CH634898A5

CH634898A5 - Air compressor

Info

Publication number: CH634898A5
Application number: CH1280478A
Authority: CH
Inventors: Franz Weinhandl
Original assignee: Rockwell International Corp
Priority date: 1978-12-15
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1983-02-28
Also published as: DE2945727C2; DE2945727A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftkompressor mit in einem Zylinder beweglich angeordneten, in beiden Hubrichtungen Kompressionsarbeit leistenden Stufenkolben, wobei jeder Kompressionsstufe mindestens ein Ein- und ein Auslassventil zugeordnet sind, und wobei eine Auslassöffnung einer tieferen Druckstufe mit einer Einlassöffnung einer höheren Druckstufe verbunden ist. The invention relates to a compressed air compressor with a stage piston movably arranged in a cylinder and performing compression work in both stroke directions, each compression stage being assigned at least one inlet and one outlet valve, and wherein an outlet opening of a lower pressure stage is connected to an inlet opening of a higher pressure stage.

Druckluftkompressoren mit zwei Kompressionsstufen werden beispielsweise zur Erzeugung von Druckluft für das Bremssystem von Lastwagen verwendet. Der Kompressor ist am Fahrzeugmotor angeflanscht und wird dauernd angetrieben, wobei ein Druckregler nach Erreichen des Soll-Druckes das Saugventil der ersten Stufe öffnet. Dabei muss das Totvolumen der zweiten Stufe so bemessen sein, dass sich der Kompressor unter dem tiefsten Arbeitsdruck des Systems «totläuft». Es ist auch möglich, einen Druckregler in die Ladeleitung des Kompressors einzubauen, wobei der Regler die Ladeleitung bei Erreichen des vorgeschriebenen Höchstdruckes zur Atmosphäre öffnet. Compressed air compressors with two compression stages are used, for example, to generate compressed air for the braking system of trucks. The compressor is flanged to the vehicle engine and is continuously driven, whereby a pressure regulator opens the suction valve of the first stage after reaching the target pressure. The dead volume of the second stage must be such that the compressor “runs dead” under the lowest working pressure of the system. It is also possible to install a pressure regulator in the charge line of the compressor, the regulator opening the charge line when the prescribed maximum pressure to the atmosphere is reached.

Durch die Aufteilung der Kompressionsarbeit in beide Hubrichtungen wird ein ruhiger Lauf und eine kompakte Baueinheit gewährleistet. Letzteres ist wichtig, da im Motorraum von Lastwagen die Platzverhältnisse stark eingeschränkt sind. By dividing the compression work into both stroke directions, smooth running and a compact structural unit are guaranteed. The latter is important because the space in the engine compartment of trucks is very limited.

Eine Anwendung eines gattungsgemässen Stufenkolben- An application of a generic step piston

kompressors zur Erzeugung von Druckluft für das Bremssystem und zum Anlassen von Fahrzeugdieselmotoren ist in der Zeitschrift «Diesel and Gas Turbine Progress» vom September 1969 beschrieben. Zum Stande der Technik werden weiter genannt: russisches Patent 300'659 und deutsches Patent 93014. Compressors for generating compressed air for the brake system and for starting vehicle diesel engines is described in the magazine "Diesel and Gas Turbine Progress" from September 1969. The state of the art also includes: Russian patent 300,659 and German patent 93014.

Aufgrund der konstruktiven Ausbildung sind beim Stufen-kolbenkompressor die Stufen auf verschiedenen Ebenen im Zylinder angeordnet. Bei bekannten zweistufigen Kompressoren sind die Ventile der ersten Stufe oberhalb oder seitlich am oberen Ende des Zylinders im Bereich des Zylinderkopfes angebracht. Dabei können Ein- und Auslassventile unabhängig voneinander ausgebildet sein oder bei anderen Ausführungen miteinander kombiniert sein, d.h. dass ein einziges Ventil mit Ein- und Auslassfunktionen vorgesehen ist. Die Ventile der zweiten Stufe sind nach Ein- und Auslass getrennt im unteren Bereich des Zylinders eingebaut. Due to the design, the stages of the stage piston compressor are arranged on different levels in the cylinder. In known two-stage compressors, the valves of the first stage are mounted above or laterally at the upper end of the cylinder in the area of the cylinder head. Inlet and outlet valves can be designed independently of one another or can be combined with one another in other versions, i.e. that a single valve with inlet and outlet functions is provided. The valves of the second stage are installed separately in the lower area of the cylinder after inlet and outlet.

Die bekannten Kompressoren weisen verschiedene Nachteile auf. Sie bestehen aus vielen Einzelteilen und sind daher teuer. Durch die Anbringung der Ventile an verschiedenen Stellen wird die Montage erschwert. Je nach Einbaulage des Kompressors am Fahrzeugmotor können die seitlich liegenden Ein- und Auslassventile der zweiten Stufe nicht oder nur sehr schwer zugänglich sein. Zur Revision derselben muss der ganze Kompressor ausgebaut werden. Die Wartungskosten sind entsprechend hoch. The known compressors have various disadvantages. They consist of many individual parts and are therefore expensive. Mounting the valves at different points makes assembly difficult. Depending on the installation position of the compressor on the vehicle engine, the lateral inlet and outlet valves of the second stage may not be accessible or may be very difficult to access. The entire compressor must be removed to revise the same. The maintenance costs are correspondingly high.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beheben und einen einfachen Druckluftkompressor mit Stufenkolben zu schaffen, mit weniger Einzelteilen und einer servicefreundlichen Konstruktion. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe so gelöst, das alle Ventile kopfseitig am Kompressor, im Bereich des Zylinderkopfes, angeordnet sind. It is an object of the invention to remedy these disadvantages and to create a simple compressed air compressor with a stepped piston, with fewer individual parts and a service-friendly construction. According to the invention, this object is achieved in such a way that all valves are arranged on the head side of the compressor, in the region of the cylinder head.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele eines Druckluftkompressors mit Stufenkolben näher erläutert. Die beiden Figuren 1 und 2 zeigen diese Ausführungsformen je in einem schematischen Querschnitt. Two exemplary embodiments of a compressed air compressor with a stepped piston are explained in more detail below with reference to the drawings. The two Figures 1 and 2 each show these embodiments in a schematic cross section.

Beim luftgekühlten Stufenkompressor gemäss Fig. 1 ist der mit Kühlrippen 2 versehene Zylinder 1 einstückig mit dem Kurbelgehäuse 3 ausgebildet. Der im Zylinder 1 hin- und herbeweglich gelagerte Stufenkolben 4 wird über die Kurbelwelle 5 und den Pleuel 6 angetrieben. In the air-cooled stage compressor according to FIG. 1, the cylinder 1 provided with cooling fins 2 is formed in one piece with the crankcase 3. The stepped piston 4, which is mounted to move back and forth in the cylinder 1, is driven via the crankshaft 5 and the connecting rod 6.

Der untere Teil 7 des Stufenkolbens 4 läuft im unteren Bohrungsabschnitt 8 des Zylinders 1 und ist mittels Kolbenringen 9 gegen die Zylinderwandung abgedichtet. Der obere, erweiterte Teil 10 des Kolbens 4 läuft in einem entsprechend erweiterten Bohrungsabschnitt 11 des Zylinders 1 und ist ebenfalls durch Kolbenringe 12 abgedichtet. The lower part 7 of the stepped piston 4 runs in the lower bore section 8 of the cylinder 1 and is sealed against the cylinder wall by means of piston rings 9. The upper, enlarged part 10 of the piston 4 runs in a correspondingly enlarged bore section 11 of the cylinder 1 and is also sealed by piston rings 12.

Ein mit Kühlrippen 2 versehener Zylinderkopf 13 ist in nicht näher dargestellter Weise auf den Zylinder 1 aufgeschraubt. In diesem Zylinderkopf 13 sind die Ventile 14 und 15 des Kompressors untergebracht. Ein weiteres Ventil 16 ist auf der Stirnfläche des Zylinders 1 angeordnet, unmittelbar unterhalb der dieser Stirnfläche zugeordneten Zylinderkopffläche. A cylinder head 13 provided with cooling fins 2 is screwed onto the cylinder 1 in a manner not shown. The valves 14 and 15 of the compressor are accommodated in this cylinder head 13. Another valve 16 is arranged on the end face of the cylinder 1, immediately below the cylinder head surface assigned to this end face.

Bei den Ventilen 14-16 handelt es sich um an sich bekannte, als Rückschlagventile ausgebildete Zungenventile, deren Ventilhub durch die Dicke der zwischen dem Zylinderkopf 13 und dem Zylinder 1 angeordneten Dichtung 25 gegeben ist. Die Dicke der Dichtung bzw. der Ventilhub kann z.B. etwa 2 mm betragen. The valves 14-16 are reed valves known per se, designed as check valves, the valve lift of which is given by the thickness of the seal 25 arranged between the cylinder head 13 and the cylinder 1. The thickness of the seal or the valve stroke can e.g. be about 2 mm.

Der Kompressor arbeitet wie folgt: Der Kolben 4 saugt im Abwärtshub die Luft 17 durch den im Zylinderkopf 13 eingeschraubten Ansaugfilter 18 und durch das Einlassventil 14 in den Kompressionsraum 19 der ersten Stufe hinein. Beim Aufwärtshub wird die Luft komprimiert und durch das Ventil 15 und das Kühlrohr 20 in den Kompressionsraum 21 der zweiten Stufe gestossen. The compressor works as follows: the piston 4 sucks the air 17 in the downward stroke through the intake filter 18 screwed into the cylinder head 13 and through the inlet valve 14 into the compression chamber 19 of the first stage. During the upward stroke, the air is compressed and pushed through the valve 15 and the cooling tube 20 into the compression chamber 21 of the second stage.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

634 898 634 898

Das Ventil 15 ist zugleich Auslassventil der ersten Stufe und Einlassventil der zweiten Stufe. Diese Ausbildung ist möglich durch Führung der Luft in einem abgebogenen Kanal 22 im Zylinderkepf 13. Das Volumen des Kanals 22 gehört zum Totvolumen des ersten Kompressionsraumes 19. Valve 15 is both a first stage exhaust valve and a second stage intake valve. This configuration is possible by guiding the air in a bent channel 22 in the cylinder head 13. The volume of the channel 22 belongs to the dead volume of the first compression space 19.

Das Volumen des Kühlrohres 20 gehört in analoger Weise zum Totvolumen der zweiten Kompressionsstufe. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, setzt sich der zweite Kompressionsraum 21 demnach zusammen aus den beiden Kühlrohren 20, 24 und dem Ringraum zwischen der Kolbenfläche 23 und dem erweiterten Bohrungsabschnitt 11 des Zylinders 1. Das gesamte Totvolumen kann etwa 5-10% betragen, was im vorliegenden Fall erwünscht ist, da dadurch eine sehr intensive Kühlung der Luft der zweiten Stufe und ein «Totlaufen» bei Leerlaufregelung erzielt wird. Die beiden Kühlrohre 20, 24 sind allseitig mit den Kühlrippen 2 umgeben. The volume of the cooling tube 20 belongs in an analogous manner to the dead volume of the second compression stage. 1, the second compression space 21 is accordingly composed of the two cooling tubes 20, 24 and the annular space between the piston surface 23 and the enlarged bore section 11 of the cylinder 1. The total dead volume can be about 5-10%, which is desirable in the present case, since this results in very intensive cooling of the air in the second stage and «dead running» with idle control. The two cooling tubes 20, 24 are surrounded on all sides with the cooling fins 2.

Beim Abwärtshub komprimiert der Kolben 4 die Luft weiter bis zum Enddruck und presst sie durch das Kühlrohr 24 und das Auslassventil 16 in die Luftaustrittöffnung 26, welche im Zylinderkopf 13 ausgespart ist. During the downward stroke, the piston 4 compresses the air further to the final pressure and presses it through the cooling pipe 24 and the outlet valve 16 into the air outlet opening 26, which is recessed in the cylinder head 13.

Bei der zweiten Ausführungsform des Stufenkompressors gemäss Fig. 2 handelt es sich um eine wassergekühlte Ausführung ohne Kühlrippen, dafür mit wassergefüllten Kühlräumen 27, die durch den Wassereintritt 28 gespeist werden. Der Wasseraustritt ist mit 29 bezeichnet. The second embodiment of the stage compressor according to FIG. 2 is a water-cooled version without cooling fins, but instead with water-filled cooling spaces 27, which are fed through the water inlet 28. The water outlet is designated 29.

Die Zylinderkopfanordnung besteht aus dem eigentlichen Zylinderkopf 30, einer ersten Dichtung 31, einer Ventilplatte 32 und einer zweiten Dichtung 33. Vier Zungenventile 34-37 sind auf der Ventilplatte 32 angebracht, wobei die oberhalb und unterhalb der Platte 32 sich befindenden Dichtungen 31 bzw. 33 wieder den Ventilhub bestimmen. The cylinder head arrangement consists of the actual cylinder head 30, a first seal 31, a valve plate 32 and a second seal 33. Four tongue valves 34-37 are attached to the valve plate 32, the seals 31 and 33 located above and below the plate 32 determine the valve stroke again.

Die übrigen Teile des Kompressors sind ähnlich ausgebildet und auch entsprechend bezeichnet wie diejenigen des luftgekühlten Kompressors gemäss Fig. 1. The other parts of the compressor are of similar design and are also designated accordingly as those of the air-cooled compressor according to FIG. 1.

Die Zylinderkopfanordnung 30-33 ist in nicht näher dar-s gestellter Weise auf den Zylinder 1 aufgeschraubt. Dem ersten Kompressionsraum 19 ist das Einlassventil 34 und das Auslassventil 35 zugeordnet, währenddem dem zweiten Kompressionsraum 21 das Einlassventil 36 und das Auslassventil 37 zugeordnet sind. Die Zu- und Abführung der Luft io zur zweiten Stufe erfolgt mittels der wassergekühlten Rohre 20 bzw. 24, deren Volumen wiederum zum Totvolumen des zweiten Kompressionsraumes 21 zu rechnen ist. The cylinder head arrangement 30-33 is screwed onto the cylinder 1 in a manner not shown. The first compression chamber 19 is assigned the inlet valve 34 and the outlet valve 35, while the second compression chamber 21 is assigned the inlet valve 36 and the outlet valve 37. The air io is supplied and discharged to the second stage by means of the water-cooled tubes 20 and 24, the volume of which in turn is to be added to the dead volume of the second compression space 21.

Gegenüber den bekannten Druckluftkompressoren mit Stufenkolben ergeben sich durch die vorbeschriebenen Aus-15 führungsformen folgende Vorteile: Compared to the known compressed air compressors with step pistons, the above-described embodiments result in the following advantages:

- Die Ventile sind immer auf der Kopfseite des Kompressors im Bereich des Zylinderkopfes angeordnet. Bei Reparaturen sind sie gut zugänglich und die Wartungskosten sind sehr niedrig. - The valves are always located on the top of the compressor in the area of the cylinder head. They are easily accessible for repairs and maintenance costs are very low.

- Wenn die Ventile alle auf einer Platte angeordnet sind (wie bei der Ausführungsform 2), können sie bei Revisionen sehr leicht ausgewechselt werden. Dazu wird die Ventilplatte nach Entfernung des Zylinderkopfes als Einheit zusammen mit den Ventilen ausgewechselt. Dadurch ist eine erhebliche Erleichterung der Revision und der Montage gewährleistet. - If the valves are all arranged on a plate (as in embodiment 2), they can be replaced very easily during revisions. For this purpose, the valve plate is replaced as a unit together with the valves after removal of the cylinder head. This considerably simplifies revision and assembly.

- Der Druckluftkompressor weist weniger Bauteile auf als bekannte Kompressoren. Die Materialkosten sind niedriger, und die Ersatzteilbewirtschaftung ist vorteilhaft. - The air compressor has fewer components than known compressors. Material costs are lower and spare parts management is advantageous.

- Infolge der intensiven Kühlung des Kompressionsraumes der zweiten Stufe sind die Temperaturen relativ niedrig und die Standzeiten hoch. - Due to the intensive cooling of the compression chamber of the second stage, the temperatures are relatively low and the service life is long.

25 25th

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

634 898

1. Compressed air compressor with a stage piston movably arranged in a cylinder and performing compression work in both stroke directions, each compression stage being assigned at least one inlet and one outlet valve, and wherein an outlet opening of a lower pressure stage is connected to an inlet opening of a higher pressure stage, characterized in that all valves (14-16; 34-37) are arranged on the head side of the compressor, in the area of the cylinder head (13; 30).

2. Compressor according to claim 1, characterized in that between the cylinder head (30) and the cylinder (1) a valve plate (32) is provided on which all valves (34-37) are arranged (Fig. 2).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Compressor according to claim 2, characterized in that the valves (34-37) are designed as tongue valves, and that seals (31, 33) are attached on both sides of the valve plate (32), the thickness of which determines the valve lift.

4. Compressor according to claim 1, characterized in that for supplying and discharging the air of the second stage (21) with the corresponding valves (36,37; 15,16) in connection, cooled pipes (20,24) are provided .

5. A compressor according to claim 4, characterized in that the volume of the cooled tubes (20, 24) is part of the dead volume of the second compression stage (21).

6. A compressor according to claim 1, characterized in that the valves (14-16) in the cylinder head (13) or on the end face of the cylinder (1) are arranged (Fig.l).

7. Compressor according to claim 1, characterized in that a seal (25) is provided between the cylinder head (13) and the cylinder (1), the thickness of which determines the valve lift of the valves (14-16) designed as tongue valves (FIG. 1 ).

8. Compressor according to claim 7, characterized in that the outlet valve (15) of the lower stage is identical to the inlet valve (15) of the higher stage.