EP0725899B1 - Kolbenverdichter für gasförmige medien - Google Patents

Kolbenverdichter für gasförmige medien Download PDF

Info

Publication number
EP0725899B1
EP0725899B1 EP95929102A EP95929102A EP0725899B1 EP 0725899 B1 EP0725899 B1 EP 0725899B1 EP 95929102 A EP95929102 A EP 95929102A EP 95929102 A EP95929102 A EP 95929102A EP 0725899 B1 EP0725899 B1 EP 0725899B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
air
flywheel
crankcase
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95929102A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0725899A1 (de
Inventor
Helmut Thurner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ventrex Automotive GmbH
Magna BDW Technologies GmbH
Original Assignee
Magna BDW Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magna BDW Technologies GmbH filed Critical Magna BDW Technologies GmbH
Publication of EP0725899A1 publication Critical patent/EP0725899A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0725899B1 publication Critical patent/EP0725899B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/128—Crankcases

Definitions

  • the present invention relates to an electrically driven, dry-running piston compressor or piston compressor for gaseous media, preferably for air.
  • the object of the present invention is therefore a compressor to provide, which has a high temperature resistance, suitable for continuous operation even under unfavorable circumstances is and has a simple and inexpensive construction. Furthermore, compared to known, simply constructed compressors better efficiency can be achieved so that at lower electrical power consumption a high pressure available becomes.
  • the compressor can advantageously be of the type described in DE 36 16 968 Al known design, in which a connecting rod joint is dispensed with and where the piston with the piston rod Piece forms. At the other end is the piston rod on the drive crank articulated.
  • the wobbling piston can be similar DE 32 40 475 A1 be provided with sealing lips and has an inner flap valve similar to DE 36 16 168 A1 on.
  • This type of compressor is used as a small compressor in the tool kit from automobiles to breakdowns to be available over very short operating times. A continuous operation is not possible with these features alone. Only in the combination with the features described here can permanent use of these known Individual features can be used.
  • the flywheel is arranged so cheaply in the crankcase that space can be saved, resulting in a small one Unit leads.
  • the flywheel also helps of their surface transverse to the axis as a rotary slide valve and thus ensures stroke-dependent metering of the medium.
  • partial surfaces running parallel to the axis are used Flywheel as a medium accelerator.
  • the flywheel connected to the piston so that its idle stroke at least partially used to convey cooling air through ducts is bypassed in the cylinder housing and the electric motor and it cools.
  • the control of the necessary air supply and Air discharge openings are made by an appropriately trained Flywheel on which the piston rod of the delivery piston is attached eccentrically. By rotating this Flywheel the corresponding air openings are opened and closed.
  • the shape of the flywheel and the arrangement the openings must correspond to each other.
  • a The opening is used to draw in outside air, the other opening for removing the cooling air. It is a kind of slide valve.
  • front surface sections can accelerate the medium in the desired direction.
  • the flywheel acts like a second pump in the compressor and moves only those metered for cooling by the same component Proportion of intake. This improves efficiency considerably.
  • the piston head also contains, as described above Valve, namely a check valve through which the to be compressed Air from the crankcase during the idle stroke the workspace flows.
  • the piston moves upwards during the working stroke. That with him connected valve is closed. It compresses the air in the Cylinder passed through another check valve to the consumer is delivered. Outside air is supplied by the Flywheel opened opening.
  • the piston moves down again during the idle stroke. As long as its valve is closed, it compresses itself below air it contains, which is then passed through the is now opened from the flywheel and for cooling the cylinder head and the electric drive the compressor serves, being from the movement of the Flywheel is additionally accelerated. That from the Flywheel works like a valve acting as a rotary valve piston so to speak in synchronism with the air intake and Outlet opening compared to the valve in the piston head. In the working stroke is the valve in the piston head and the inlet valve in essential, i.e. with a certain lead, closed. Vice versa opens after the print run through top dead center the inlet, while initially the valve during the down stroke in the piston head is still closed, only to be on the further Open piston stroke.
  • the amount of cooling air thus obtained depends on the pressure the consumer opposes the compressor. With high back pressure the consumer hardly takes any air, which means the compressor takes a lot of power to work against that pressure what leads to increased heating of the compressor. The height Back pressure also ensures that the piston valve is long remains closed and thus a lot of cooling air is conveyed.
  • a compressor 10 according to FIG. 1 consists of a cylindrical motor housing 12, the one in motor vehicles includes the usual DC-powered electric motor, the the electrical energy is supplied via a cable 24. On the motor housing 12 closes a crankcase at right angles 14 on. The whole unit of the compressor 10 is over a mounting plate 22 mountable.
  • a cylinder 16 connects to the crankcase 14 is provided on the outside with cooling fins 18 and a casing 20.
  • the crankcase has an air inlet opening 26 on the side provided, through which the air to be conveyed 70 is sucked.
  • the used air to be conveyed is discharged through a discharge opening 28 dispensed at the upper end of the cylinder head 16.
  • Another Outlet opening 30 for a portion of cooling air is on upper free end of the motor housing 12.
  • Fig. 2 shows a side section of the compressor 10. Es Here are cooling air ducts for the introduction of cooling air is symbolized by an arrow 80, into the motor housing 12 recognizable. This air flows through the motor housing in axial direction up to arrow 82 and then passes through the Opening 30 out.
  • air channels 46 begin behind an opening 54.
  • the cylinder and piston arrangement is clearer from Fig. 3.
  • a flywheel sits on an axis 32 of the electric motor 34. This is eccentric using a ball bearing 50 a piston rod 36 is arranged.
  • the flywheel 34 serves at the same time as a rotary slide piston for dosing and control and additional acceleration of the incoming and outgoing air.
  • With a certain caster are alternately in the crankcase 14 opened the air inlet 52 and air outlet 54 and closed.
  • the one for control The flywheel 34 used has an approximately semicircular shape Flywheel segment 33 with an opposite approach 35 for the ball bearing 50.
  • the openings 52, 54 opened and closed almost simultaneously, but briefly both openings 52, 54 opened, but never both openings 52, 54 are closed at the same time, resulting in an undesirable Pressure build-up would lead below the piston.
  • the openings 52 and 54 are opened and closed somewhat trailing to the upper and lower turning points of a piston 58.
  • the approach 35 of the flywheel 34 on which the piston rod 36 is attached therefore has an angle of approx. 15 ° to the vertical with respect to the semicircular flywheel segment 33 on. This has lagged the controller proves to be advantageous due to the inertia of the air proven.
  • the flywheel 34 has the one shown in the drawing semicircular shape and also serves as a mass balance for the piston 58 driven by it with piston rod 36 and as a rotary slide control for dosing and controlling the and escaping air.
  • a cylinder space 38 is located above the piston 58 is closed at the top by a check valve, which consists of a valve support surface provided with openings 59 61, to which a valve spring 66 is used Valve plate 62 is pressed.
  • Fig. 3 is a position of the piston shown in the left end position. In the opposite Position is the piston at its lower turning point. From there, the piston 58 moves upward. Doing so the air in the cylinder space 38 above the piston 58 compressed. The air pressure presses the valve plate 62 against the Pressure of valve spring 66 upwards, which is valve 61, 59, 62 opened with it. The air pushed up by piston 58 flows through the openings 59 of the valve plate 62 into one Cylinder head cavity 68 and from there via the air outlet opening 28 to the consumer. During this movement of the piston 58 from bottom to top it is the working stroke of the compressor.
  • An upper insert 86 has a rim on its bottom Openings 92 through which in the open state when moving downwards of the piston 58 air can pass through.
  • a piston ring 90 made of Teflon encloses the insert 92 with play. Of the Piston ring 90 is on the working stroke of piston 58 his lower stop. The valve is then closed. It no air can pass through the piston head. This is the case when the piston moves up. Is located the piston ring 90 at its upper stop, so the valve open. Air can pass through the piston head. At the downward movement of the piston 58 opens the valve in Piston head as soon as the pressure below the piston head increases is called the pressure above the piston head. The time of Opening the piston head valve depends on the pressure that the consumer the compressor.
  • the outer surface of the piston only has one at the upper edge very short cylindrical section with the diameter of the Cylinder and then tapers downward at an angle of approx. 5 ° to the outer surface of the cylinder.
  • This obliquely tapered shape of the outer edge of the Teflon ring 90 a clean seal even when the piston 58 is tilted guaranteed.
  • the piston should run in a cylinder made of anodized aluminum or a similar metal alloy without lubricant.
  • Teflon is preferably chosen as the material for the running surfaces of the piston.
  • the piston jacket made of Teflon has an annular groove on its top near the side wall.
  • a metal ring 94 for example made of steel or aluminum, is attached, which is secured at the top by a pressed-in coil spring 96.
  • the Teflon ring 90 also has a radially inward offset, a further, open, downwardly open, annular undercut 98.
  • This undercut allows the inner part of the Teflon head to expand or contract as desired via the temperature, without the diameter of the metal ring 94 being influenced from the inside by pressure or tension.
  • the outer diameter of the Teflon piston head changes with the coefficient of expansion of the metal of which the cylinder is made when the metal ring 94 is made of the same metal. This ensures a constant temperature fit between the Teflon (R) piston head and the metal cylinder and thus a corresponding tightness.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch angetriebenen, trockenlaufenden Kolbenverdichter oder Kolbenkompressor für gasförmige Medien, vorzugsweise für Luft.
Hierbei ist beispielsweise, aber auch insbesondere an sogenannte Kleinkompressoren gedacht, die für eine Druckluftversorgung in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können. Diese Kompressoren sollen auch im Dauerbetrieb arbeiten. Der Einsatz in Kraftfahrzeugen unterwirft die Kompressoren hohen Belastungen. Zum einen sind diese mechanischer Art, insbesondere, wenn der Kompressor den Rüttelbewegungen des Motors ausgesetzt ist. Zum anderen handelt es sich um thermische Belastungen, bedingt durch den breiten Temperaturbereich, in dem Fahrzeuge verwendet werden. Es besteht hier speziell das Problem der Überhitzung, wobei die von der im Fahrzeug eingesetzten Brennkraftmaschine ausgehende Wärme den Haupteinfluß ausübt. Die Umgebungstemperatur im Motorraum beträgt bis +80°C.
Aus der DE 41 10 912 A1 ist ein trockenlaufender Hubkolbenkompressor bekannt, bei dem die Ansaugluft zur Innenkühlung des Triebwerkes der Arbeitsmaschine benutzt wird. Die zu verdichtende Luft wird aus der Umgebung in das Kurbelgehäuse angesaugt und zur Kühlung der einer Reibung ausgesetzten Teile wie Kurbelwellenlager benutzt.
Hierbei sind zur gezielten Kühlung der sich im Kurbelgehäuse bewegenden Teile Luftleitbleche und sogar Kühlrippen an in den Kurbelraum ragenden Rohren angeordnet, in denen sich sich das Gelenk zwischen Pleuel und Kolbenstange bewegt. Diese Einbauten machen das Kurbelgehäuse innen kompliziert und groß. Damit ist auch die angesaugte Luftmenge größer als die verdichtete Luftmenge und diese zusätzlich angesaugte Luftmenge wird erwärmt, wofür ein Teil der der Arbeitsmaschine über den elektrischen Antrieb zugeführten Energie nutzlos verschwendet wird. Der Wirkungsgrad des Verdichters wird schlechter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Kompressor bereitzustellen, der eine hohe Temperaturbelastbarkeit aufweist, für Dauerbetrieb auch unter ungünstigen Umständen geeignet ist und eine einfache und kostengünstige Bauweise aufweist. Ferner soll gegenüber bekannten, einfach aufgebauten Kompressoren ein besserer Wirkungsgrad erreicht werden, so daß bei geringer elektrischer Leistungsaufnahme ein hoher Druck verfügbar wird.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß im Kurbelgehäuse eine Kolbenstange nur einseitig beweglich auf einer Schwungscheibe gelagert ist, die zugleich als Drehschieberorgan zur Dosierung, Steuerung und Beschleunigung des angesaugten Mediums ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise kann der Kompressor von der aus der DE 36 16 968 Al bekannten Bauart sein, bei der auf ein Pleuelgelenk verzichtet wird und bei der der Kolben mit der Kolbenstange ein Stück bildet. Am anderen Ende ist die Kolbenstange an der Antriebskurbel angelenkt. Der dadurch taumelnde Kolben kann ähnlich der DE 32 40 475 A1 mit Dichtlippen versehen sein und weist ähnlich der DE 36 16 168 A1 ein inneres Flatterventil auf. Diese Kompressorbauart ist als Kleinkompressor im Bordwerkzeug von Kraftfahrzeugen verbreitet, um bei Reifenpannen über sehr kurze Einsatzzeiten verfügbar zu sein. Ein Dauerbetrieb ist mit diesen Merkmalen allein nicht möglich. Erst in der Kombination mit den hier beschriebenen Merkmalen kann die einen Dauerbetrieb ermöglichende Verwendung dieser bekannten Einzelmerkmale genutzt werden.
Die Schwungscheibe ist hierbei so günstig im Kurbelgehäuse angeordnet, daß Platz gespart werden kann, was zu einer kleinen Baueinheit führt. Darüber hinaus wirkt die Schwungscheibe mit ihrer quer zur Achse verlaufenden Fläche als Drehschieberventil und sorgt damit für eine hubabhängige Dosierung des Mediums. Außerdem dienen parallel zur Achse verlaufende Teilflächen der Schwungscheibe als Mediumsbeschleuniger.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schwungscheibe so mit dem Kolben verbunden, daß dessen Leerhub zumindest teilweise zur Förderung von Kühlluft verwendet wird, die über Kanäle im Zylindergehäuse und am Elektromotor vorbeigeleitet wird und diese kühlt. Die Steuerung der notwendigen Luftzufuhr- und Luftableitungsöffnungen erfolgt durch eine entsprechend ausgebildete Schwungscheibe, an der die Kolbenstange des Förderkolbens exzentrisch befestigt ist. Durch die Drehung dieser Schwungscheibe werden die entsprechenden Luftöffnungen geöffnet und geschlossen. Die Form der Schwungscheibe und die Anordnung der Öffnungen müssen dabei miteinander korrespondieren. Eine Öffnung dient zum Ansaugen von Außenluft, die andere Öffnung zur Abführung der Kühlluft. Es handelt sich um eine Art Schieberventil.
Zugleich können Frontflächenabschnitte zur Mediumsbeschleunigung in die gewünschte Richtung benutzt werden. Die Schwungscheibe wirkt wie eine zweite Pumpe im Verdichter und bewegt dabei nur den zur Kühlung vom selben Bauelement dosierten Anteil des Angesaugten. Damit verbessert sich der Wirkungsgrad erheblich.
Der Kolbenkopf enthält, wie oben beschrieben, ebenfalls ein Ventil, nämlich ein Rückschlagventil, durch das die zu verdichtende Luft aus dem Kurbelgehäuse während des Leerhubs in den Arbeitsraum fließt.
Beim Arbeitshub bewegt sich der Kolben nach oben. Das mit ihm verbundene Ventil ist geschlossen. Er komprimiert die Luft im Zylinder, die über ein weiteres Rückschlagventil an den Verbraucher abgegeben wird. Außenluft wird über die von der Schwungscheibe geöffnete Öffnung angesaugt.
Beim Leerhub bewegt sich der Kolben wieder nach unten. Solange sein Ventil geschlossen ist, komprimiert er die sich unterhalb von ihm befindliche Luft, die dann zu Kühlzwecken durch die jetzt von der Schwungscheibe geöffnete Öffnung geleitet wird und zur Kühlung des Zylinderkopfes sowie des elektrischen Antriebs des Kompressors dient, wobei sie von der Bewegung der Schwungscheibe zusätzlich beschleunigt wird. Das von der Schwungscheibe wie ein Drehschieberkolben wirkende Ventil arbeitet sozusagen im Gleichtakt gegenüber der Lufteinlaß- und Auslaßöffnung im Vergleich zum Ventil im Kolbenkopf. Im Arbeitshub ist das Ventil im Kolbenkopf und das Einlaßventil im wesentlichen, d.h. mit einem gewissen Vorlauf, geschlossen. Umgekehrt öffnet sich nach dem Drucklauf durch den oberen Totpunkt der Einlaß, während anfänglich beim Abwärtshub das Ventil im Kolbenkopf noch geschlossen ist, um sich erst auf dem weiteren Kolbenweg zu öffnen. Danach gelangt eine dosierte Menge vom Arbeitsmedium nach oben über den Kolben und eine dosierte Menge wird durch die von der Schwungmasse freigegebene Ansaugöffnung in den Kurbelraum eingezogen, während der Zugang zu den Kühlkanälen von der Schwungscheibe geschlossen ist. Hierbei wirkt eine in Drehrichtung rückwärtige Stirnfläche vorteilhafterweise wie ein Saugkolben und die vordere Stirnfläche treibt das Medium aus dem Kurbelraum in den Zylinder unter den inzwischen ganz offenen Kolben. Im unteren Totpunkt kehren sich alle Stellungen um. Der Kühlluftkanal wird freigegeben und das dosiert in Kurbelraum vorhandene Medium verteilt sich als Arbeitsmedium über den Kolben und als Kühlmedium an die zu kühlenden Stellen.
Die Menge der so erhaltenen Kühlluft hängt vom Druck ab, den der Verbraucher dem Kompressor entgegensetzt. Bei hohem Gegendruck nimmt der Verbraucher kaum Luft ab, womit der Kompressor viel Leistung aufnimmt, um gegen diesen Druck anzuarbeiten, was zu einer stärkeren Erhitzung des Kompressors führt. Der hohe Gegendruck sorgt aber auch dafür, daß das Kolbenventil lange geschlossen bleibt und somit viel Kühlluft gefördert wird.
Bei schwachem Gegendruck des Verbrauchers nimmt der Verbraucher nahezu alle Luft ab, der Kompressor nimmt nur wenig Leistung auf und erwärmt sich daher auch weniger. Durch den schwachen Gegendruck bleibt das Kolbenventil bei der Abwärtsbewegung des Kolbens nur kurz geschlossen, womit weniger Kühlluft gefördert wird. Man erreicht dadurch eine selbsttätige Regelung der Kühlleistung abhängig von der Kompressorbelastung.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
  • Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht des Kompressors,
  • Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht,
  • Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Figur 2,
  • Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Kompressorkolbens.
    • In dem folgenden Ausführungsbeispiel wird als Medium Luft benutzt. Ein Kompressor 10 besteht gemäß Fig. 1 aus einem zylindrischen Motorgehäuse 12, das einen in Kraftfahrzeugen üblichen gleichstrombetriebenen Elektromotor einschließt, dem die elektrische Energie über ein Kabel 24 zugeführt wird. An das Motorengehäuse 12 schließt sich rechtwinkelig ein Kurbelgehäuse 14 an. Die ganze Einheit des Kompressors 10 ist über eine Befestigungsplatte 22 montierbar.
    An das Kurbelgehäuse 14 schließt sich ein Zylinder 16 an, der außen mit Kühlrippen 18 und einer Ummantelung 20 versehen ist. Das Kurbelgehäuse ist seitlich mit einer Lufteinlaßöffnung 26 versehen, durch die die zu fördernde Luft 70 angesaugt wird. Die zu fördernde Gebrauchs-Luft wird über eine Abgabeöffnung 28 am oberen Ende des Zylinderkopfes 16 abgegeben. Eine weitere Auslaßöffnung 30 für einen Kühlluftanteil befindet sich am oberen freien Ende des Motorgehäuses 12. Hier entweicht die Kühlluft nach Kühlung der inneren Teile, zuletzt des Elektromotors. Die Wege des Luftverlaufs sind durch Pfeile angedeutet, werden aber weiter unten noch näher erklärt.
    Die Fig. 2 zeigt einen Seitenschnitt des Kompressors 10. Es sind hier Kühlluftkanäle für die Einleitung von Kühlluft, die durch einen Pfeil 80 symbolisiert ist, bis in das Motorgehäuse 12 erkennbar. Diese Luft durchströmt das Motorgehäuse in axialer Richtung bis zum Pfeil 82 und tritt dann durch die Öffnung 30 aus.
    Im Kurbelgehäuse 14 beginnen Luftkanäle 46 hinter einer Öffnung 54. Die Zylinder- und Kolbenanordnung wird aus Fig. 3 deutlicher. Auf einer Achse 32 des Elektromotors sitzt eine Schwungscheibe 34. An dieser ist exzentrisch mittels eines Kugellagers 50 eine Kolbenstange 36 angeordnet. Die Schwungscheibe 34 dient gleichzeitig als Drehschieberkolben zur Dosierung, Steuerung und zusätzlichen Beschleunigung der ein- und austretenden Luft. Mit einem gewissen Nachlauf werden wechselseitig im Kurbelgehäuse 14 die Lufteintritts- 52 und Luftaustrittsöffnung 54 geöffnet und geschlossen. Dazu sind verschiedene Öffnungsanordnungen und entsprechende Schwungscheibenausgestaltungen möglich. Im vorliegenden Beispiel sind eine Lufteintrittsöffnung 52 unter dem Lufteinlaß 20 und eine Luftaustrittsöffnung 54 einander direkt gegenüberliegend angeordnet. Die zur Steuerung verwendete Schwungscheibe 34 weist ein etwa halbkreisförmiges Schwungscheibensegment 33 mit einem gegenüberliegenden Ansatz 35 für das Kugellager 50 auf. Dadurch werden die Öffnungen 52, 54 nahezu gleichzeitig geöffnet und geschlossen, wobei kurzzeitig beide Öffnungen 52, 54 geöffnet, aber niemals beide Öffnungen 52, 54 zugleich geschlossen sind, was zu einem unerwünschten Druckaufbau unterhalb des Kolbens führen würde. Das Öffnen und Schließen der Öffnungen 52 und 54 erfolgt etwas nacheilend zu den oberen und unteren Umkehrpunkten eines Kolbens 58. Der Ansatz 35 der Schwungscheibe 34, an dem die Kolbenstange 36 befestigt ist, weist deswegen einen Winkel von ca. 15° zur Senkrechten bezüglich des halbkreisförmigen Schwungscheibensegments 33 auf. Dieses Nachhinken der Steuerung hat sich, bedingt durch die Strömungsträgheit der Luft, als vorteilhaft erwiesen.
    Die Schwungscheibe 34 hat die aus der Zeichnung ersichtliche halbkreisförmige Form und dient zugleich als Massenausgleich für den von ihr angetriebenen Kolben 58 mit Kolbenstange 36 und als Drehschiebesteuerung zur Dosierung und Steuerung der ein- und austretenden Luft. Die Stirnflächen der Schwungscheibensegmente, d.h. die in axialer Richtung verlaufenden und in Drehrichtung vorne und hinten liegenden Flächen 33 entwickeln eine zusätzliche Saug- bzw. Drückwirkung auf die im Kurbelgehäuse 14 befindliche Luft.
    Oberhalb des Kolbens 58 befindet sich ein Zylinderraum 38, der nach oben hin durch ein Rückschlagventil abgeschlossen wird, welches aus einer mit Öffnungen 59 versehenen Ventilauflagefläche 61 besteht, auf die mittels einer Ventilfeder 66 eine Ventilplatte 62 gepreßt wird.
    Im folgenden wird die Funktionsweise des Kompressors näher beschrieben. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 ist eine Stellung des Kolbens in der linken Endposition gezeigt. In der entgegengesetzten Position ist der Kolben in seinem unteren Umkehrpunkt. Von dort bewegt sich der Kolben 58 nach oben. Dabei wird die sich im Zylinderraum 38 über dem Kolben 58 befindliche Luft komprimiert. Der Luftdruck drückt die Ventilplatte 62 gegen den Druck der Ventilfeder 66 nach oben, das Ventil 61, 59, 62 ist damit geöffnet. Die vom Kolben 58 nach oben gepreßte Luft fließt durch die Öffnungen 59 der Ventilplatte 62 in einen Zylinderkopfhohlraum 68 und von dort über die Luftaustrittsöffnung 28 zum Verbraucher. Bei dieser Bewegung des Kolbens 58 von unten nach oben handelt es sich um den Arbeitshub des Kompressors.
    Durch diese Bewegung entsteht unterhalb des Kolbens 58 ein Unterdruck. Dies führt dazu, daß Luft angesaugt wird. Die als Drehschieberventil ausgebildete Schwungscheibe 34 hat die Lufteintrittsöffnung 52 freigegeben und gleichzeitig die Luftaustrittsöffnung 54 verschlossen, d.h. daß Außenluft über die Lufteinlaßöffnung 26 und die Lufteintrittsöffnung 52 angesaugt wird (angedeutet durch die Pfeile 70, 72). Bewegt sich nun der Kolben 58 von seiner oberen Stellung wieder nach unten, so entsteht im Raum über dem Kolben ein stetig wachsender Unterdruck. Das Rückschlagventil 61, 59, 62 schließt sich, so daß keine Luft vom Verbraucher über die Öffnung 28 angesaugt werden kann. Im Kolben 58 befindet sich ebenfalls ein Ventil. Die Funktion dieses Kolbens 58 mit Ventil ist für die vorliegende Erfindung wesentlich und wird anhand von Fig. 4 näher beschrieben. Der Kolben 58 besteht aus einem Kopfträger 84, der mit einer Schraube 88 fest mit der Kolbenstange 36 verbunden ist.
    Ein oberer Einsatz 86 weist an seinem Boden einen Kranz von Öffnungen 92 auf, durch die im geöffneten Zustand bei Abwärtsbewegung des Kolbens 58 Luft hindurchtreten kann. Ein Kolbenring 90 aus Teflon umschließt den Einsatz 92 mit Spiel. Der Kolbenring 90 befindet sich beim Arbeitshub des Kolbens 58 an seinem unteren Anschlag. Das Ventil ist dann geschlossen. Es kann keine Luft durch den Kolbenkopf hindurchtreten. Dies ist der Fall, wenn sich der Kolben nach oben bewegt. Befindet sich der Kolbenring 90 an seinem oberen Anschlag, so wird das Ventil geöffnet. Es kann Luft durch den Kolbenkopf hindurchtreten. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 58 öffnet sich das Ventil im Kolbenkopf, sobald der Druck unterhalb des Kolbenkopfes größer wird als der Druck oberhalb des Kolbenkopfes. Der Zeitpunkt des Öffnens des Kolbenkopfventils hängt ab vom Druck, den der Verbraucher dem Kompressor entgegenbringt. Dieser Druck ist klein, solange der Verbraucher viel Luft abführt, und steigt, wenn der Verbraucher nur noch wenig Luft wegnimmt. Solange das Kolbenkopfventil geschlossen ist, wird bei der Abwärtsbewegung des Kolbens die darunter befindliche Luft verdichtet. Die als Drehschieberventil ausgebildete Schwungscheibe 34 hat inzwischen die Lufteintrittsöffnung 52 verschlossen und die Luftaustrittsöffnung 54 freigegeben. Die vom Kolben nach unten gedrückte Luft strömt durch diese Öffnung 54 gemäß eingezeichneter Pfeile 74 durch den Kanal 46 des Kurbelgehäuses 14 in den Zylinderkopf 16 und an den Kühlrippen 18 vorbei. Im oberen Teil des Zylinderkopfes wird der Luftstrom gemäß den Pfeilen 76 umgelenkt und gelangt durch einen Kanal 48 auf die andere Seite des Kurbelgehäuses 14. Durch eine Öffnung 56 verläßt die Luft das Kurbelgehäuse gemäß Pfeil 80 und tritt in das Motorgehäuse 12 ein, wobei sie kühlend an einem nicht dargestellten Elektromotor üblicher Bauart vorbeiströmt. Sie verläßt das Motorgehäuse 12 durch eine Öffnung 30, wie durch den Pfeil 82 angedeutet.
    Wenn durch Druckabfall über dem Kolben 58 das Ventil im Kolbenkopf sich wieder öffnet, wird beim weiteren Nachuntenbewegen des Kolbens 58 keine weitere Luft für Kühlzwecke gefördert, aber Luft in den Arbeitsraum 68 angesaugt. Setzt der Verbraucher dem Kolben 58 einen hohen Druck entgegen, nimmt der Kompressor viel Leistung auf, um gegen diesen Druck anzuarbeiten. Gleichzeitig steigt aber auch die Menge der für Kühlzwecke geförderten Luft, da durch den großen Druck von oben auf den Kolben 58 das Kolbenkopfventil lange geschlossen bleibt und so ein großer Teil des Leerhubes zur Förderung von Luft, die über die Öffnung 54 zu Kühlzwecken durch das Zylindergehäuse und am Elektromotor vorbeigeleitet wird, genutzt werden kann. Setzt der Verbraucher dagegen dem Kolben 58 nur einen geringen Druck entgegen, nimmt der Kompressor auch nur wenig Leistung auf. Es wird keine so hohe Kühlleistung benötigt, die auch nicht zur Verfügung gestellt wird, da durch den geringen Druck von oben auf den Kolben 58 das Kolbenkopfventil sich bei der Abwärtsbewegung schnell wieder öffnet und so nur ein geringer Teil des Leerhubes zur Förderung von Kühlluft verwendet werden kann.
    Die Mantelfläche des Kolbens weist nur am oberen Rand einen sehr kurzen zylindrischen Abschnitt mit dem Durchmesser des Zylinders auf und verjüngt sich dann nach unten mit einem Winkel von ca. 5° zu der Mantelfläche des Zylinders. Durch diese schräg zulaufende Form der Außenkante des Teflonringes 90 ist auch beim verkippten Lauf des Kolbens 58 eine saubere Abdichtung gewährleistet. Es erübrigt sich damit eine zusätzliche Lagerung des Kolbens 58. Er kann mit der Kolbenstange 36 fest verbunden sein.
    Weiterhin soll der Kolben ohne Schmiermittel in einem Zylinder aus Eloxal-Aluminium oder einer ähnlichen Metallegierung laufen. Demgegenüber wird als Material für die Laufflächen des Kolbens vorzugsweise Teflon gewählt. Um den wesentlich größeren Ausdehnungskoeffizienten von Teflon gegenüber Metall über den großen Temperaturbereich auszugleichen, über den der Kompressor eingesetzt werden soll, weist der Kolbenmantel aus Teflon eine ringförmig verlaufende Nut an seiner Oberseite in der Nähe der Seitenwand auf. In dieser ist ein Metallring 94, beispielsweise aus Stahl oder aus Aluminium, angebracht, der nach oben hin durch eine eingepreßte Schraubenfeder 96 gesichert ist. Der Teflonring 90 weist weiterhin radial nach innen versetzt, eine weitere, nach unten offene, ringförmig verlaufende Hinterschneidung 98 auf. Durch diese Hinterschneidung kann sich der innere Teil des Teflonkopfes beliebig über die Temperatur ausdehnen oder zusammenziehen, ohne daß der Durchmesser des Metallrings 94 durch Druck oder Zug von innen beeinflußt wird. Durch diese Anordnung ändert sich der Außendurchmesser des Teflonkolbenkopfes mit dem Ausdehnungskoeffizienten des Metalls, aus dem der Zylinder besteht, wenn der Metallring 94 aus demselben Metall hergestellt ist. Somit wird eine über die Temperatur gleichbleibende Passung zwischen dem Kolbenkopf aus Teflon(R) und dem Metallzylinder und damit eine entsprechende Dichtigkeit sichergestellt.

    Claims (7)

    1. Elektrisch angetriebener, trockenlaufender Kolbenkompressor (10) für gasförmige Medien, insbesondere Luft, wobei diese Medium zur Innenkühlung über ein Kurbelgehäuse (14) angesaugt wird,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß im Kurbelgehäuse (14) eine Kolbenstange (36) nur einseitig beweglich auf einer Schwungscheibe (34) gelagert ist, die zugleich als Drehschieberorgan zur Dosierung, Steuerung und Beschleunigung des angesaugten Mediums ausgebildet ist.
    2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Kolbenstange (36) fest mit einem Kolben (58) verbunden ist, der mit einem inneren Ventil versehen ist, welches während des Arbeitshubes im wesentlichen geschlossen und während des Leerhubes im wesentlichen offen ist.
    3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schwungscheibe (34) beim Arbeitshub eine Öffnung (52) freigibt, durch die das Medium von außen angesaugt wird und beim Leerhub des Kolbens (38) diese Öffnung (52) wieder verschließt und dafür eine zweite Öffnung (54) freigibt, durch die das beim Leerhub verdichtete Medium über Kanäle (46, 48) im Kurbelgehäuse (14) und am Zylinderkopf (16, 18) sowie am elektrischen Antrieb (12) vorbei nach außen (30, 82) geleitet und beschleunigt wird.
    4. Kolbenkompressor nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schwungscheibe (34) so ausgebildet ist, daß das wechselseitige Öffnen und Schließen der Öffnungen (52, 54) zeitlich nach hinten versetzt zu den oberen und unteren Umkehrpunkten des Kolbens (58) erfolgt.
    5. Kolbenkompressor nach Anspruch 3 oder den Ansprüchen 3 und 4,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die beiden Öffnungen für den Luftein- und Luftaustritt (52, 54) einander direkt gegenüber liegen.
    6. Kolbenkompressor nach den Ansprüchen 3 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Schwungscheibe (34) aus einem halbkreisförmigen Segment (33) besteht, das einen über den Drehpunkt (32) hinausragenden Ansatz (35) aufweist, an dem exzentrisch die Kolbenstange (36) angelenkt ist und in Drehrichtung Flächenabschnitte zur zusätzlichen Luftbeschleunigung aufweist.
    7. Kolbenkompressor nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Ansatz (35) der Schwungscheibe (34) einen Winkel von ca. 15° zur Senkrechten auf das halbkreisförmige Schwungscheibensegment (33) einnimmt.
    EP95929102A 1994-08-17 1995-08-11 Kolbenverdichter für gasförmige medien Expired - Lifetime EP0725899B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE4429098 1994-08-17
    DE4429098A DE4429098A1 (de) 1994-08-17 1994-08-17 Kolbenverdichter für gasförmige Medien
    PCT/EP1995/003194 WO1996005431A1 (de) 1994-08-17 1995-08-11 Kolbenverdichter für gasförmige medien

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0725899A1 EP0725899A1 (de) 1996-08-14
    EP0725899B1 true EP0725899B1 (de) 1998-02-25

    Family

    ID=6525864

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP95929102A Expired - Lifetime EP0725899B1 (de) 1994-08-17 1995-08-11 Kolbenverdichter für gasförmige medien

    Country Status (5)

    Country Link
    EP (1) EP0725899B1 (de)
    AT (1) ATE163462T1 (de)
    DE (2) DE4429098A1 (de)
    ES (1) ES2112653T3 (de)
    WO (1) WO1996005431A1 (de)

    Families Citing this family (6)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE19726943C2 (de) * 1997-06-25 2000-03-23 Bitzer Kuehlmaschinenbau Gmbh Kältemittelkompressor
    DE10047087A1 (de) * 2000-09-22 2002-04-11 Boge Kompressoren Kolbenkompressor
    DE10057383B4 (de) * 2000-11-18 2005-10-06 Continental Aktiengesellschaft Mehrstufiger Kolbenverdichter und Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Motors für einen mehrstufigen Kolbenverdichter
    DE10058923A1 (de) * 2000-11-28 2002-06-13 Knorr Bremse Systeme Anordnung eines trockenlaufenden Kompressors an einem Fahrzeug
    JP5381891B2 (ja) * 2010-05-11 2014-01-08 マックス株式会社 ロッキングピストンのシール構造
    CN111188750A (zh) 2020-02-21 2020-05-22 广州市安途电器有限公司 一种汽车充气泵

    Family Cites Families (8)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE487669C (de) * 1926-12-25 1929-12-11 Westinghouse Brake & Signal Kolbenkompressor
    DE949250C (de) * 1949-05-28 1956-11-08 Tecalemit Ges M B H Deutsche Luftgekuehlter Kompressor
    FR1463769A (fr) * 1963-05-29 1966-07-22 Compresseur à piston et ses procédé et dispositif de refroidissement et ses dispositifs de montage
    DE2915848A1 (de) * 1979-04-19 1980-11-06 Helmut Thurner Verdichter- und sauggeraet und kolben fuer dieses geraet
    JPS58131469A (ja) * 1982-01-29 1983-08-05 Honda Motor Co Ltd シ−ル装置
    DE3616968A1 (de) * 1986-05-20 1987-11-26 Bosch Gmbh Robert Taumelkolben-kompressor
    FR2637653B1 (fr) * 1988-10-11 1994-04-08 Barlier Claude Ensemble de compression dite inverse
    DE4110912A1 (de) * 1990-04-18 1991-10-24 Bauer Kompressoren Trockenlaufender hubkolben-kompressor

    Also Published As

    Publication number Publication date
    DE4429098A1 (de) 1996-02-22
    DE59501497D1 (de) 1998-04-02
    EP0725899A1 (de) 1996-08-14
    ATE163462T1 (de) 1998-03-15
    WO1996005431A1 (de) 1996-02-22
    ES2112653T3 (es) 1998-04-01

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    EP2783087B1 (de) Regelbare kühlmittelpumpe
    DE4333144C2 (de) Kältemittelkompressor mit hin- und herbeweglichen Kolben
    DE10250838B4 (de) Abgasenergierückgewinnungssystem für eine Brennkraftmaschine
    WO2007006469A2 (de) Gaswechselsteuerung für gegenkolbenmotoren mit schiebebüchsen
    DE4200305A1 (de) Regelbare fluegelzellenpumpe in kompakter bauweise
    DE10138070C2 (de) Kolbenkompressor mit einem Kühlluftstrom
    DE602004001929T2 (de) Vorrichtung mit einem Druckpulsationsdämpfer und einen Durchgang bildendes Gehäuse
    DE102015107926A1 (de) Brennkraftmaschine und Kraftfahrzeug
    DE10225416B4 (de) Drehvorrichtung
    EP0725899B1 (de) Kolbenverdichter für gasförmige medien
    EP1548280B1 (de) Hubkolbenverdichter
    DE102007004187A1 (de) Regelbare Kühlmittelpumpe
    DE102009012923B3 (de) Regelbare Kühlmittelpumpe
    DE4326408A1 (de) Vielfach-Axialkolbenverdichter
    DE102016203587A1 (de) Taumelscheibenverdichter mit veränderlicher Verdrängung
    EP2196671A2 (de) Kolbenvakuumpumpe
    DE10124560B4 (de) Kreiskolbenmotor
    DE3309782A1 (de) Fluegelzellenverdichter
    DE102009037260A1 (de) Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
    EP1034356B1 (de) Vorrichtung für die förderung eines mediums oder zum antrieb durch ein medium
    DE102010042672A1 (de) Kombinationsmotor mit einem Verbrennungsmotor und einer über einen Dampfkraftprozess antreibbaren Expansionsmaschine
    DE3401790A1 (de) Hubkolbenverdichter
    DE102016118713A1 (de) Versorgungseinheit, Brennkraftmaschine und Kraftfahrzeug
    DE19727987C2 (de) Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine
    DE102015112706B4 (de) Axialkolbenmaschine

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    17P Request for examination filed

    Effective date: 19960415

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A1

    Designated state(s): AT DE ES FR GB IT NL

    GRAG Despatch of communication of intention to grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: ALUSUISSE BAYRISCHES DRUCKGUSS-WERK GMBH & CO. KG

    17Q First examination report despatched

    Effective date: 19970425

    GRAG Despatch of communication of intention to grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

    GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

    GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: B1

    Designated state(s): AT DE ES FR GB IT NL

    REF Corresponds to:

    Ref document number: 163462

    Country of ref document: AT

    Date of ref document: 19980315

    Kind code of ref document: T

    ITF It: translation for a ep patent filed
    GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

    Effective date: 19980226

    REG Reference to a national code

    Ref country code: ES

    Ref legal event code: FG2A

    Ref document number: 2112653

    Country of ref document: ES

    Kind code of ref document: T3

    REF Corresponds to:

    Ref document number: 59501497

    Country of ref document: DE

    Date of ref document: 19980402

    ET Fr: translation filed
    PLBE No opposition filed within time limit

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

    26N No opposition filed
    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: IF02

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: 732E

    NLS Nl: assignments of ep-patents

    Owner name: VENTREX AUTOMOTIVE GMBH

    NLT1 Nl: modifications of names registered in virtue of documents presented to the patent office pursuant to art. 16 a, paragraph 1

    Owner name: ALCAN BDW GMBH & CO. KG

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: TP

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: NL

    Payment date: 20050824

    Year of fee payment: 11

    Ref country code: FR

    Payment date: 20050824

    Year of fee payment: 11

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: AT

    Payment date: 20050829

    Year of fee payment: 11

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Payment date: 20050831

    Year of fee payment: 11

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: ES

    Payment date: 20050927

    Year of fee payment: 11

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Payment date: 20051031

    Year of fee payment: 11

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: AT

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20060811

    REG Reference to a national code

    Ref country code: ES

    Ref legal event code: PC2A

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: IT

    Payment date: 20060831

    Year of fee payment: 12

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: NL

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20070301

    Ref country code: DE

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20070301

    GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

    Effective date: 20060811

    NLV4 Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee

    Effective date: 20070301

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: ST

    Effective date: 20070430

    REG Reference to a national code

    Ref country code: ES

    Ref legal event code: FD2A

    Effective date: 20060812

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20060811

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: ES

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20060812

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: FR

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20060831

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: IT

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

    Effective date: 20070811