BRPI0816383B1

BRPI0816383B1 - Compressor de êmbolo compacto com operação a seco

Info

Publication number: BRPI0816383B1
Application number: BRPI0816383-9A
Authority: BR
Inventors: Jörg Mellar; Michael Hartl
Original assignee: Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH; Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2019-10-08
Also published as: WO2009033556A1; CN101796297A; EP2185820B1; EP2185820A1; DE102007042318B4; DE102007042318A1; US20100221128A1; CN101796297B; BRPI0816383A2

Abstract

compressor de êmbolo compacto com operação a seco. a presente invenção refere-se a um compressor de êmbolo com- pacto com operação a seco com, pelo menos, um cilindro (1) para a compressão do ar por meio de um êmbolo (2) coordenado que pode ser movimentado através do motor elétrico (1 o) por um mecanismo de manivelas, constituído de um eixo de manivelas (4) e de uma biela (5), que está apoiado, podendo girar, através de mancais de rolamento (6a, 6b) com lubrificação permanente em uma carcaça do compressor (7) sem banho de óleo e, em consequência do ciclo de movimento produz uma corrente de ar de resfriamento interno à carcaça, caracterizado pelo fato de que a carcaça do compressor (7) abrange duas metades da carcaça (8, 9) separadas através de uma parede de separação (16) a fim de alojar dentro da primeira metade da carcaça (8), o mecanismo de manivelas, e para alojar, dentro da segunda metade da carcaça (9) o motor elétrico (1 o), sendo que na parede de separação (16) está colocado um mancai de rolamento (6b), comum ao mecanismo de manivelas, bem como ao motor elétrico (1 o), o qual está situado na corrente de ar de resfriamento que passa a primeira metade da carcaça (8).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COMPRESSOR DE ÊMBOLO COMPACTO COM OPERAÇÃO A SECO.

A presente invenção se refere a um compressor de êmbolo compacto com operação a seco, em particular, para veículos utilitários com, pelo menos, um cilindro para a compressão do ar por meio de um êmbolo coordenado, que pode ser movimentado, através do motor elétrico, por um mecanismo de manivelas, constituído por um eixo de manivela e de uma biela, que está apoiado, podendo girar, através de mancais de rolamento com lubrificação permanente, em uma carcaça do compressor sem banho de óleo e, em consequência do ciclo de movimento produz uma corrente de ar de resfriamento interno à carcaça.

O campo de aplicação da invenção em questão se estende principalmente para a construção de veículos sobre trilhos, bem como, veículos utilitários. Neste caso, como compressores auxiliares podem ser empregados componentes pequenos, acionados por motor elétrico, os quais produzem ar comprimido para consumidores internos do veículo. No passado, para este propósito eram usados principalmente compressores de êmbolo lubrificados a óleo. Conceitos de compressores de novo tipo com base em compressores de êmbolo também permitem uma operação isenta de óleo. Neste caso, em vez de um enchimento de óleo da carcaça de manivelas, os pontos de apoio do mecanismo de manivelas são apoiados por rolamentos, e os mancais de rolamento são dotados de uma lubrificação permanente local. O compressor de êmbolo isento de óleo foi desenvolvido, em particular, por motivos técnicos de manutenção e de meio ambiente.

Patente DE 10 2004 042 944 A1 resulta um compressor de êmbolo de acordo com o gênero, com operação a seco. O compressor de êmbolo é constituído, em essência, por uma unidade do compressor para a produção de ar comprimido, que é acionada por uma unidade de acionamento, para a produção de um movimento de rotação. Neste caso, em geral, a unidade de acionamento é executada de acordo com o tipo de um motor elétrico. Dentro da carcaça de manivelas da unidade do compressor está apoiado, podendo girar, um eixo de manivelas. No eixo de manivelas são coloca das duas bielas, que estão em ligação com êmbolos coordenados para transformar o movimento de rotação no lado do acionamento em um movimento linear dos êmbolos, os quais estão alojados dentro dos cilindros coordenados para comprimir o ar. Neste caso, os cilindros estão colocados em uma posição de 180° na carcaça de manivelas. Para o aperfeiçoamento do resfriamento dos cilindros, está prevista uma válvula no lado de entrada, a qual, no caso de um vácuo na carcaça de manivelas produzido através do movimento do êmbolo consegue chegar em sua posição aberta. Com isto, o ar de resfriamento de fora é aspirado e, no caso de uma sobre pressão na carcaça de manivelas produzida através do movimento do êmbolo, pelo menos, uma segunda válvula no lado de saída, distanciada da outra, disposta na carcaça de manivelas consegue chegar em sua posição aberta. Deste modo, o ar de resfriamento consumido é expelido, de tal modo que, em consequência do ciclo de movimento dos êmbolos, uma corrente interna de ar de resfriamento flui através da carcaça de manivelas.

Certamente, através desta solução técnica é usada uma corrente de ar de resfriamento para o resfriamento interno de um compressor de êmbolo que opera a seco, contudo o motor elétrico flangeado deverá ser resfriado separado, o que normalmente ocorre através uma roda de ventilador no motor elétrico. Por outro lado, com isto, pode penetrar umidade e sujeira do meio ambiente. A fim de evitar isto, até o momento ocorria uma encapsulação adicional do compressor de êmbolo junto com o motor elétrico, o que, contudo, aumenta consideravelmente a necessidade de espaço da unidade.

Por isso, a tarefa da invenção em questão é criar um compressor de êmbolo compacto com operação a seco que seja apropriado para o emprego em ambientes sujos, e que se caracterize por uma longa durabilidade.

Sob o ponto de vista de um compressor de êmbolo, a tarefa é solucionada de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, em conexão com suas características marcantes. As seguintes reivindicações dependentes descrevem os aperfeiçoamentos vantajosos da invenção.

A invenção inclui o ensinamento técnico que, a carcaça do compressor abrange duas metades da carcaça separadas por uma parede de separação a fim de alojar, dentro da primeira metade da carcaça, o mecanismo de manivelas, e a fim de alojar, dentro da segunda metade da carcaça, o motor elétrico, sendo que na parede de separação está colocado um mancai de rolamento, comum ao mecanismo de manivelas, bem como, ao motor elétrico, o qual está situado na corrente de ar de resfriamento que passa a primeira metade da carcaça.

A vantagem da solução de acordo com a invenção reside particularmente no fato de que é criada uma carcaça comum para a unidade do compressor, bem como para o acionamento, que garante uma completa encapsulação em relação aos ambientes sujos. Ao mesmo tempo, os problemas térmicos que surgem com uma encapsulação deste tipo são totalmente solucionados com uma corrente de ar de resfriamento comum para a unidade do compressor e para a unidade de acionamento. A solução de acordo com a invenção parte do reconhecimento que a cabeça dos enrolamentos do motor no lado de saída de movimento é a fonte de calor decisiva que pode ser resfriada de modo eficiente, através de medidas de resfriamento próximo ao local, em conexão com uma carcaça comum. A solução de acordo com a invenção é otimizada com referência ao número necessário de mancais de rolamento. Deste modo, para o motor elétrico e para o apoio do eixo de manivelas pode ser empregado somente um único mancai de rolamento. Caso este mancai seja resfriado de modo objetivo, então também é obtido um efeito de resfriamento suficiente para o motor elétrico, o que é possível através da condução de calor na região da parede de separação.

De acordo com uma medida que aperfeiçoa a invenção está previsto que, na parede de separação está prevista, pelo menos, uma abertura para o desvio de partes da corrente de ar de resfriamento da primeira metade da carcaça para a segunda metade da carcaça. Com isto, a corrente de ar de resfriamento também pode ser conduzida de modo objetivo para a região da segunda metade da carcaça, de tal modo que o efeito do resfriamento pode ser melhorado com esta medida.

De preferência, além do mancai de rolamento disposto na parede de separação para o outro lado, o eixo de manivelas está apoiado girando através de um outro mancai de rolamento. Com isto, são suficientes, no total, dois mancais de rolamento para o eixo de manivelas, a fim de apoiar girando o mecanismo de manivelas junto com o motor elétrico. Neste caso, o outro mancai de rolamento está colocado encapsulado para fora em uma tampa plana na forma básica, da primeira metade da carcaça. Devido à tampa plana, as dimensões geométricas externas do compressor de êmbolo não aumentam de modo considerável. Ao mesmo tempo, a tampa plana cria uma possibilidade de fácil acesso de desmontagem para o interior da carcaça de manivelas. Do mesmo modo, o segundo mancai de rolamento deveria se situar na corrente de ar de resfriamento que passa a primeira metade da carcaça.

A fim de maximizar a compacidade, é sugerido colocar o rotor do motor elétrico diretamente em uma extremidade do eixo de manivelas, que se projeta para dentro da segunda metade da carcaça. Esta colocação pode ser realizada através de um flange cônico com aparafusamento no lado frontal. Contudo, além disso, também pode ser imaginado executar o eixo de manivelas e o rotor em uma só peça. Isto faz particularmente sentido, então, se o motor elétrico for executado de acordo com o tipo de um motor elétrico sem escovas, cujo rotor deve ser equipado somente com imãs permanentes. Em contrapartida, o estator deve ser equipado com enrolamentos de bobinas elétricos.

O sistema eletrônico de comutação necessário para um motor elétrico sem escovas deste tipo a ser empregado, de preferência, aqui, pode ser integrado, do mesmo modo, de forma simples na segunda metade da carcaça. De preferência, o sistema eletrônico de comutação do motor elétrico deveria estar disposto em uma platina de construção plana, a qual está disposta na área da parede da carcaça. Para o melhor acesso do sistema eletrônico de comutação, esse sistema pode ser fechado com uma tampa que pode ser rosqueada. No lado frontal, a segunda metade da carcaça está fechada com uma tampa, do mesmo modo, plana na forma básica. Após a montagem desta tampa, a área interna do motor elétrico está acessível para fins de manutenção e reparos.

A carcaça do compressor integrada executada de acordo com a invenção apresenta, na área da primeira metade da carcaça, uma abertura para a colocação removível de um cilindro executado, de preferência, como componente separado. Através da execução separada do cilindro a carcaça do compressor integrada junto com as duas metades de carcaça pode ser executada com técnica de fundição de modo simples e, de preferência, na fundição de metal leve.

Em um aperfeiçoamento da invenção, no compressor de êmbolo estão previstos canais de entrada, cujas seções transversais variam de tal modo que os grupos de construção individuais são atravessados com diferentes correntes de ar de resfriamento. Neste caso, os grupos de construção individuais são a carcaça de manivelas, o espaço do enrolamento do motor elétrico e o sistema eletrônico de comutação. Neste caso, é vantajoso que as áreas correspondentes sejam alimentadas de modo otimizado com um volume suficiente de ar de resfriamento.

Outras medidas, que melhoram a invenção, estão representadas em detalhes a seguir, junto com a descrição de exemplos de execução preferidos da invenção, com auxílio das figuras.

São mostrados:

na figura 1 um corte longitudinal através de um compressor de êmbolo compacto que opera a seco, e na figura 2 um corte longitudinal através de um compressor de êmbolo compacto que opera a seco com canais de entrada.

De acordo com a figura 1, o compressor apresenta um único cilindro 1, no qual está disposto um êmbolo 2, para a compressão de ar comprimido aspirado do ambiente através de uma tampa do cilindro 3. O movimento de trabalho linear para o êmbolo 2 é produzido através de um mecanismo de manivelas que é constituído, em essência, de um eixo de manivelas 4 com a biela 5. O eixo de manivelas 4 está apoiado através de dois mancais de rolamento 6a e 6b, podendo girar em relação à carcaça do compressor 7.

A carcaça do compressor 7 é constituída de uma primeira meta de da carcaça 8, que forma a carcaça de manivelas, e de uma segunda metade da carcaça 9, que aloja um motor elétrico 10.

Neste exemplo de execução, o motor elétrico 10 é executado como motor elétrico sem escovas, e abrange um estator 11 de enrolamentos de bobina com núcleo de ferro, que atua em conjunto com um rotor 12 equipado com um imã permanente. O rotor 12 do motor elétrico 10 está aparafusado em uma extremidade cônica do eixo de manivelas 4, que se projeta para dentro da segunda metade da carcaça 9. Um sistema eletrônico de comutação 13 do motor elétrico 10 está integrado na parede da segunda metade da carcaça 9. Para a disposição que poupa espaço, o sistema eletrônico de comutação 13 está alojado sobre uma platina. A segunda metade da carcaça 9 está fechada com uma tampa 14 plana no lado frontal através de parafusos individuais. A primeira metade da carcaça 8 também apresenta uma tampa 15 plana que fecha esta metade no lado frontal através de parafusos.

A tampa 15 da primeira metade da carcaça 8 abrange um assento para o mancai de rolamento 6a do eixo de manivelas 4. O outro mancai de rolamento 6b do eixo de manivelas 4 está localizado em uma parede de separação 16 da carcaça do compressor 8. O mancai de rolamento 6b está previsto tanto para o apoio unilateral do eixo de manivelas 4 como também para o apoio do rotor 12 do motor elétrico 10.

Ambos os mancais de rolamento 6a e 6b estão em uma corrente de ar de resfriamento que passa a primeira metade da carcaça 8. Com controle da válvula, através de um canal 17 no lado do cilindro, a corrente de ar de resfriamento consegue chegar ao interior da primeira metade da carcaça 8 em virtude do ciclo de movimento do mecanismo de manivelas, e deixa esta metade através de uma abertura 18 ligada por válvula. Neste caso, a corrente de ar de resfriamento é conduzida através da primeira metade da carcaça 8, de tal modo que, deste modo, os dois mancais de rolamento 6a e 6b são resfriados. Para o desvio de partes da corrente de ar de resfriamento da primeira metade da carcaça 8 para a segunda metade da carcaça 9 a parede de separação 16 apresenta uma coroa de abertura 19.

Em oposição a isto, na figura 2 estão previstos canais de entrada

20, que são alimentados com ar através do canal 17. Estes canais de entrada transportam ar de resfriamento para os componentes individuais, sendo que o volume de ar de resfriamento é definido pelas respectivas seções transversais. A corrente de ar é elucidada através de setas ocas na figura.

A invenção não está restrita aos exemplos de execução preferidos descritos anteriormente. Ao contrário, disto também podem ser imaginadas variações, que estão abrangidas pela área de proteção das reivindicações a seguir. Neste caso, por exemplo, também é possível executar o motor elétrico de acordo com um outro tipo de construção. Em princípio é apropriado cada tipo de construção, que pode ser alojado encapsulado dentro da metade da carcaça 9.

Listagem de Referência cilindro êmbolo cabeçote do cilindro eixo de manivelas biela mancai de rolamento carcaça do compressor primeira metade da carcaça segunda metade da carcaça motor elétrico estator rotor sistema eletrônico de comutação tampa tampa parede de separação canal abertura abertura canais de entrada

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco com, pelo menos, um cilindro (1) para a compressão do ar por meio de um êmbolo (2) coordenado que pode ser movimentado, através do motor elétrico (10), por um mecanismo de manivelas, constituído de um eixo de manivelas (4) e de uma biela (5), que está apoiado, podendo girar, através de mancais de rolamento (6a, 6b) com lubrificação permanente, em uma carcaça do compressor (7) sem banho de óleo e, em consequência do ciclo de movimento produz uma corrente de ar de resfriamento interno à carcaça, sendo que a carcaça do compressor (7) abrange duas metades da carcaça (8, 9) separadas através de uma parede de separação (16) a fim de alojar, dentro da primeira metade da carcaça (8), o mecanismo de manivelas, e para alojar, dentro da segunda metade da carcaça (9), o motor elétrico (10), sendo que na parede de separação (16) está colocado um mancal de rolamento (6b), comum ao mecanismo de manivelas, bem como ao motor elétrico (10), o qual está situado na corrente de ar de resfriamento que passa a primeira metade da carcaça (8), caracterizado pelo fato de que o eixo de manivelas (4) ao lado do mancal de rolamento (6b) disposto na parede de separação (16), no outro lado o eixo de manivelas (4), está apoiado girando através de um outro mancal de rolamento (6a), sendo que também o rotor (12) do motor elétrico (10) está apoiado através dos dois mancais de rolamento (6a, 6b) do eixo de manivelas (4).

2. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na parede de separação (16) está prevista, pelo menos, uma abertura (19) para o desvio de partes da corrente de ar de resfriamento da primeira metade da carcaça (8) na segunda metade da carcaça (9)

3. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que através do mancal de rolamento (6b) situado na corrente de ar de resfriamento, bem como através da condução de calor da parede de separação (16), o cabeçote de enrolamento do motor elétrico (10) no lado da saída de movimento alo-

Petição 870190052684, de 04/06/2019, pág. 4/12 jado na segunda metade da carcaça (9) é resfriado junto.

4. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o outro mancal de rolamento (6a) está colocado encapsulado para fora em uma tampa (15) plana na forma básica da primeira metade da carcaça (8).

5. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, do mesmo modo, o outro mancal de rolamento (6a) está na corrente de ar de resfriamento que passa a primeira metade da carcaça (8).

6. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rotor (12) do motor elétrico (10) está colocado diretamente em uma extremidade do eixo de manivelas (4) que se projeta para dentro da segunda metade da carcaça (9) .

7. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor elétrico (10) é executado de acordo com o tipo de um motor de corrente contínua sem escovas, cujo estator (11) é constituído de enrolamentos de bobina com núcleo de ferro e cujo rotor (12) é revestido com imãs permanentes.

8. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um sistema eletrônico de comutação (13) do motor elétrico (10) está disposto em uma platina alojada junto na segunda metade da carcaça (9).

9. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, no lado frontal, a segunda metade da carcaça (9) é fechada com uma tampa (14) plana na forma básica.

10. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira metade da carcaça (8) apresenta uma abertura para a colocação removível do cilindro (1) executado como componente separado.

11. Compressor de êmbolo compacto com operação a seco de

Petição 870190052684, de 04/06/2019, pág. 5/12 acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que estão previstos canais de entrada (20), cujas seções transversais variam de tal modo que os grupos de construção individuais são atravessados com diferentes correntes de ar de resfriamento.