bezüglich der vorliegenden Erfindung in analogerweise für den erfindungsgemäßen Ventilfänger gelten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist eine Ventillamelle für eine insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Aspekte beziehungsweise beispielhaften Ausführungen ausgebildete Ventilanordnung eines insbesondere ölfreien Kolbenkompressor zur Drucklufterzeugung in einem Schienenfahrzeug bereitgestellt. Kolbenkompressoren werden im Bahn- bzw. Schienenfahrzeugbereich beispielsweise zur Betätigung der Bremsmechanik eingesetzt. Generell lassen sich Kolbekompressoren in ölgeschmierte und ölfreie Kolbenkompressoren unterteilen. Gattungsgemäße Kolbenkompressoren umfassen eine Ventilplatte mit einer Druckluftöffnung für die bereitzustellende Druckluft. Die bereitzustellende Druckluft kann beispielsweise in einer Kompressionskammer erzeugt und/oder gespeichert sein und/oder über die Druckluftöffnung in eine Luftkammer beispielsweise in einem Zylinderkopf des Kolbenkompressors abgegeben werden.

Die erfindungsgemäße Ventillamelle umfasst eine flächige Erstreckung mit einer einem Ventilfänger zum Einstellen einer Druckluftströmung zuzuwendenden Seite, insbesondere Oberseite, an der eine insbesondere senkrecht zur flächigen Erstreckung orientierte Schürze vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, insbesondere in einem geschlossenen Zustand der Ventilanordnung eine Außenkontur des Ventilfängers wenigstens abschnittsweise zu umschließen.

Es sei klar, dass die in Bezug auf die erfindungsgemäße Ventilanordnung gemachten Ausführungen in analogerweise für die erfindungsgemäße Ventillamelle gelten sollen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Kolbenkompressor, insbesondere ein ölfreier Kolbenkompressor, zur Drucklufterzeugung in einem Schienenfahrzeug bereitgestellt. Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor umfasst einen nach einem der vorstehenden Aspekte bzw. beispielhaften Ausführungen ausgebildete Ventilanordnung, eine erfindungsgemäße Ventillamelle und/oder einen erfindungsgemäßen Ventilfänger.

Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaften Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;

Figur 2 eine Detail-Schnittansicht in perspektivischer Darstellung der

Ventilanordnung gemäß Figur 1 ;

Figur 3 die Detail-Schnittansicht nach Figur 2 in Seitenansicht;

Figur 4 eine Schnittansicht einer weiteren beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;

Figur 5 die Ventilanordnung gemäß Figur 4 in perspektivischer Darstellung;

Figur 6 eine Schnittdarstellung einer weiteren beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung;

Figur 7 die Schnittansicht der Ventilanordnung gemäß Figur 6 in perspektivischer Darstellung; und Figur 8 die Ventilanordnung gemäß der Figuren 6 und 7 in perspektivischer Darstellung.

In der folgenden Darstellung beispielhafter Ausführung in der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Ventilanordnung für einen insbesondere ölfreien Kolbenkompressor zur Drucklufterzeugung beispielsweise in einem Schienenfahrzeug im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Die Ventilanordnung 1 umfasst eine Ventilplatte 3, die eben und dünnwandig ausgebildet sein kann, wobei unter dünnwandig zu verstehen ist, dass die Erstreckung der Ventilplatte 3 in ihrer Ebene deutlich größer bemessen ist als ihre Wandstärke bzw. Wanddicke. Die Ventilplatte 3 umfasst mehrere Durchgangsbohrungen 5, um die Ventilplatte 3 für unterschiedlich dimensionierte und/oder ausgebildete Kolbenkompressoren einsetzen zu können. Die Durchgangsbohrungen 5 werden als Druckluftöffnungen für die bereitzustellende Druckluft oder zur Befestigung weiterer Komponenten der Ventilanordnung 1 eingesetzt. Des Weiteren weist die Ventilplatte 3 vier gleichmäßig verteilte und im Randbereich der Ventilplatte 3 angeordnete Befestigungsbohrungen 31 auf, die beispielsweise der Verschraubung und/oder Zentrierung der Ventilplatte 3 auf bzw. an einem Zylinder oder einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) dienen.

Gemäß der beispielhaften Ausführung in Figur 1 umfasst die erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 vier Ventile 7, mittels denen jeweils eine dem jeweiligen Ventil 7 zugeordnete Druckluftöffnung 5 geöffnet bzw. verschlossen werden kann, um eine Druckluftströmung durch die Druckluftöffnung 5 zu gewährleisten bzw. zu unterbinden.

Auf die Detailausführungen der Ventilanordnung 1 wird im Folgenden eingegangen. In Figur 1 ist je ein Ventilfänger 9 des jeweiligen Ventils 7 von oben zu sehen. In Figur 1 ist ferner zu erkennen, dass die Ventilplatte 3 beispielsweise eine im Wesentlichen achteckige Grundstruktur aufweisen kann, wobei jeweilige Ecken abgerundet sein können. Es sei klar, dass die Ventilplatte beliebige andere Querschnittsformen aufweisen kann, wobei der Querschnitt im Wesentlichen abhängt von dem zur Verfügung stehenden Raum innerhalb des Kolbenkompressors. Figur 2 ist als Schnittansicht durch eines der Ventile 7, insbesondere durch einen Ventilfänger 9, zu verstehen. Der Ventilfänger 9 weist eine im Wesentlichen längliche, ebene Gestalt auf und kann eine Lappen- oder Löffelform besitzen. Der Ventilfänger 9 ist im Bereich eines Kürzendes 11 mit der Ventilplatte 3 befestigbar. Zu diesem Zweck weist der Ventilfänger 9 im Bereich des Kürzendes 11 eine gesenkte Bohrung 13 auf, um beispielsweise eine Verschraubung mit der Ventilplatte 3 zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass der Ventilfänger 9 im Wesentlichen fest mit der Ventilplatte 3 verbunden ist und im Betrieb des Kolbenkompressors eine Relativbewegung von Ventilfänger 9 zu Ventilplatte 3 im Wesentlichen unterbunden ist.

In Figur 2 ist eine weitere Hauptkomponente der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ersichtlich: unterhalb des Ventilfängers 9, also zwischen Ventilfänger 9 und Ventilplatte 3, ist eine an einen Außenumriss des Ventilfängers 9 angepasste, dünnwandige Ventillamelle 15 angeordnet, welche als bewegliches bzw. stellbares Ventilglied der Ventilanordnung 1 dient. Die Ventillamelle 15 ist zum Öffnen und Schließen der Druckluftöffnung 5 relativ zu dem Ventilfänger 9 und zu der Ventilplatte 3 bewegbar. Beispielsweise kann dies durch ein flexibles Material der Ventillamelle 15 erreicht werden, sodass die Ventillamelle 15 insbesondere biegbar bzw. deformierbar ist. Das Freigeben und Verschließen der Druckluftöffnungen 15 kann im Wesentlichen ausschließlich über ein elastisches Biegen der Ventillamelle 15 erfolgen. Beispielsweise, sowie es in Figur 2 dargestellt ist, weist auch die Ventillamelle 15 im Bereich eines dem Kürzende 11 zugeordneten Kürzendes 17 eine Bohrung 19 für die Verschraubung von Ventilfänger 9 und Ventillamelle 15 mit der Ventilplatte 3 auf. Ansonsten weist die Ventillamelle 15 einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Zustand der Ventilanordnung 1 handelt es sich um den geschlossenen Zustand. Die Ventillamelle liegt flächig auf der Ventilplatte 3 auf und verschließt die Druckluftöffnung 5 von oben. Die Ventillamelle 15 kann aus einem biegbaren, elastischen Material bestehen bzw. dieses umfassen, um sich zum Freigeben und/oder Schließen der Druckluftöffnung insbesondere elastisch zu verformen und bei Bewegung in entgegengesetzter Bewegungsrichtung sich der elastischen Deformationsrückstellkraft der Ventillamelle 15 bedienen. Zum Öffnen der Druckluftöffnung 5 wird der Druckunterschied zwischen Kompressionskammer und Luftkammer des Kolbenkompressors verwendet. Beispielsweise übersteigt zum Freigeben der Druckluftöffnung 5, also zum Anheben der Ventillamelle 15 aus der in Figur 2 dargestellten Geschlossen-Stellung, der vorherrschende Druckunterschied stromaufwärts und stromabwärts der Ventillamelle die elastische Deformationsrückstellkraft der Ventillamelle 15, sodass diese angehoben wird und ein Öffnungsquerschnitt der Druckluftöffnung freigegeben wird, sodass Druckluft durch die Druckluftöffnung 5 an dem Ventil 7 bzw. der Ventillamelle 15 und dem Ventilfänger 9 vorbeiströmen kann.

Wie in Figur 2 zu sehen ist, verjüngt sich der Querschnitt des Ventilfängers 9 ausgehend vom Befestigungs-Kurzende bis zum druckluftseitigen Kürzende 21. In der Ausführung gemäß Figur 2 wird dies dadurch realisiert, dass eine der Ventillamelle 15 zugewandte Unterseite 23 des Ventilfängers 9 schräg ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ein Freiraum 25 zwischen Ventillamelle 15 und Ventilfänger 9 gebildet, der in dessen Querschnitt in Richtung des druckluftseitigen Kürzendes 21 kontinuierlich zunimmt. Dieser Freiraum 25 ermöglicht es der flexiblen bzw. relativ zu dem Ventilfänger 9 bewegbaren Ventillamelle 15, sich von der Ventilplatte 3 abzuheben, um die Druckluftöffnung 5 freizugeben.

Erfindungsgemäß weist die Ventilanordnung 1 ferner eine der Ventillamelle 15 zugeordnete Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung 27 auf. Die Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung 27 ist dazu eingerichtet, den Aufprall der Ventillamelle 15 auf den Ventilfänger 9 beim Öffnen bzw. Freigeben der Druckluftöffnung 5 und/oder den Aufprall der Ventillamelle 15 auf der Ventilplatte 3 beim Schließen der Druckluftöffnung 5 zu dämpfen, abzubremsen oder zu verlangsamen, sodass eine Schwingungsanregung von Ventilfänger 9 bzw. Ventilplatte 3 reduziert wird, sodass sich eine verringerte akustische Emission beim Stellen der Ventilanordnung 1 ergibt.

Die Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung 27 umfasst gemäß der in den vorhergehenden dargestellten bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung eine Schürze 29, die gemäß der Figuren 2 bis 5 an dem Ventilfänger 9 und gemäß den Figuren 6 bis 8 an der Ventillamelle 15 angeordnet ist. Die Schürze 29 ist derart dimensioniert und/oder an die jeweils andere Komponente, an der die Schürze 29 nicht angebracht ist, formabgestimmt, dass beim Öffnen der Druckluftöffnung 5 durch die Ventillamelle 15 die Schürze 29 eine Außenkontur der jeweils anderen Komponente wenigstens abschnittsweise umschließt. Die Schürze 29 ist zumindest im Bereich des druckluftseitigen Kürzendes 21 an dem Ventilfänger 9 oder der Ventillamelle 15 angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen lotrecht zur flächigen Erstreckung der Ventillamelle 15 bzw. des Ventilfängers 9 in Richtung der jeweils anderen Komponente aus Ventillamelle 15 und Ventilfänger 9. Dadurch ist es möglich, dass der Ventilfänger 9 und die Ventillamelle 15 bei einer Stellbewegung der Ventillamelle 15, also beim Öffnen und/oder Freigeben der Druckluftöffnung 5, ineinander einfahren können. Beim Ineinandereinfahren von Ventillamelle 15 und Ventilfänger 9 bildet sich infolge der die jeweils andere Komponente umgreifenden bzw. umrandenden Schürze 29 ein Luftpolster zwischen Ventillamelle 15 und Ventilfänger 9 aus, das eine Dämpfung und/oder Abbremsung der Ventillamelle 15 bewirkt. Insbesondere wird das Luftkissen dadurch gebildet, dass zwischen der Ventillamelle 15 und dem Ventilfänger 9 sich ein Luftspeicher ausbildet, in dem Luft zum Dämpfen und/oder Abbremsen der Ventillamelle 15 wenigstens zeitweise eingeschlossen ist. Unter wenigstens zeitweise ist zu verstehen, dass ein geringfügiger Spalt, insbesondere mit einer Abmessung von zwei bis drei Zehntel-mm zwischen der Schürze 29 und der jeweiligen Außenkontur der anderen Komponente aus Ventillamelle 15 und Ventilfänger 9 besteht, über den geringfügige Mengen an Luft aus dem Luftspeicher austreten können. Der Effekt des Luftkissens macht sich demnach v. a. bei der Öffnungsbewegung der Ventillamelle 15, also bei einer Bewegung aus dem Anschlag- bzw. Schließkontakt mit der Ventilplatte 3 in Richtung des gegenüberliegenden Ventilfängers 9 bemerkbar.

Beim erneuten Schließen der Druckluftöffnung 5, also wenn die elastische Deformationsrückstellkraft der Ventillamelle 15 den Druckunterschied stromabwärts und stromaufwärts der Ventillamelle 15 wieder übersteigt, sodass diese in ihre Schließstellung bzw. in den Anschlag- bzw. Stichkontakt mit der Ventilplatte 3 gedrängt wird, baut sich beim Entfernen der Ventillamelle 15 von dem Ventilfänger 9 ein Unterdrück zwischen Ventilfänger 9 und Ventillamelle 15 auf, welcher eine Sogwirkung auf die Ventillamelle 15 hat. Dadurch wird die Schließgeschwindigkeit und/oder die Schließbeschleunigung der Ventillamelle 15 in Richtung der Ventilplatte 3 verringert, sodass der Aufprall auf der Ventilplatte 3 abgedämpft bzw. abgebremst und somit eine Schwingungsanregung, welche akustische Emissionen generieren würde, reduziert ist.

Aus den Darstellungen der Figuren 3 bis 5 ist insbesondere ersichtlich, dass bei einer Stellbewegung der Ventillamelle 15 die Ventillamelle 15 und der Ventilfänger 9 ineinander einfahren. Gemäß der Ausführung der Figuren 3 bis 5, in der die Schürze 29 ventilfängerseitig angeordnet ist, fährt die Ventillamelle 15 so in den Ventilfänger 9 ein, dass die Schürze 29 die Außenkontur der Ventillamelle 15 zumindest im Bereich des druckluftseitigen Kürzendes der Ventillamelle umgreift bzw. umgibt.

Die Ausführung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1 der Figuren 4 und 5 unterscheidet sich von der Ausführung der Figuren 2 und 3 im Wesentlichen dadurch, dass der Ventilfänger 9 eine konstante Querschnittsabmessung aufweist, jedoch einen gekrümmten Abschnitt 31 aufweist, welcher in einem Winkel zur flächigen Erstreckung der Ventilplatte 3 orientiert ist, um den Freiraum 25 zum Ermöglichen einer Stellbewegung der Ventillamelle 15 herzustellen.

Die Ausführung der Figuren 6 bis 8 einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1 unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungen im Wesentlichen dadurch, dass die Schürze 29 der Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung 27 an der Ventillamelle 15 angeordnet ist. Bei einer Stellbewegung der Ventillamelle 15 umgibt bzw. umschließt die ventillamellenseitige Schürze 29 eine Außenkontur des Ventilfängers 9 zumindest im Bereich des Kürzendes 21 des Ventilfängers 9. Der technische Effekt und die Wirkung der Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung 27 verhält sich analog zur ventilfängerseitigen Schürze 27, sodass auf die vorhergehenden Ausführungen und Beschreibungen verwiesen werden kann.

Insbesondere aus Figur 8, in welcher die Ventilanordnung 1 in perspektivischer Ansicht dargestellt ist, ist zu erkennen, dass eine Höhenabmessung der Schürze 29 kontinuierlich in Richtung ausgehend vom Befestigungskurzende 11 in Richtung des gegenüberliegenden Kürzendes, insbesondere des dem Schürzen-Kurzendes 21 zugeordneten Kürzendes hin zunimmt. Insofern ist eine Höhenabmessung der Schürze 29 an die Neigung des Ventilfängers 9, insbesondere dessen Kurvenabschnitts 31 , bzw. dessen Unterseite 23 angepasst, sodass ein zuverlässiger Luftspeicher zur Ausbildung des Luftkissens zwischen Ventillamelle 15 und Ventilfänger 9 gebildet werden kann. Die vorliegende Erfindung macht sich demnach die ohnehin vorhandene Druckluft zunutze, um eine aerodynamische Dämpfungsvorrichtung auszubilden, die zur Reduzierung der Gesamtakustikemission der erfindungsgemäßen Ventilanordnung dient.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

I Ventilanordnung

3 Ventilplatte

5 Druckluftöffnung

7 Ventil

9 Ventilfänger

I I Kürzende

13 Befestigungsbohrung

15 Ventillamelle

17 Kürzende

19 Öffnung

21 Kürzende

23 Unterseite

25 Freiraum

27 Dämpfungs- und/oder Bremseinrichtung

29 Schürze

31 Befestigungsbohrung