特許 7165670 ピストンコンプレッサバルブ用のバルブクロージャおよびそのバルブクロージャを動作させるための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-26

(45)【発行日】2022-11-04

(54)【発明の名称】ピストンコンプレッサバルブ用のバルブクロージャおよびそのバルブクロージャを動作させるための方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 39/10 20060101AFI20221027BHJP

   F16K 3/06 20060101ALI20221027BHJP

   F04B 39/08 20060101ALI20221027BHJP

   F16K 3/10 20060101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

F04B39/10 A

F16K3/06 A

F04B39/10 E

F04B39/08 A

F04B39/08 C

F16K3/10

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2019552987

(86)(22)【出願日】2018-03-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-04-23

(86)【国際出願番号】 EP2018057840

(87)【国際公開番号】W WO2018178118

(87)【国際公開日】2018-10-04

【審査請求日】2021-01-25

(31)【優先権主張番号】17163178.1

(32)【優先日】2017-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】592229502

【氏名又は名称】ブルクハルト コンプレッション アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100116322

【弁理士】

【氏名又は名称】桑垣 衛

(72)【発明者】

【氏名】フォーザー、アレクサンドル

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】特表２００３－５２５４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３３８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０３１０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１０７５６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３／００－ ３／３６

Ｆ０４Ｂ ３９／００－３９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の流路開口（２ａ）を有するバルブシート（２）と、
回転軸（Ｄ）を有するシャフト（４）と、
前記流路開口（２ａ）を開閉するために前記シャフト（４）の前記回転軸（Ｄ）の周りを回転可能な閉鎖要素（３）と、を備える、ピストンコンプレッサバルブ（１）用のバルブクロージャ（１ａ）であって、
前記バルブシート（２）は平坦な側端部（２ｂ）を備え、前記流路開口（２ａ）が該側端部（２ｂ）の中に開口しており、前記バルブシート（２）は中心（Ｚ）を有し、前記流路開口（２ａ）は前記中心（Ｚ）に対し径方向に延びており、前記回転軸（Ｄ）は前記側端部（２ｂ）に垂直に前記中心（Ｚ）を通って延びており、前記閉鎖要素（３）は一部品であるように設計されており、前記閉鎖要素（３）は前記シャフト（４）に対し固定して接続されており、前記閉鎖要素（３）は中心点（Ｍ）と該中心点（Ｍ）に対し径方向に延びている複数の閉鎖アーム（３ａ）とを有し、前記シャフト（４）は該シャフト（４）が前記回転軸（Ｄ）の周りを回転可能であるとともに前記回転軸（Ｄ）の軸方向（Ｌ）に変位可能であるように配置されているよう前記バルブシート（２）に取付けられており、各閉鎖アーム（３ａ）は前記側端部（２ｂ）に対して位置整合されている封止面（３ｄ）を有し、前記閉鎖アーム（３ａ）は前記閉鎖要素（３）の回転に応じて前記封止面（３ｄ）により前記流路開口（２ａ）を開閉すべく前記流路開口（２ａ）に対し補完的であるように構成されている、バルブクロージャ。

【請求項2】

前記シャフト（４）は、対応する圧力差が生じた場合に前記閉鎖要素（３）が長手方向（Ｌ）に自動的に変位可能であるように、前記回転軸（Ｄ）の前記長手方向（Ｌ）に変位可能に設計されている、請求項１に記載のバルブクロージャ。

【請求項3】

前記閉鎖アーム（３ａ）は、前記閉鎖アーム（３ａ）が前記閉鎖アーム（３ａ）の周縁部（３ｓ）に向かって縮小する横断面を有するように設計されている、請求項１または２に記載のバルブクロージャ。

【請求項4】

前記閉鎖要素（３）は、前記回転軸（Ｄ）について対称的に配置されているハブ（３ｅ）を備え、前記ハブ（３ｅ）から進行する前記閉鎖アーム（３ａ）は前記径方向に延びており、前記バルブシート（２）の前記側端部（２ｂ）は前記中心（Ｚ）に関して前記径方向にて第１副部に環状軸受面（２ｃ）を有し、該環状軸受面に対し前記径方向に続く第２副部に前記流路開口（２ａ）を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のバルブクロージャ。

【請求項5】

２０個以上の流路開口（２ａ）が、前記回転軸（Ｄ）に対する周方向に一様に相互に離間して配置されており、同数の閉鎖アーム（３ａ）が前記回転軸に対する前記周方向に一様に相互に離間して配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のバルブクロージャ。

【請求項6】

前記閉鎖アーム（３ａ）は前記回転軸（Ｄ）の前記軸方向において高さ（３ｔ）を有し、前記閉鎖アーム（３ａ）の前記高さ（３ｔ）は前記閉鎖アーム（３ａ）の周縁部（３ｓ）に向かって減少する、請求項３に記載のバルブクロージャ。

【請求項7】

各閉鎖アーム（３ａ）は前記回転軸（Ｄ）に対する周方向に一定な高さ（３ｔ）を有する、請求項３～６のいずれか一項に記載のバルブクロージャ。

【請求項8】

各閉鎖アーム（３ａ）は板状部（３ｗ）と該板状部（３ｗ）に対し固定して接続されているリブ（３ｉ）とからなり、各板状部（３ｗ）は前記径方向に該板状部（３ｗ）の周縁部（３ｓ）まで延びており、各リブ（３ｉ）は前記流路開口（２ａ）とは反対を向く側にて前記回転軸（Ｄ）の方向に前記板状部（３ｗ）を越えて突出しており、前記リブ（３ｉ）は前記周縁部（３ｓ）に向かって減少する高さを有する、請求項１～７のいずれか一項に記載のバルブクロージャ。

【請求項9】

各閉鎖アーム（３ａ）は、第１径方向横壁（３ｍ）と周方向に離間している第２径方向横壁（３ｎ）とを備え、前記側端部（２ｂ）に対して位置整合されている前記第１径方向横壁および前記第２径方向横壁（３ｍ，３ｎ）の側面は前記閉鎖アーム（３ａ）の前記封止面（３ｄ）の一部を形成し、前記第１径方向横壁および前記第２径方向横壁（３ｍ，３ｎ）の高さ（３ｔ）はそれぞれ前記第１径方向横壁および前記第２径方向横壁（３ｍ，３ｎ）の周縁部（３ｓ）に向かって減少し、前記周方向に延びているカバー面（３ｒ）は前記第１径方向横壁（３ｍ）を前記第２径方向横壁（３ｎ）に対し流体密に接続し、前記カバー面（３ｒ）は、包囲する封止面（３ｄ）により前記側端部（２ｂ）に向かって範囲を定められる内部キャビティ（３ｏ）を前記閉鎖アーム（３ａ）が有するように、前記回転軸（Ｄ）の方向に前記封止面（３ｄ）から離間して配置されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のバルブクロージャ。

【請求項10】

前記第１径方向横壁および前記第２径方向横壁（３ｍ，３ｎ）は前記回転軸（Ｄ）の方向に前記カバー面（３ｒ）を越えて突出している、請求項９に記載のバルブクロージャ。

【請求項11】

前記閉鎖アーム（３ａ）は、該閉鎖アーム（３ａ）の前記周縁部（３ｓ）に向かって減少する曲げ剛性を有する、請求項３に記載のバルブクロージャ。

【請求項12】

前記側端部（２ｂ）に向かう前記ハブ（３ｅ）は、前記回転軸（Ｄ）と同心に延びている平坦な摩擦面（３ｆ）を有し、前記平坦な摩擦面（３ｆ）が前記環状軸受面（２ｃ）上にて摺動可能であるように、前記環状軸受面（２ｃ）に適合するように設計されている、請求項４に記載のバルブクロージャ。

【請求項13】

前記環状軸受面（２ｃ）が前記回転軸（Ｄ）の方向に突出している支持要素（２ｄ）を有し、前記摩擦面（３ｆ）が前記支持要素（２ｄ）に対し相補的に配置されている窪部（３ｎ）を有するか、または、前記摩擦面（３ｆ）が前記回転軸（Ｄ）の方向に突出している支持要素（２ｄ）を有し、前記環状軸受面（２ｃ）が前記支持要素（２ｄ）に対し相補的に配置されている窪部（３ｎ）を有し、前記窪部（３ｎ）は、前記流路開口（２ａ）がほぼ閉鎖されている前記閉鎖要素（３）の回転位置においてのみ前記支持要素（２ｄ）が前記窪部（３ｎ）にあるように配置されており、前記支持要素（２ｄ）および前記窪部（３ｎ）は、前記閉鎖要素（３）の他の回転位置において、前記径方向に相互にオフセットを有するように配置されている、請求項１２に記載のバルブクロージャ。

【請求項14】

前記回転軸（Ｄ）の方向に突出し少なくとも前記回転軸（Ｄ）に対する周方向に回転可能な回転部材（１２）が、前記環状軸受面（２ｃ）に配置されている、請求項４，１２，１３のいずれか一項に記載のバルブクロージャ。

【請求項15】

全ての閉鎖アーム（３ａ）は、前記バルブシート（２）に向かって湾曲した封止面（３ｄ）を有し、前記中心（Ｚ）から進行する前記封止面（３ｄ）は、第１副部において前記径方向に平坦に延びており、第２副部に沿って湾曲して前記周縁部（３ｓ）に向かって前記径方向に続いて延びている、請求項３に記載のバルブクロージャ。

【請求項16】

ピストンコンプレッサバルブ（１）のバルブクロージャ（１ａ）を動作させるための方法であって、前記バルブクロージャ（１ａ）は、複数の流路開口（２ａ）を有するバルブシート（２）と、閉鎖要素（３）と、回転軸（Ｄ）を有するシャフト（４）と、を備え、
前記閉鎖要素（３）は前記流路開口（２ａ）を開閉するために前記回転軸（Ｄ）の周りを回転し、前記閉鎖要素（３）は一部品であるように形成されるとともに前記シャフト（４）に対し固定して接続されており、前記シャフト（４）は、前記回転軸（Ｄ）の周りを回転可能であり前記回転軸（Ｄ）の方向に変位可能であるように前記バルブシート（２）に取付けられており、前記閉鎖要素（３）は前記ピストンコンプレッサバルブ（１）に生じる流体の圧力により前記回転軸（Ｄ）の方向に自動的に持ち上がり、前記閉鎖要素（３）は前記バルブシート（２）から持ち上がった後に前記シャフト（４）により能動的に駆動されて回転し、したがって前記流路開口（２ａ）が完全に開放される、方法。

【請求項17】

第１の方法の工程にて、前記閉鎖要素（３）は前記バルブクロージャ（１ａ）を開放するために前記バルブシート（２）から持ち上がり、第２の方法の工程にて、前記閉鎖要素（３）は持ち上がった後に開放位置に回転する、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記バルブシート（２）に対する前記閉鎖要素（３）の位置が測定され、前記閉鎖要素（３）は前記バルブシート（２）から持ち上がっているときにのみ前記回転軸（Ｄ）の周りを回転する、請求項１６または１７に記載の方法。

【請求項19】

前記閉鎖要素（３）は、前記バルブシート（２）から持ち上がっていると、２ミリ秒～１０ミリ秒の期間内に前記開放位置に回転する、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１のプリアンブルにおいて請求されるピストンコンプレッサバルブ用のバルブクロージャに関する。本発明は、さらに、請求項１６のプリアンブルにおいて請求される、バルブクロージャを動作させるための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、ピストンコンプレッサ用のバルブを開示している。このバルブは、バルブシートと回転可能な閉鎖要素とを備え、その閉鎖要素は、その回転位置に応じて、バルブシートに配置されている流路開口を開閉する。この既知のバルブは、比較的高い摩耗が生じること、バルブの開閉に比較的長い時間を要すること、および摩耗が生じることによってバルブの封止機能が経時的に低減されること、といった欠点を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第０１／５９２６６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、ピストンコンプレッサバルブ用のより有利なバルブクロージャを形成することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この目的は、請求項１の特徴を備えるバルブクロージャによって達成される。従属請求項２～１５は、さらに有利な設計の実施形態に関する。本目的は、請求項１６の特徴を備える、バルブクロージャを動作させるための方法によりさらに達成される。従属請求項１７～１９は、さらに有利な方法の工程に関する。

【0006】

本目的は、複数の流路開口を有するバルブシートと、回転軸を有するシャフトと、流路開口を開閉するためにシャフトの回転軸の周りを回転可能な閉鎖要素と、を備える、ピストンコンプレッサバルブ用のバルブクロージャであって、閉鎖要素がシャフトに対し固定して接続され、バルブシートが平坦な側端部を備え、流路開口がその平坦な側端部の中に開口しており、バルブシートが中心を有し、流路開口が中心に対し径方向に延びており、閉鎖要素が中心点とその中心点に対し径方向に延びている複数の閉鎖アームとを有し、シャフトはそのシャフトが回転軸の周りを回転可能であるとともに回転軸の軸方向に変位可能であるように配置されるようバルブシートに取付けられており、回転軸が側端部に垂直に中心を通って延びており、各閉鎖アームが側端部に対して位置整合する封止面を有し、閉鎖アームが閉鎖要素の回転に応じて封止面によって流路開口を開閉すべく流路開口に対し実質的に補完的であるように構成されている、バルブクロージャによって、特に達成される。

【0007】

さらに本目的は、複数の流路開口を有するバルブシートと、流路開口を開閉するために回転軸の周りを回転可能な閉鎖要素と、を備える、ピストンコンプレッサバルブ用のバルブクロージャであって、バルブシートが平坦な側端部を備え、流路開口がその側端部の中に開口しており、バルブシートが中心を有し、流路開口が中心に対し径方向に延びており、閉鎖要素が中心点とその中心点に対し径方向に延びている複数の閉鎖アームとを有し、回転軸が側端部に垂直に中心を通って延びており、各閉鎖アームが側端部に対して位置整合されている封止面を有し、閉鎖アームが閉鎖要素の回転に応じて封止面により流路開口を開閉するように流路開口に対し実質的に補完的であるように構成されており、閉鎖アームはその閉鎖アームが閉鎖アームの周縁部に向かって縮小する横断面を有するように設計されている、バルブクロージャによって特に達成される。

【0008】

さらに本目的は、ピストンコンプレッサバルブのバルブクロージャを動作させるための方法であって、バルブクロージャが複数の流路開口を有するバルブシートと、回転軸を有するシャフトと、シャフトに対し固定して接続されている閉鎖要素とを備え、シャフトが回転軸の周りを回転可能であるように、また回転軸の方向に変位可能であるようにバルブシートに取付けられており、閉鎖要素が流路開口を開閉するために回転軸の周りを回転し、閉鎖要素がピストンコンプレッサバルブに生じる流体の圧力により回転軸の方向に自動的に持ち上がり、閉鎖要素がバルブシートから持ち上がった後にシャフトにより能動的に駆動されて回転し、したがって流路開口が完全に開放される、方法によって特に達成される。

【0009】

さらに本目的は、バルブクロージャを動作させるための方法によって、第１の方法の工程にてバルブクロージャを開放するために閉鎖要素がバルブシートから持ち上がるため、また第２の方法の工程にて閉鎖要素が持ち上がった後に開放位置に回転するため、特に達成される。

【0010】

本発明に係るピストンコンプレッサバルブは、対応する圧力差が生じた場合に、ピストンコンプレッサバルブの閉鎖要素がバルブシートから自動的に持ち上がり、その閉鎖要素がバルブシートから持ち上がっているときに、流路開口を完全に開放するために、閉鎖要素に能動的に作用する手段によって、閉鎖要素が有利には作動か回転しかしない利点を有する。そのため、開口が摩擦を受けないか、非常に小さい摩擦しか受けないとき、一方では、閉鎖要素およびバルブシートにわずかな摩耗しか生じず、他方では、閉鎖要素が小さい力によって、また特に非常に急速に回転することを可能とし、その小さい力によってピストンコンプレッサバルブを完全に開放する。さらに、ピストンコンプレッサバルブは、有利には、バルブシートに対して持ち上がった状態にある閉鎖要素が開放位置から閉鎖する位置に回転して、完全に閉鎖される。閉鎖する位置では、回転軸の軸方向から見たときに、流路開口は閉鎖要素によって完全に閉鎖されており、閉鎖要素は、続いてもしくは同時に、またはわずかな一時的なオフセットにより、生じた圧力差により、閉鎖要素がバルブシートに着座して流路開口を完全に覆うまで、自動的にバルブシートに向かって運動し、また閉鎖要素によるピストンコンプレッサバルブの閉鎖が、非常に急速に、また小さい摩擦があってもなくても行われることが可能であるように、ピストンコンプレッサバルブが完全に閉鎖される。

【0011】

閉鎖要素が、入口の領域と出口の領域との間においてピストンコンプレッサバルブに生じる圧力差、または閉鎖要素に生じる圧力差によって、回転軸の軸方向に自動的に運動または変位するよう、閉鎖要素は回転軸の軸方向に円滑に可動であるようにピストンコンプレッサバルブに配置される。

【0012】

ピストンコンプレッサバルブは、有利には、第１回転副軸（すなわち、第１サブシャフト）と、第２回転副軸（すなわち、第２サブシャフト）と、第１回転副軸および第２回転副軸がそれによって回転軸の軸方向に相補的に可動であるか相補的に変位可能であるように第１回転副軸と第２回転副軸との間に配置されている結合器と、を備える。アクチュエータ駆動部は、好ましくは第１回転副軸に対し接続されており、閉鎖要素は、第２回転副軸に対し固定して接続されている。結合器は、特に有利には、回転軸の周りの回転について回転に対し安定であるように設計され、閉鎖要素は、回転軸の周りを回転する時、アクチュエータ駆動部の回転に実質的にまたは正確に追随する。結合器は、回転軸の軸方向に円滑に可動であるように設計され、閉鎖要素に生じる圧力差がその閉鎖要素を自動的に回転軸の軸方向に運動または変位させる。このため、一方では、回転軸の軸方向において閉鎖要素の運動が保証され、他方では、閉鎖要素が、好ましくは、回転軸によって剛体としてアクチュエータ駆動部に対し接続されることが保証される。このアクチュエータ駆動部は回転軸を駆動し、これによって閉鎖要素の非常に急速な開閉が可能となる。

【0013】

ピストンコンプレッサバルブの状態を検出するための、特にバルブシートに対する閉鎖要素の位置を検出するための状態変数として、例えば、運動、例えば回転軸の軸方向における閉鎖要素の距離、好ましくは閉鎖要素とバルブシートの側端部との間の距離、または例えば閉鎖要素とバルブシートとの間の直接の相互の物理的接触、または完全に閉鎖要素が持ち上がった場合における閉鎖要素もしくは回転軸の衝突、または例えばピストンコンプレッサバルブクロージャの両側における圧力差など、複数の変数が適する。制御デバイスは、状態変数をモニタし、好ましくは、その状態変数を基準値と比較し、また所定の状態を満たしたときに、対応して閉鎖要素を回転させることにより、または回転軸を回転させるアクチュエータ駆動部を作動させることにより、閉鎖要素を開閉する。したがって、本発明に係るピストンコンプレッサバルブは、正確に、急速に、および同等に再現可能に、スイッチングされることができる。

【0014】

本発明に係るデバイス、または本発明に係る方法は、一方では、閉鎖要素が回転軸の軸方向に自動的に可動であるため、他方では、特に好ましくは閉鎖要素の運動または閉鎖要素とバルブシートとの間の距離が回転軸の軸方向において測定されるため、閉鎖要素のバルブシートからの持ち上がりが極度に正確に決定されることができるという利点を有する。閉鎖要素の持ち上がり、またはバルブシートからの持ち上がりの時点は、したがって、正確に決定されることが可能であり、アクチュエータ駆動部は、閉鎖要素が開放位置に回転するように、続いて直ちに作動することが可能である。閉鎖要素は、好ましくは、アクチュエータ駆動部によりバルブシートから持ち上がっていると、少なくとも２ミリ秒～最大１０ミリ秒の期間内に閉鎖する位置から開放位置に回転する。急速な開放によって、開口を通って流れる流体には、わずかな流れ抵抗しか付与されないことが保証される。閉鎖時、閉鎖要素はアクチュエータ駆動部によって、好ましくは、少なくとも２ミリ秒～最大１０ミリ秒の期間内に開放位置から閉鎖する位置に回転し、閉鎖要素は同時に、または回転が行われていると、閉鎖要素がバルブシートに着座するまで、バルブシートに向かって自動的に下降する。

【0015】

１つの有利な設計の実施形態では、閉鎖要素はねじりバネによってアクチュエータ駆動部に対し接続されており、閉鎖要素が特に急速にスイッチングされることができるように、力学的エネルギーの一部はねじりバネに貯蔵される。

【0016】

バルブシートと閉鎖要素とを備えるピストンコンプレッサバルブのバルブクロージャは、好ましくは、バルブシートが中心と、周方向に離間して配置されており中心に向かって径方向に延びている複数の流路開口とを有するように、また閉鎖要素が複数の径方向アームと回転軸とを有するように設計されており、アームは回転軸に対して径方向に延びており、各流路開口は１つの閉鎖アームに割り当てられ、その閉鎖アームは閉鎖位置において流路開口を完全に覆い、開放位置においてその流路開口を理想的にはわずかにしか覆わないか、全く覆わないことが可能であるように設計されている。閉鎖アームは、その閉鎖アームが周縁部に向かって縮小する横断面を有するように設計され、これによって、例えば、周縁部に向かって薄くなるように閉鎖アームが設計されているため周縁部に向かって減少する質量を有する。周縁部に向かってこの種の閉鎖アームを備える閉鎖要素は、特にわずかな質量を有し、したがって減少した慣性質量を有し、このことが、閉鎖要素を閉鎖する位置と開放位置との間において往復してスイッチングするように閉鎖要素を作動させるために、すなわち加速および減速のためにわずかな力しか必要とされない理由である。減少した慣性質量は、回転軸の軸方向に閉鎖要素を加速させるために、より低い力しか必要とされない、または、閉鎖要素が回転軸の軸方向に、より急速に（すなわち、より短時間内に）運動することが可能であるというさらなる利点を有する。閉鎖要素は、特に好ましくは、プラスチック材料からなり、好ましくは繊維強化材（好ましくは、炭素繊維）を含み、その結果、閉鎖要素はわずかな質量しか有さない。

【0017】

複数の径方向アームを備える閉鎖要素は、アームがその周縁部において互いに相互に接続されておらず、各閉鎖アームが流路開口上に個々に置かれることが可能であり、その結果、各閉鎖アームが個々にバルブシートに着座することが可能であるため、各閉鎖アームは、流路開口または閉鎖アームに潜在的に存在する任意の不規則性または摩耗の形跡をより良く補正可能である利点をさらに有する。好ましくは周縁部に向かって縮小する横断面は、閉鎖アームが周縁部に向かって減少した曲げ剛性をさらに有する結果を有し、閉鎖アームが流路開口を覆っている時に、閉鎖アームが特に容易にバルブシートのプロファイルに適合することが可能である利点を生じ、これによって、特に有利な封止を得る。

【0018】

１つの有利な設計の実施形態では、ピストンコンプレッサバルブ用のバルブクロージャは、複数の流路開口を有するバルブシートと、回転軸を有するシャフトと、流路開口の開閉用にシャフトの回転軸の周りを回転可能な閉鎖要素とを備え、閉鎖要素はシャフトに対し固定して接続され、バルブシートは平坦な側端部を備え、流路開口がその側端部の中に開口しており、バルブシートは中心を有し、流路開口は中心に対し径方向に延びており、閉鎖要素は中心点とその中心点に対し径方向に延びている複数の閉鎖アームとを有し、シャフトが回転軸の周りを回転可能であるとともに回転軸の軸方向に変位可能であるように配置されているよう、シャフトがバルブシートに取付けられており、回転軸は側端部に垂直に中心を通って延びており、各閉鎖アームは側端部に対して位置整合されている封止面を有し、閉鎖アームは、閉鎖要素の回転に応じて封止面により流路開口を開閉するように、流路開口に対し実質的に補完的であるように構成されている。

【0019】

シャフトは、対応する圧力差が生じた場合には閉鎖要素が自動的に長手方向に変位可能に、特に自動的にバルブシートから持ち上がることができるように、好ましくは、回転軸の長手方向に変位可能であるように設計される。

【0020】

閉鎖アームは、好ましくは、その閉鎖アームが、その閉鎖アームの周縁部に向かって縮小する横断面を有するように設計される。
ピストンコンプレッサバルブのバルブクロージャを動作させるための１つの有利な方法の場合では、バルブクロージャは、複数の流路開口を有するバルブシートと、回転軸を有するシャフトと、シャフトに対し固定して接続されている閉鎖要素とを備え、シャフトは、回転軸の周りに回転可能であるように、また回転軸の方向に変位可能であるようにバルブシートに取付けられており、閉鎖要素は流路開口を開閉するために回転軸の周りを回転し、ピストンコンプレッサバルブに生じる流体の圧力により、閉鎖要素は自動的に回転軸の方向に持ち上がり、閉鎖要素はバルブシートから持ち上がった後、シャフトにより能動的に駆動されて回転し、したがって流路開口が完全に開放される。

【0021】

１つの有利な方法では第１の方法の工程において、閉鎖要素は、バルブクロージャを開放するためにバルブシートから持ち上がり、第２の方法の工程において、閉鎖要素は持ち上がった後に開放位置に回転する。

【0022】

１つの有利な方法では、バルブシートに対する閉鎖要素の位置が測定され、バルブシートから持ち上がっているときにしか、閉鎖要素は回転軸の周りを回転しない。
１つの有利な方法では、閉鎖要素は、バルブシートから持ち上がっていると、２ミリ秒～１０ミリ秒の期間内に開放位置に回転する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】バルブに着座する閉鎖要素を有する、駆動部を備えるバルブの縦断面図。

【図2】持ち上がった閉鎖要素を有する、図１に係るバルブの縦断面図。

【図3】バルブシートの斜視図。

【図4】図３に係るバルブシートに整合する閉鎖要素の斜視図。

【図5】図６に係る閉鎖要素とバルブシートとの切断線Ａ－Ａに沿った縦断面図。

【図6】閉鎖要素と持ち上がった閉鎖要素を有するバルブシートとの斜視図。

【図7】開放位置における閉鎖要素を有する、図６に係る構成の斜視図。

【図8】持ち上がった閉鎖要素を有する圧力バルブの縦断面図。

【図9】持ち上がった閉鎖要素を有する、さらなる例示的な実施形態の吸気バルブの縦断面図。

【図10】結合デバイスの縦断面図。

【図11】さらなる例示的な実施形態の結合器の縦断面図。

【図12】ベローズバネの縦断面図。

【図13】さらなる例示的な実施形態の閉鎖要素の斜視図。

【図14】さらなる実施形態のバルブシートの斜視図。

【図15】図１４に係るバルブシートに関連付けられる閉鎖要素の斜視図。

【図16】閉鎖状態における図１４に係るバルブの切断線Ｂに沿った断面の詳細の図。

【図17】閉鎖要素が持ち上がった場合における図１６に係る図。

【図18】閉鎖要素が持ち上がり、位置から外れてわずかに回転した場合における図１６に係る図。

【図19】さらなる例示的な実施形態のバルブシートの斜視図。

【図20】さらなる例示的な実施形態の閉鎖要素の断片の斜視図。

【図21】図２０に係る径方向閉鎖部の方向Ｇ－Ｇから見られる側面図。

【図22】図２１に係る閉鎖部の切断線Ｆ－Ｆに沿った断面図。

【図23】図２１に係る閉鎖部の切断線Ｅ－Ｅに沿った断面図。

【図24】さらなる例示的な実施形態の径方向閉鎖部の方向Ｇ－Ｇから見られる側面図。

【図25】図２４に係る閉鎖部の切断線Ｈ－Ｈに沿った断面図。

【図26】図２４に係る閉鎖部の切断線Ｉ－Ｉに沿った断面図。

【図27】さらなる例示的な実施形態の結合デバイスの縦断面図。

【図28】図２３に係る結合デバイスの切断線Ｃ－Ｃに沿った横断面図。

【図29】電磁駆動部の詳細の図。

【図30】第２基本位置における、アーマチュアを有する図２９に係る電磁駆動部を示す図。

【図31】さらなる例示的な実施形態の電磁駆動部を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図面は、例示的な実施形態を説明するために用いられる。
主として、図面において同一の部分には同一の参照符号が提供される。
図１は、複数の流路開口２ａを有するバルブシート２と、流路開口２ａを開閉するために回転軸Ｄの周りを回転可能な閉鎖要素３と、閉鎖要素３を回転させるためのアクチュエータ駆動部５とを備える、能動制御ピストンコンプレッサバルブを示す。バルブシート２は側端部２ｂを有し、流路開口２ａが側端部２ｂの中に開口しており、閉鎖要素３は回転軸Ｄの軸方向Ｌに可動であるようにアクチュエータ駆動部５に接続されており、閉鎖要素３は側端部２ｂに対して回転軸Ｄの軸方向Ｌに変位可能であるだけでなく回転軸Ｄの周りを回転可能である。シャフト４は、バルブシート２のボア２ｅに取付けられているか、軸案内軸受である。バルブ１は、流路開口６ａとカバー６ｂとを備えるベルハウジング６に配置されている。閉鎖要素３は、下降した閉鎖位置において示されており、閉鎖要素３がバルブシート２の側端部２ｂに着座し、また流路開口２ａが閉鎖要素３によって完全に閉鎖されている。図１に示されるバルブ１は、閉鎖要素３またはバルブ１の状態変数Ｅを検出するためのセンサ８をさらに備える。示されるセンサ８は、例えば、軸方向Ｌ（例えば、シャフト４のストローク経路）におけるシャフト４の運動を検出する。制御装置２０は、センサ８により測定された値を検出し、さらにアクチュエータ駆動部５を制御する。閉鎖要素３は、制御装置２０の制御により、回転軸Ｄの回転方向に（好ましくは、閉鎖位置から開放位置に、または開放位置から閉鎖位置に）回転する。１つの有利な設計の実施形態では、制御装置２０は、状態変数Ｅが所定の公称値から逸脱するとすぐにアクチュエータ駆動部５を作動させる。例えば、閉鎖要素３の封止面３ｄとバルブシート２の側端部２ｂとの間の間隔、または軸方向Ｌにおけるシャフト４の変位流路、または圧力差ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１、すなわち閉鎖要素３の片側における圧力Ｐ２と閉鎖要素３のもう片側における圧力Ｐ１との差が、状態変数Ｅとして適している。２つの圧力Ｐ１，Ｐ２を測定するためには、２つ以上のセンサ８が必要とされる。シャフト４は、詳細には示されないが、一方では駆動部５によってシャフト４が回転軸Ｄの周りの回転に関して駆動されるように、他方ではシャフト４が駆動部５に対して長手方向Ｌに変位可能であるように、駆動部５に接続されている。閉鎖要素３は、閉鎖要素３に生じる圧力差によって閉鎖要素が軸方向Ｌにおいて変位し、ここでバルブシート２から持ち上がるか、バルブシート２に近接し最終的にバルブシート２の側端部２ｂに着座するため、特に有利には軸方向Ｌにおいて自動的に変位する。この好ましい実施形態では、閉鎖要素３は、圧力差が加わることによって閉鎖要素が軸方向Ｌに自動的に変位することが可能であるように、円滑に取付けられる。さらなる可能な設計の実施形態では、軸方向Ｌにおける閉鎖要素３の運動を少なくとも部分的には容易にする駆動部（図示せず）も提供されることが可能である。

【0025】

図２は、閉鎖要素３が側端部２ｂに対して長手方向Ｌに持ち上がっている、持ち上がった開放位置にある閉鎖要素を有する、図１に係るバルブを示す。持ち上がった開放位置にある閉鎖要素３は、さらに有利には、アクチュエータ駆動部５によって、図２および図７に示される通り、閉鎖要素３がもはや流路開口２ａを覆わないように、図１に示される閉鎖位置に対して回転軸Ｄの周りを回転する。したがって、バルブシート２と閉鎖要素３とを備えるバルブクロージャ１ａは、長手方向Ｌにおいて流体に対し透過性がある。図１に示されるセンサ８とは対照的に、図２に示されるセンサは、シャフト４の側端部４ｃからの距離を測定する。閉鎖要素３は、閉鎖要素３が回転軸Ｄの周りの回転に直ちに追随するように、また回転軸Ｄ（すなわち、シャフト４）が長手方向Ｌにおける閉鎖要素３の運動に直ちに追随するように、回転軸Ｄまたはシャフト４に対し固定して接続されている。

【0026】

図３は第１の例示的な実施形態のバルブシートを斜視図にて示し、バルブシート２は、中心ボア２ｅまたは中心Ｚと、中心ボア２ｅに対し径方向に延びる複数の流路開口２ａと、流路開口２ａの間に延びているウェブ２ｆとを有する。バルブシート２は側端部２ｂをさらに有し、全流路開口２ａが側端部２ｂの中に開口しており、１つの有利な設計の実施形態において側端部２ｂはまたさらに環状軸受面２ｃも有する。示されるバルブシート２は、周方向において、一様に分布、すなわち互いに同等に離間しているように配置されている２５個の流路開口２ａを有し、１つの例示的な実施形態において、各流路開口２ａは７°の円周角の幅を有し、各ウェブ２ｆは７．４°の円周角の幅を有する。閉鎖要素が開放位置から閉鎖位置（すなわち、閉鎖する位置）に、または閉鎖位置から開放位置に回転するためには、上記の閉鎖要素は、したがって７．２°の回転角により回転する必要がある。有利には、バルブシート２は、周方向に離間するように配置されている２０個以上の流路開口２ａと、その流路開口２ａの開閉用に相補的に配置され周方向に離間している、対応する同等数の閉鎖アーム３ａと、を備える。２０個以上の流路開口２ａおよび径方向アーム３ａのこの設計の実施形態は、必要とされる閉鎖要素の最大回転角が比較的小さいので、同様の利点を有する。この例示的な実施形態の場合には３６０°を２０（流路開口の数）で割り、２（回転する必要がある半分の角度）で割るので、９°である。

【0027】

図４は、図３に係るバルブシート２に整合する閉鎖要素３の斜視図を示す。閉鎖要素３は、中心ボア３ｃを有するハブ３ｅを備え、また中心ボア３ｃに対し、すなわち回転軸Ｄに対し、径方向に延びている複数の閉鎖アーム３ａであって、周縁部３ｓまで延びている中間の空間３ｂによって相互に離間している閉鎖アーム３ａを備える。１つの例示的な実施形態では、各中間の空間３ｂは７°の円周角の幅を有し、また各閉鎖アーム３ａは７．４°の円周角の幅を有し、閉鎖アーム３ａが流路開口２ａよりもわずかに幅広であるように設計され、閉鎖要素３の対応する位置の場合における流路開口２ａは、閉鎖アーム３ａによって完全に覆われることができる。閉鎖要素３は、好ましくは、一体または一部品であるように、すなわち、１つの部分からなるように設計され、有利には、プラスチック材料、例えば、繊維強化プラスチック材料（特に、炭素繊維強化プラスチック材料（ＣＦＰ））から作られる。ＣＦＰは、炭素繊維がプラスチック材料マトリックス（大半の例では、エポキシ樹脂）に埋め込まれている複合材料である。マトリックス材料は、中間の空間を満たすだけでなく、繊維に結合する機能も果たす。他の耐久性プラスチックまたは熱硬化性プラスチックも、マトリックス材料として適している。しかしながら、閉鎖要素は、繊維を追加しないプラスチック材料から作られることも可能である。

【0028】

図６および図７は、２つの潜在的な相補的な位置におけるバルブシート２とともに閉鎖要素３を備える実際のバルブクロージャ１ａを示す。図５は、図６に示される切断線Ａ－Ａに沿って示されるように、閉鎖要素３およびバルブシート２の断面をさらに示す。バルブクロージャ１ａ（すなわち、閉鎖要素３およびバルブシート２）は、実際には４つの異なる相補的な位置、具体的には、下降した閉鎖位置、持ち上がった閉鎖位置、持ち上がった開放位置、および下降した開放位置が想定され得る。持ち上がったとは、閉鎖要素３がバルブシート２に対して持ち上がり、したがって図２および図５～図７に示されるように、バルブシート２から離間していることを意味する。下降したとは、図１に示されるように、閉鎖要素３がバルブシート２に着座していることを意味する。バルブ１（すなわち、バルブクロージャ１ａ）は、閉鎖要素３がバルブシート２に着座し、流路開口２ａに着座する閉鎖要素３（すなわち、その閉鎖要素３の閉鎖アーム３ａ）によって流路開口２ａがそれぞれ完全に閉鎖されるために、図１に示される下降した閉鎖位置においてしか完全に閉鎖されない。図５および図６に示される持ち上がった閉鎖位置の場合には、閉鎖要素３はバルブシート２から離間しており、閉鎖要素３（すなわち、複数の閉鎖要素３の閉鎖アーム３ａ）は、閉鎖要素３とバルブシート２との間に、流入または流出する流体が流れ得る小さい間隙Ｓしか存在しないように、離間して流路開口２ａを覆う。図７に示される持ち上がった開放位置の場合には、閉鎖要素３はバルブシート２から離間している。ここで、複数の流路開口２ａが長手方向Ｌにおいて（すなわち、回転軸Ｄの軸方向において）、もはや閉鎖要素３（すなわち、その閉鎖要素３の複数の閉鎖アーム３ａ）によって覆われていないように、閉鎖要素３は図６に係る位置と比較して回転方向Ｄ１に回転している。あるいは、長手方向Ｌにおいて流路開口２ａの可能な限り最大の領域がその領域を通って流れる流体に対して開放されているように縁部に最小限にしか重なっておらず、完全に開放されたバルブクロージャ１ａを通じて流れる流体が、閉鎖要素３（すなわち、その閉鎖要素３の径方向に延びている閉鎖アーム３ａ）によって妨げられないように、または、無視できる程度にしか妨げられないように、閉鎖要素３は図６に係る位置と比較して回転方向Ｄ１に回転している。上記の閉鎖要素３がバルブシート２に着座するように、図７に示される閉鎖要素が下降している場合には、閉鎖要素３はしたがって、流路開口２ａが最大まで開放している（好ましくは、完全に開放しているが、少なくとも最大まで開放している）下降した開放位置を想定し、最大開口領域は、それぞれの閉鎖アーム３ａの周方向における幅と、それぞれの流路開口２ａの周方向における幅とによって決定される。閉鎖要素３は開放され、したがってアクチュエータ駆動部５により回転方向Ｄ１における回転によって開放位置に運動し、また、閉鎖され、したがって回転方向Ｄ２における回転によって閉鎖する位置に運動する。さらに、閉鎖要素３に作用する力（特に、流体の圧力差）によって、閉鎖要素３は自動的に長手方向Ｌに運動し、閉鎖要素３はバルブシート２に対してこの方向に持ち上がるかまたは下降する。図６に示されるように、回転軸Ｄは閉鎖要素３の中心点Ｍを通って（すなわち、バルブシート２の中心Ｚを通って）延びている。図７はさらに、閉鎖要素３が、その閉鎖要素３をシャフト４に固定する機能を果たす固定ボア３ｈが配置されている、固定する側３ｇを有することを示す。

【0029】

図５は、図６に係る切断線Ａ－Ａに沿った断面を示す。閉鎖要素３は、バルブシート２に対して持ち上がっている。閉鎖要素３は中心点Ｍを有するハブ３ｅを備え、ハブ３ｅは中心ボア３ｃ、平坦な摩擦面３ｆ、および固定する側３ｇを備える。閉鎖アーム３ａは、径方向に外側に向かってテーパーを有し、したがって、周縁部３ｓに向かって縮小する断面を有する。このテーパーによって閉鎖アーム３ａの質量が外側に向かって減少し、閉鎖要素３の重量および慣性質量が減少する利点を得る。図５に係る例示的な実施形態において、閉鎖アーム３ａの高さ３ｔは周縁部３ｓに向かって減少する。閉鎖アーム３ａは、周方向Ｄにおいて一貫した高さ３ｔを有し、すなわちこれは、閉鎖アーム３ａがその全幅にわたって同じ高さ３ｔを有することを意味する。

【0030】

１つの例示的な方法では、図１および図２に示されるピストンコンプレッサバルブ１は、閉鎖要素３の状態変数Ｅ（例えば、長手方向Ｌにおけるシャフト４の変位軌道Ｓ１）が測定されるように動作することが可能であり、閉鎖要素３は、図１に示されるように、下降した閉鎖位置に最初に配置され、シャフト４は長手方向Ｌに自動的に可動であり、閉鎖要素３はバルブ１または閉鎖要素３に作用する動作ガスの圧力に応じてバルブシート２から持ち上がることが可能である。状態変数Ｅが検出され、状態変数Ｅが所定の公称値を超えるとすぐに、閉鎖要素３が駆動部５により回転軸Ｄの周りの回転によって図２に示される持ち上がった開放位置に回転するように駆動部５が作動し、この回転は駆動部５によって行われ、長手方向Ｌに自動的に持ち上がる。センサ８の移動信号は、長手方向の軸Ｌの方向におけるシャフト４の変位が測定されるため、例えば状態変数Ｅとして用いられ、その変位は、好ましくは閉鎖要素３と側端部２ｂとの間の間隔に対応する。状態変数Ｅが所定の公称値（例えば、０．１ｍｍ）を超えるとすぐに、駆動部５が作動し、閉鎖要素３が図２または図７に示される開放位置に回転する。

【0031】

図８は、バルブ１が圧力バルブとして設計されていることを示し、閉鎖要素３が持ち上がった閉鎖位置に置かれている。閉鎖要素３は、バルブシート２と駆動部５との間に配置されている。それとは対照的に、図２におけるバルブシート２は、閉鎖要素３と駆動部５との間に配置されている。図８に係るバルブは、第１シャフト部４ａ（すなわち、第１回転副軸）と、第２シャフト部４ｂ（すなわち、第２回転副軸）とを備え、第１シャフト部４ａおよび第２シャフト部４ｂは結合器９によって互いに接続されている。第１シャフト部４ａは、長手方向Ｌにおいて非可動であるが、一方で結合器９は、第２シャフト部４ｂが長手方向Ｌにおいて可動であるように、長手方向Ｌにおける運動を可能とする。図８に係る例示的な実施形態では、ボア２ｅ（すなわち、軸案内軸受）は、第２シャフト４ｂが径方向および軸方向に案内されるポケットホールとして設計される。そうでない場合には、バルブシート２、閉鎖要素３、駆動部５およびベルハウジング６を備えるコンポーネントは、図１および図２に関連してすでに記載されている。１つのさらなる実施形態では、閉鎖要素３が結合器９に直接接続されているため、第２シャフト部４ｂなしで済ますことが可能である。結合器９は、好ましくは、長手方向Ｌにおいて弾性または復元性を有するように設計され、流体の力が作用することにより閉鎖要素３は長手方向Ｌにおいて自動的に運動することが可能である。

【0032】

図９は、吸気バルブとして設計されるさらなるバルブを示す。図２に係るバルブ１とは対照的に、図９に係るバルブ１は、内側ねじりバネ７ａと外側中空ねじり棒７ｂとを備えるねじりバネ７を有する。内側ねじりバネ７ａはその一端にて駆動部５に接続されており、その他端にて外側中空ねじり棒７ｂの中空ねじり棒端部７ｄに接続されている。中空ねじり棒７ｂは一端にて固定部７ｃを介してカバー６ｂに接続されており、他端にて中空棒端部７ｄに接続されている。中空棒７ｄは、センサ８が配置されている中空円筒接続部１０に接続されている。接続部１０は、結合器９を介してシャフト４に接続されている。結合器９は、結合器の長さが長手方向Ｌにおいて可変であるように設計されている。結合器は、好ましくは長手方向Ｌにおいて弾性、好ましくはバネ弾性を有するように設計される。結合器９のため、したがってシャフト４は、接続部１０（すなわち、ねじりバネ７）に対して長手方向Ｌに可動であるように、または長手方向Ｌに変位可能であるように配置されている。ねじりバネ７は、長手方向において非可動であるように設計されている。駆動部５は、位置から外れた内側ねじりバネ７ａの回転を生じさせ、中空棒端部７ｄを介して外側中空ねじり棒７ｂの位置から外れた回転をさらに生じさせる。さらに、接続部１０および結合器９、またそれらのためにシャフト４が、中空棒端部７ｄを回転させることによって回転する。結合器９は、その結合器９が長手方向Ｌにおいて長さが変化することを可能とし、好ましくはバネ効果、特に弾性特性を有するように構成される。回転軸Ｄの周りの回転の点から、結合器９は、好ましくは、理想剛体特性を有し、閉鎖要素３とシャフト４とが、回転に対し固定されるように結合器９を介して接続部１０と中空棒端部７ｄとに接続される。国際公開第２００９／０５０２１５号は、バルブを動作させるための潜在的な方法を詳細に開示している。上記公報の内容は、これにより、本特許出願に組み込まれる。

【0033】

図１０は、さらなる例示的な実施形態の、ねじりバネ７とシャフト４との間の接続部の縦断面を示し、接続部は、可動である結合部９からなり、特に長手方向Ｌにおいてバネ弾性を有する。回転軸Ｄの周りの回転の点から、結合部９は、好ましくは理想剛体であるように、好ましくは位置から外れた回転について安定的であるように設計される。図１０に示される結合部９は、ベローズバネとして設計されている。ベローズバネは、回転軸Ｄの周りの回転時に、高いねじり剛性を達成するように、好ましくは金属からなる。ベローズバネ９は、そのベローズバネ９が長手方向Ｌにおいて弾性特性を有するように設計され、弾性特性は、例えば、ベローズバネの壁厚、選択される材料（好ましくは、金属）、およびベローズバネの幾何構造により決定されることが可能である。１つの有利な設計の実施形態では、センサ８は内部空間９ｇに配置されており、このセンサ８が長手方向Ｌにおける距離（例えば、センサの反対に配置されているベローズバネ９の側端部９ｆからの距離）を測定する。１つの特に有利な設計の実施形態では、結合部９は、外部に対し気密に閉鎖される内部空間９ｇを構成し、外側から生じる汚染を内部空間９ｇに残さないことが可能であり、その結果、センサ８は側端部９ｆからの距離を、長期の信頼性をもって、また少ないメンテナンスにて測定可能となる。図１１に示される結合器９は、連続的なシャフト４が第１シャフト部４ａと第２シャフト部４ｂとに再分割され、その２つのシャフト部４ａ，４ｂは図１０により記載されるように結合器９に接続されているため、例えば図１、図２または図８に示されるようなバルブ１において用いられることも可能であり、その結果、図１、図２または図８に示されるシャフト４は、そのシャフト４に配置されている結合器９により長手方向Ｌにおける復元特性を有する。

【0034】

図１１は、さらなる例示的な実施形態の、ねじりバネ７とシャフト４との間の接続部の縦断面を示し、接続部は中空円筒接続部１０と結合部９との組み合わせを備え、結合部９は図１０または図１２に記載されるようなベローズバネとして設計される。１つの有利な設計の実施形態では、センサ８は接続部１０に配置されており、例えば、センサ８はそのセンサの反対に配置されているベローズバネ９の側端部９ｆからの距離を測定する。１つの特に有利な設計の実施形態では、接続部１０およびベローズバネ９は、結合部９が外部に対して気密に閉鎖されている共通の内部空間９ｇを構成するように設計される。ベローズバネ９とともに接続部１０を備える図１１に示される構成は、例えば、図１、図２または図８に示されるようにバルブ１において用いられることも可能である。センサ８としては、例えば、渦電流センサが適している。

【0035】

図１２は、ベローズ形凸状部９ｋと、例えば開放されている円筒の内部キャビティ９ｈが依然として残るように弾性充填材（斜線にて示される）により部分的に充填される内部空間９ｇとを有する、ベローズ形、好ましくは金属の外部包装９ｉを備える結合器９のさらなる例示的な実施形態を示す。弾性充填材は、長手方向Ｌにおける結合器９のバネ定数、またはバネ弾性をそれぞれ決定する機能を果たし、そのバネ定数は、外部包装９ｉのベローズ形凸状部９ｋにおける充填材の弾性および／または充填材の配置によって特に決定される。弾性充填材は、好ましくは、弾性プラスチック材からなる。弾性充填材は、内部キャビティ９ｈに配置され、ベローズ形凸状部９ｋの少なくともいくつかは、また好ましくは全ての凸状部９ｋは、示されるように、弾性充填材９ｇにより、好ましくは完全に満たされる。閉鎖要素３が確実におよび自動的に長手方向Ｌに運動するように、結合器は、長手方向Ｌにおいて閉鎖要素３に作用する力に対応して適合されるバネ定数を必要とする。図１０～図１２に示される結合部９は、必要に応じて、複数の異なるバネ定数により生成されることが可能である。

【0036】

図１３は、閉鎖要素３のさらなる例示的な実施形態の斜視平面図を示す。閉鎖要素３の下側は、図４に示されるように設計されることが可能である。閉鎖要素３は、中心ボア３ｃを有するハブ３ｅと、中心点Ｍと、その中心点Ｍに対し周方向に相互に離間しているように径方向に延びている複数の閉鎖部分３ａとを備える。各径方向アーム３ａは、板状部３ｗと、その板状部３ｗに対し固定して接続されているリブ３ｉとからなり、各板状部３ｗは径方向に周縁部３ｓまで延びている。流路開口２ａの反対に面する側における各リブ３ｉは、回転軸Ｄの方向において板状部３ｗを越えて突出する。リブ３ｉは、周縁部３ｓに向かって減少する高さ３ｔを有し、それによって、横断面が縮小する。閉鎖部３ａのたわみ剛性は、特に突出するリブ３ｉの設計の実施形態に依存する。リブ３ｉの高さ３ｔは、有利には、リブ３ｉの質量が外側に向かって減少するように、特に閉鎖要素３の質量を径方向外側において減少するように、それによって特に回転軸Ｄの周りの回転運動に対して閉鎖要素３の慣性質量を減少するように、径方向において外側に向かって減少する。

【0037】

図１４は、図３に示される実施形態とは対照的に、支持要素２ｄを有するバルブシート２の斜視平面図を示し、支持要素２ｄは、回転軸Ｄの方向において環状面２ｃ上に突出し、周方向に相互に離間（好ましくは、一様に相互に離間）しており、ボア２ｅに対して径方向に延びている。図１５は、図４に示される実施形態とは対照的に、ハブ３ｅの表面において窪部３ｋを有する閉鎖要素３の斜視図を示し、窪部３ｋは、中心ボア３ｃに対して径方向に延びており、支持要素２ｄに対し相補的に配置されている。図１４に係るバルブシート２と図１５に係る閉鎖要素３とは、１つの反対の窪部３ｋが各支持要素２ｄに提供され、それぞれの支持要素２ｄがその反対の窪部３ｋに係合可能であるように、同数の突出した支持要素２ｄと窪部３ｋとが配置されるよう、相互に適合すべく設計される。図１４に係る切断線Ｂに沿った断面における図１６～図１８は、様々な位置におけるバルブシート２と閉鎖要素３とを示す。図１６では、閉鎖要素３は下降した閉鎖位置を有し、閉鎖要素３はバルブシート２に着座しており、各支持要素２ｄはその反対側に配置されている窪部３ｋに係合し、突出している支持要素２ｄは軸受面２ｃがハブ３ｅ上に平面的に着座するように窪部３ｋに完全に収容される。図１７の場合には、上向きの正の圧力差ΔＰが閉鎖要素３に生じ、これによって閉鎖要素３が図１６に対して長手方向Ｌに持ち上がり、閉鎖要素３が持ち上がるものの図１６に係る位置に対して回転軸Ｄの周りの位置に位置から外れてまだ回転していない、持ち上がった閉鎖位置に置かれる。閉鎖要素３が図１７に示される位置に置かれるとすぐに、閉鎖要素３は回転軸Ｄの周りを回転することが可能となる。図１８は、持ち上がった位置における閉鎖要素３を示し、持ち上がった位置では、閉鎖要素３が図１６に対して長手方向Ｌに持ち上がっており、また閉鎖要素３が回転軸Ｄの回転方向において位置から外れて回転している。図１８は、下向きの負の圧力差ΔＰが閉鎖要素３に生じ、これによって閉鎖要素３がバルブシート２の方向に下降させられるものの、しかしながら閉鎖要素３が着座する支持要素２ｄによってこれが防止される状況を示す。閉鎖要素３に着座する支持要素２ｄの端面は比較的小さく、これによって回転軸Ｄの回転方向Ｄ２に閉鎖要素３を回転させるために必要な回転力が比較的小さいという利点を得る。このようにして、支持要素２ｄは、支持要素２ｄがない実施形態と比較して、閉鎖要素３とバルブ２との間の回転に対する抵抗が減少し、その結果、閉鎖要素３をバルブシート２に接触させる負の圧力差ΔＰが閉鎖要素３に生じている時にも、依然として閉鎖要素３が確実に回転することを可能とする利点を有する。したがって、本発明に係るバルブ１は、生じている圧力差のより広範囲にて確実に動作することが可能である。支持要素２ｄは、示されるように、負の圧力差ΔＰの場合に、閉鎖要素３とバルブシート２とが負の圧力差ΔＰの場合に位置から外れて相互に回転するとしても、閉鎖要素３およびバルブシート２における摩耗がさらに減少する、さらなる利点を有する。

【0038】

さらなる例示的な実施形態では、支持要素２ｄに代えて窪部がバルブシート２に配置されることが可能であり、窪部３ｋに代えて支持要素が閉鎖要素３に相補的に配置されることが可能である。

【0039】

図１９は、図３に示される実施形態とは対照的に、環状面２ｃにおいて周方向に離間している複数の回転部材１２を有するバルブシート２のさらなる例示的な実施形態を示す。その回転部材１２は、環状面２ｃを越えてわずかに（例えば、１／１０ｍｍ）突出している。回転部材１２は、バルブシート２または環状軸受面２ｃに着座する回転する閉鎖要素３の摺動抵抗または回転抵抗を低減する機能を果たす。回転部材１２は、好ましくは円柱または円筒状であるように設計され、好ましくは金属またはセラミックからなる。

【0040】

図２０は、中心ボア３ｃを有するハブ３ｅを備え、周方向に相互に離間して配置されるとともにハブ３ｅに接続されている複数の径方向閉鎖要素３ａを備える、さらなる例示的な実施形態の閉鎖要素３を断片にて示す。図２１は、方向Ｇから見られる、図２０に係る単一の閉鎖要素３ａの側面図を示す。図２２は閉鎖部３ａの縦断面Ｆ－Ｆを示し、図２３は切断線Ｅ－Ｅに沿った閉鎖部３ａの横断面を示す。閉鎖部３ａは、内部空間３ｏを制限する、第１径方向横壁および第２径方向横壁３ｍ，３ｎとカバー面３ｒとを備える。第１径方向横壁および第２径方向横壁３ｍ，３ｎは、図２３に示されるように、その横壁３ｍ，３ｎが各場合において、バルブシート２に対して位置整合されている１つの平坦な封止面３ｄをさらに構成するように延びている。ハブ３ｅ上に配置されている封止面３ｄと閉鎖部３ａの周縁部３ｓの領域に配置されている封止面３ｄとに連接している、その２つの封止面３ｄは、例えば図３に係るバルブシート２の場合には、上述の封止面３ｄが側端部２ｂに着座するため、図２２に示されるようにバルブシート２の側端部２ｂに着座し、流路開口２ａが封止されることが可能である。下降した閉鎖位置にある閉鎖要素３はバルブシート２に着座し、閉鎖要素３は、封止面３ｄが側端部２ｂに着座するとともに流路開口２ａを包囲するようにバルブシート２に対して配置され、閉鎖部３ａのスプーン形内部空間３ｏはここで流路開口２ａの上方にあり、流路開口２ａに対し流体接続されている。図２０～図２３に示される閉鎖要素３は、径方向閉鎖部３ａが特に横壁３ｍ，３ｎによって、対応する材料が選択される場合に高い剛性を有することと、他方では径方向閉鎖部３ａが質量において軽量であるように設計されることが可能であることとの利点を有し、これは回転軸Ｄの周りを閉鎖要素３が回転する場合に、その閉鎖要素が減少した慣性質量を有する利点を生じる。これによって、回転軸Ｄの周りの閉鎖要素３の回転のためには、より詳細には、加速段階中および減速段階中に、閉鎖要素３を開放位置から閉鎖位置に、また逆に閉鎖位置から開放位置に運動させるために、力の点ではより少ない作用しか必要とされない。

【0041】

図２４は、方向Ｇから再び見られる、さらなる例示的な実施形態の単一の閉鎖部３ａの側面図を示す。図２５は、切断線Ｈ－Ｈに沿った図２４に係る閉鎖部３ａの縦断面を示し、図２６は、切断線Ｉ－Ｉに沿った閉鎖部３ａの横断面を示す。閉鎖部３ａは、第１径方向横壁および第２径方向横壁３ｍ，３ｎとカバー面３ｒとをやはり備え、図２１～図２３に係る例示的な実施形態とは対照的に、径方向横壁３ｍ，３ｎは、図２４～図２６に示されるように、幅広でありカバー面３ｒを越えて突出するように設計される。回転軸Ｄの軸方向においてより幅広であるその横壁３ｍ，３ｎは、径方向閉鎖部３ａが横壁３ｍ，３ｎの同一の壁厚の場合に高い安定性か高い曲げ剛性かのいずれかを有するか、または、横壁３ｍ，３ｎがより薄く設計され、したがって閉鎖部３ａがより小さい質量を有する、利点を得る。１つの閉鎖要素３の全ての閉鎖部３ａは、有利には、同等に設計される。

【0042】

図２７は、図１０および図１１に係る結合器９の代替である、さらなる例示的な実施形態の結合器９の縦断面を示す。図２８は、切断線Ｃ－Ｃに沿った図２７に係る結合器の断面を示す。図１０および図１１に関連してすでに記載されたように、図２７および図２８に示される結合器９も、長手方向Ｌにおける可動性を有するが、一方で、その結合器９は回転軸Ｄの周りの回転について位置から外れた回転に関して剛体である。結合器９は第１シャフト部４ａに対し固定して接続されている第１結合部９ａを備え、第２シャフト部４ｂに対し固定して接続されている第２結合部９ｂを備える。第１結合部９ａは角を有する凹部９ｄを備え、第２結合部９ｂは角を有する付属部９ｃを備え、凹部９ｄと付属部９ｃとは、長手方向Ｌにおける相補的な運動が可能であるように相互に適合されるよう設計されており、回転軸Ｄの周りの位置から外れた相補的な回転がかろうじて可能であるか少しも可能でない。第１結合部および第２結合部９ａ，９ｂは、第１結合部および第２結合部９ａ，９ｂが長手方向Ｌに相補的な運動をすることが可能であるように、弾性バネ部９ｅによってバネ弾性を有するように互いに接続されている。バネ部９ｅは、示されるように、例えば、中空円筒であるように設計され、弾性材料からなることが可能である。１つの有利な設計の実施形態では、２つの結合部９ａ，９ｂ間の距離または距離の変化を測定するセンサ８は、例えば、センサ８と側端部９ｆとの間の距離が測定されるため、示されるように結合器９内に配置される。１つの有利な設計の実施形態では、結合器９は、結合器９の最大のストローク経路の範囲を定めるディテント９ｌを有する。バネ部９ｅの弾性は、好ましくは、閉鎖要素３が自動的に長手方向Ｌに運動可能であるように選択される。

【0043】

図２９は、第１基本位置における電磁駆動部５を示し、図３０は、第２基本位置における同一の電磁駆動部５を示す。駆動部５は、コイル用の４つのヨーク５ｂと内部空間５ｃとを有するステータ５ａを備える。４つのヨーク５ｂの各々の周りに巻かれており内部空間５ｃに延びている、磁場を生成するための電気伝導コイルは、示されていない。駆動部５は、好ましくはアーマチュア５ｄをさらに備え、アーマチュア５ｄは、シャフト４かねじりバネ７に対し固定して接続されており、回転軸Ｄの周りに枢動可能であるように取付けられている。駆動部５は、アーマチュア５ｄの最大枢動範囲が閉鎖要素３の回転に必要な角度よりもわずかに大きいように設計される。構造に関する設計の実施形態に応じて、駆動部５は、好ましくは５°～２０°の枢動角を有する。閉鎖要素３を開放位置から閉鎖位置に７．２°回転させることは、図３に示されるように、バルブシート２が周方向に一様に相互に離間している２５の流路開口２ａを有するように、周方向において閉鎖位置とそれに連接している開放位置の合計が合計で１４．４°の回転角を占める。したがって、駆動部５のアーマチュア５ｄは、特に、位置から外れた回転に対する第１シャフト部４ａの剛性に応じて、わずかに大きい角度について（例えば、８°から１０°までの範囲の角度について）枢動する必要がある。図３に示されるバルブシート２は、開放位置から閉鎖位置に小さい回転角を必要とする利点を有し、これは特に急速なスイッチング、または特に短いスイッチング時間を可能とする。図２９～図３１に示される駆動部５は、閉鎖要素５を駆動すべく、また開放位置から閉鎖位置に、または閉鎖位置から開放位置に閉鎖要素を回転させるべく、図１、図２、図８および図９に示されるように、例えば７．２°の角度範囲について、その閉鎖要素を回転させるのに適している。

【0044】

１つの特に有利な設計の実施形態では、図３１に示されるように、減衰要素５ｆがアーマチュア５ｄの端部に配置されており、その減衰要素５ｆの役割は、アーマチュア５ｄとヨーク５ｂとの間の直接の接触を防止することである。減衰要素５ｆは、非磁気材料（例えば、アルミニウム）またはプラスチック材料からなる。この設計の実施形態は、アーマチュア５ｄをスイッチングするための対応する磁場が駆動部５に印加されたとき、アーマチュア５ｂが直ちにヨーク５ｂから外されるのを確実にするように、ヨーク５ｂ上のアーマチュア５ｄの固定を防止する利点を有する。図２９～図３１に示される駆動部５を備える、図１、図２、図８、図９に示されるピストンコンプレッサバルブ１は、閉鎖位置から開放位置に、また開放位置から閉鎖位置に非常に急速にスイッチングされることが可能であり、スイッチング時間は０．１秒未満であり、特に有利には、約２．５ミリ秒の範囲にあり、または２～１０ミリ秒の間の範囲にある。

【0045】

閉鎖要素３の回転角は閉鎖要素３の状態変数Ｅとして検出される必要がなく、それは、閉鎖要素３の長手方向Ｌにおける変位に適用される指示がその状態変数から導出されることができないためである。したがって、その状態変数に基づいては、アクチュエータ駆動部５が作動される時点に関して決定することはできない。しかしながら、ピストンコンプレッサバルブの確実な動作のためには、閉鎖要素３の回転角、または閉鎖要素３に関連付けられている変数、特にアクチュエータ駆動部５の回転角が追加的に測定されることも有利であると示され得る。さらに、コンプレッサのクランク軸が測定されることが有利である。コンプレッサのクランク軸によって、いつ、またはどのクランク軸角にてピストンコンプレッサバルブが開放または閉鎖される必要があるのか、またはどのクランク軸角にてピストンコンプレッサバルブの気体の排出、もしくは気体の導入が行われるのかが決定されることが可能である。閉鎖要素３の不機能は、例えば、閉鎖要素３の回転角を測定することによって検出されることが可能であり、閉鎖要素３がクランク軸角による所定の周期における閉鎖要素３の回転によって開閉しない場合には、例えば、誤差信号が生成されることが可能であるか、ピストンコンプレッサが緊急に停止されることが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】