DD238645A1 - MICRO SYSTEM COMPRESSOR - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine schnellaufende, oelfreie, einzylindrige Kleinstverdichteranlage fuer Druckluft mit auf dem Wellenende des Elektromotors direkt aufgeschobenem Kurbeltrieb. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kleinstverdichteranlage zu schaffen, die die sich bei oelfreier Ausfuehrung bietenden Moeglichkeiten voll ausschoepft, geringen Fertigungs- und Montageaufwand erfordert sowie optimale Kuehlung aller Bauteile gewaehrleistet. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der Zylinder auf seiner gesamten Baulaenge innerhalb und der Zylinderkopf einschliesslich der zugehoerigen Ventilplatte ausserhalb des Kurbelgehaeuses angeordnet ist, wobei der Kuehlluftstrom den Zylinder und den Zylinderkopf zeitlich nacheinander erfasst. FigurThe invention relates to a high-speed, oil-free, one-cylinder Kleinstverdichteranlage for compressed air with directly on the shaft end of the electric motor deferred crank mechanism. The invention has for its object to provide a Kleinstverdichteranlage, which fully exhausted the possibilities of oil-free execution opportunities, low manufacturing and assembly costs required and optimal cooling of all components gewaehrleistet. According to the invention, the object is achieved in that the cylinder is arranged on its entire Baulaenge within and the cylinder head including the associated valve plate outside the Kurbelgehaeuses, wherein the Kuehlluftstrom the cylinder and the cylinder head detected in chronological succession. figure
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Die Erfindung betrifft eine schnellaufende, ölfreie einzylindrige Kleinstverdichteranlage für Druckluft mit auf dem Wellenende des Elektromotors direkt aufgeschobenem Kurbeltrieb.The invention relates to a high-speed, oil-free einzylindrige Kleinstverdichteranlage for compressed air with directly on the shaft end of the electric motor deferred crank mechanism.
Hubkolbenverdichteranlagen kleinster Leistung werden aus Kostengründen als einfachwirkende Einzylinder-Maschinen mit Stirnkurbelwelle konzipiert. Die Schmierung der Lager bzw. der Zylinderlaufbahn erfolgt durch Spritzöl. Im Falle der ölfreien (trockenlaufenden) Ausführung finden selbstschmierende Werkstoffe für die Reibpaarung Kolben/Zylinder Anwendung, und es werden gekapselte Wälzlager verwendet. Verdichter-und Motorteil bilden dabei mehr oder weniger eine Einheit (Monoblockbauweise).Reciprocating compressor units of the lowest power are designed for cost reasons as single-acting single-cylinder machines with front crankshaft. The lubrication of the bearings or the cylinder bore is done by spray oil. In the case of the oil-free (dry-running) version, self-lubricating materials are used for the friction / piston / cylinder pairing, and encapsulated rolling bearings are used. Compressor and motor part form more or less one unit (monobloc design).
Die Kühlung derartiger Anlagen erfolgt durch Luft ausgehend von einem Axiallüfter, der sich in der Regel auf dem freien Wellenende des Motors befindet, und der die Kühlluft über die Motoraußenoberfläche in Richtung Verdichterteil fördert, wobei Zylinder und Zylinderkopf gleichzeitg vom Kühlluftstrom erfaßt werden. Durch die im allgemeinen verrippte Außenoberfläche des Motors ist dessen hinreichende Kühlung gewährleistet. Ungenügend dagegen ist die Kühlwirkung am Verdichterteil. Selbst dann, wenn, wie häufig praktiziert, der Standardlüfter durch einen leistungsstärkeren ersetzt wird, sind für wirksame Kühlung des Verdichterteiles sinnvolle Luftführungsgehäuse unerläßlich, da die zu kühlenden heißen Verdichterbauteile (Zylinder— Ventilkopf) normalerweise auf Grund der Hauptparameter (Drehzahl, Hub, Kolbenlänge) und der dadurch bedingten geometrischen Abmessungen einseitig weit über die Motorkontur nach oben hinausragen. Derartige Bauteile komplizieren die Anlage, machen sie schwerer und teurer.The cooling of such systems is carried out by air from an axial fan, which is usually on the free shaft end of the engine, and which promotes the cooling air on the engine outer surface towards the compressor part, wherein the cylinder and cylinder head are detected simultaneously from the cooling air flow. Due to the generally ribbed outer surface of the engine whose adequate cooling is ensured. On the other hand, the cooling effect on the compressor section is unsatisfactory. Even if, as often practiced, the standard fan is replaced by a more powerful one, effective air duct housings are indispensable for effective cooling of the compressor part, since the hot compressor components (cylinder valve head) to be cooled normally depend on the main parameters (speed, stroke, piston length) and the consequent geometrical dimensions on one side protrude far beyond the engine contour upwards. Such components complicate the system, making them heavier and more expensive.
Ölfreie Verdichter in diesem Leistungsbereich (<10m3/h Förderstrom) werden dabei praktisch in gleicher konstruktiver Grundgestaltung ausgeführt, obwohl der Wegfall der Schmierung, so auch des Schmierölreservoirs, grundsätzlich andere Möglichkeiten der konzeptionellen Ausführung gestatten.Oil-free compressors in this performance range (<10m 3 / h flow rate) are practically carried out in the same constructive basic design, although the elimination of lubrication, so also the lubricating oil reservoir, basically allow other possibilities of conceptual design.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, trockenlaufende Kleinstverdichteranlagen zu verbessern.The object of the invention is to improve dry-running mini compactors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kleinstverdichteranlage zu schaffen, die die sich bei ölfreier Ausführung bietenden Möglichkeiten voll ausschöpft, geringen Fertigungs- und Montageaufwand erfordert sowie optimale Kühlung aller Bauteile gewährleistet.The invention has for its object to provide a mini compressor plant that fully exploits the opportunities offered oil-free options, low manufacturing and assembly costs required and ensures optimal cooling of all components.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zylinder auf seiner gesamten Baulänge innerhalb und der Zylinderkopf einschließlich der zugehörigen Ventilplatte außerhalb des Kurbelgehäuses angeordnet ist, wobei der Kühlluftstrom der Zylinder und den Zylinderkopf zeitlich nacheinander erfaßt.According to the invention, the object is achieved in that the cylinder is arranged on its entire length inside and the cylinder head including the associated valve plate outside of the crankcase, wherein the cooling air flow of the cylinder and the cylinder head detected in chronological succession.
Weitere Merkmale sind die, daß der Kühluftstrom für den Zylinder von der stirnseitigen Öffnung des Kurbelgehäuses erfolgt und der Zylinderkopf den Kühlluftstrom von dem oberhalb des Antriebsmotors vorgesehenen Kühlluftkanal erhält.Further features are that the cooling air flow for the cylinder takes place from the frontal opening of the crankcase and the cylinder head receives the cooling air flow from the cooling air duct provided above the drive motor.
Ein anderes Erfindungsmerkmal ist, daß die Baugruppe, aus Kolben, Kolbenbolzen, Kolbenringe, Pleuel und Hubstück bestehend, durch die stirnseitige Öffnung des Kurbelgehäuses montier- und demontierbar ist.Another feature of the invention is that the assembly, consisting of piston, piston pin, piston rings, connecting rod and hub, can be assembled and disassembled through the frontal opening of the crankcase.
Erfindungsgemäß ist die stirnseitige Öffnung des Kurbelgehäuses mit einem Verschlußdeckel versehen, der gleichzeitig als akustisch günstige Ansaugöffnung für den Kühlluftstrom ausgebildet ist.According to the invention, the frontal opening of the crankcase is provided with a closure lid, which is also designed as an acoustically favorable intake for the cooling air flow.
-2- Z38Ö4Ö-2- Z38Ö4Ö
Es gehört auch zur Erfindung, daß die Druckleistung des Verdichters vom Kühluftstrom im Gegenstrom gekühlt ist und von der Erfindung wird schließlich eingeschlossen, daß das Kurbelgehäuse des Verdichters und das Motorgehäuse gußtechnisch eine Einheit bilden.It is also part of the invention that the compressive power of the compressor is cooled by the cooling air flow in countercurrent and is finally included by the invention that the crankcase of the compressor and the motor housing cast form a unit.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing of an embodiment.
Für hochtourige Kleinstverdichter in dieser Leistungsklasse ergeben sich außerordentlich kleine Hübe und davon abgeleitet entsprechend kurze Pleuellängen. Erfindungsgemäß wird das im wesentlichen in Wellenachsrichtung zylindrisch ausgeführte Kurbelgehäuse so im Durchmesser gewählt, daß seine Oberkante den am oberen Zylinderende angesetzten Auflageflansch erreicht, d. h. der Zylinder 2 in praktisch voller Lauflänge innerhalb des Kurbelgehäuses zum liegen kommt.Extremely small strokes result for high-speed micro-compactors in this performance class and correspondingly short connecting rod lengths are derived from this. According to the invention, the crankcase, which is designed essentially cylindrical in the shaft axis direction, is selected in such a diameter that its upper edge reaches the bearing flange attached to the upper cylinder end, ie. H. the cylinder 2 comes to rest in virtually full run length within the crankcase.
Außerhalb des Kurbelgehäuses liegen demnach der Zylinderkopf 8 und die zwischen diesem und dem Zylinderflansch angeordnete Platte für die Aufnahme der Ventillamellen. Dies bedeutet, daß sich der kältere Bereich des Zylinders 2 innerhalb und die heißesten Bauteile außerhalb des Kurbelgehäuses befinden, also eine thermische Trennung dieser Hauptbauteile vorgesehen wird. Auf Grund der ölfreien Ausführung und der Stirnkurbelbauart kann das Kurbelgehäuse auf seiner freien Stirnseite 1 offen ausgeführt werden.Outside the crankcase, therefore, are the cylinder head 8 and arranged between this and the cylinder flange plate for receiving the valve louvers. This means that the colder region of the cylinder 2 are inside and the hottest components outside the crankcase, so a thermal separation of these main components is provided. Due to the oil-free design and the Stirnkurbelbauart the crankcase can be made open on its free end face 1.
Der erforderliche Lüfter wird vorzugsweise als Radiallüfter 4 ausgebildet und zwischen dem kurbelseitigen Motorwellenlager und dem Rotor des Elektromotors 5 angeordnet.The required fan is preferably formed as a radial fan 4 and disposed between the crank-side motor shaft bearing and the rotor of the electric motor 5.
Der Übergang vom Kurbel- zum Motorgehäuse wird an dieser Stelle konstruktiv den Erfordernissen des Radiallüfters im Hinblick aufoptimale Luftführung angepaßt. Die Wirkungsrichtung des Lüfters 4 bewirkt das Ansaugen der Kühlluft durch die stirnseitige Öffnung 1 des Kurbelgehäuses hindurch. Dabei wird die Kühlung der Zylinderlauffläche, insbesondere aber auch die Kühlung derTriebwerkslager, erreicht. Über den Radiallüfter wird anschließend die Kühlluft über die elektrischen Elemente des Motors 5 geleitet.The transition from the crank to the motor housing is structurally adapted to the requirements of the radial fan with respect to optimum air flow at this point. The direction of action of the fan 4 causes the suction of the cooling air through the frontal opening 1 of the crankcase through. The cooling of the cylinder surface, but especially the cooling of the engine bearing, is achieved. The cooling air is then passed via the radial fan via the electrical elements of the motor 5.
Wird als Antriebsmaschine 5 ein Kommutatormotor gewählt, erfaßt der Kühlluftstrom auch den Bereich der Kohlebürsten und beeinflußt deren Lebensdauer positiv. Der Einsatz solcher Motoren hat durchaus Vorzüge wie geringer Preis, problemloser Anlauf, für Gleich-und Wechselstrom anwendbar und die Drehzahlanhebung über 3000 U/min hinausist auf einfachsterweise möglich.If a commutator motor is selected as the drive machine 5, the cooling air flow also detects the area of the carbon brushes and positively influences their service life. The use of such motors has advantages such as low price, trouble-free starting, for DC and AC applicable and the speed increase above 3000 U / min is in the simplest possible way.
Am Motorende wird der Kühlluftstrom mit dort herrschender niedriger Geschwindigkeit nach oben durch die Kühlluftöffnung 6 hinaus umgelenkt und oberhalb des Motorgehäuses zwangsgeführt zum Zylinderkopf 8 geleitet.At the engine end of the cooling air flow is deflected there prevailing low speed up through the cooling air opening 6 and passed above the motor housing forcibly guided to the cylinder head 8.
In entgegengesetzter Richtung (Gegenstromeffekt) wird die heiße, verdichtete Luft innerhalb des Kühlluftkanals mittels Druckleitung 7 zum Motorende hingeführt.In the opposite direction (countercurrent effect), the hot, compressed air within the cooling air duct is guided by means of pressure line 7 to the motor end.
Auf diese Weise ist eine Verdichterausführung geschaffen, bei der praktisch alle Bauelemente eine Kühlung erfahren, und die sich durch außerordentlich niedriges Gesamttemperaturniveau auszeichnet.In this way, a compressor design is created in which virtually all components undergo cooling, and which is characterized by extremely low overall temperature level.
Dabei erfüllt der oberhalb des Motorgehäuses liegende Kühlluftkanal mehrere AufgabenThe cooling air duct located above the motor housing fulfills several tasks
— zwangsgeführte Kühlluft zum Zylinderkopf 8- Forced cooling air to the cylinder head. 8
— Gegenstromkühlung der hindurchgeleitete Druckluftleitung 7- Countercurrent cooling of the passed compressed air line. 7
— Berührungsschutz von heißen Bauteilen bei darüber angeordnetem Tragegriff- Protection against contact of hot components with handle above arranged
— Möglichkeiten zur formgestalterischen Ausbildung der Gesamtanlage.- Possibilities for formal design of the entire system.
Der so gewählte Kühlluftstrom erweist sich als sehr sinnvoll für die in jedem Bereich herrschenden Temperaturdifferenzen. Die thermische Trennung des relativ kalten Zylinders 2 und des sehr heißen Zylinderkopfes 8 ist ein kennzeichnendes Merkmal der Erfindung.The selected cooling air flow proves to be very useful for the prevailing in each area temperature differences. The thermal separation of the relatively cold cylinder 2 and the very hot cylinder head 8 is a characteristic feature of the invention.
Die thermisch geringer beanspruchten Bauteile — Zylinder 2, gekapselte Wälzlager — liegen im kältesten Luftstrom. Dessen Aufheizung ist in diesem Bereich gering, so daß eine völlig hinreichende Kühlwirkung für die Wicklungen des elektrischen Teiles gewährleistet wird. Die danach weiter erwärmte Kühlluft erreicht erst jetzt mit der Druckluftleitung 7 und dem Zylinderkopf 8 die heißesten Bauteile überhaupt, wodurch jederzeit eine für den Wärmetausch notwendige große Temperaturdifferenz gegebenThe thermally less stressed components - cylinder 2, encapsulated roller bearings - are in the coldest air flow. Whose heating is low in this area, so that a completely sufficient cooling effect is ensured for the windings of the electrical part. The then further heated cooling air reaches only now with the compressed air line 7 and the cylinder head 8, the hottest components ever, which at any time given a necessary for heat exchange large temperature difference
ist. 'is. '
Die Ausführung der Druckluftleitung 7 selbst im Sinne eines Nachkühlers ist in vielfältigster Weise denkbar. Kennzeichnendes Merkmal ist jedoch in jedem Falle ihre Lage und Strömungsrichtung innerhalb des Kühlluftkanals.The execution of the compressed air line 7 itself in the sense of an aftercooler is conceivable in a variety of ways. Characteristic feature, however, is in any case their position and flow direction within the cooling air duct.
Der in das Kurbelgehäuse weitgehend hereingezogene Zylinder 2 im Verein mit der stirnseitig offenen Ausführung des Kurbelgehäuses 1 bietet erfindungsgemäß vorteilhafte Möglichkeiten für die Montage.The cylinder 2, which is largely retracted into the crankcase, in association with the frontally open design of the crankcase 1, offers advantageous possibilities for assembly according to the invention.
So läßt sich die außerhalb des Gehäuses vormontierte Baugruppe 3 Kolben — Pleuel — Kurbelhubstück in das stirnseitig offene Kurbelgehäuse 1 komplett einbringen und unschwer auf dem Motorwellenende befestigen.Thus, the preassembled outside the housing assembly 3 piston - connecting rod - Kurbelhubstück in the frontally open crankcase 1 completely and easily attach to the engine shaft end.
Das zunächst stirnseitig offene Kurbelgehäuse 1 wird nach erfolgtem Einbringen der Kolbenbaugruppe 3 durch einen Deckel abgedeckt, der so ausgebildet ist, daß eine Verletzungsgefahr bei laufender Maschine ausgeschlossen ist, der Kühllufteintritt ,, weitgehend unbehindert bleibt, und gleichzeitig eine ausreichende Lärmdämpfung erreicht wird.The initially open-sided crankcase 1 is covered after the introduction of the piston assembly 3 by a cover which is designed so that a risk of injury is excluded while the machine is running, the cooling air inlet ,, remains largely unobstructed, and at the same time sufficient noise attenuation is achieved.
Die vorgeschlagene Verdichterkonzeption erweist sich auch als besonders vorteilhaft, wenn die Ansaugung der zu verdichtenden Luft nicht über herkömmliches Saugventil an der Oberseite des Zylinders, sondern durch Schlitzsteuerung, also Öffnungen am Zylinderumfang in der unteren Totpunktlage des Kolbens erfolgen soll. In diesem Falle liegen diese Öffnungen innerhalb des Kurbelgehäuses, und die Ansaugung geht dann in einfachster Weise von dem luftdurchströmten Kurbelgehäuse aus.The proposed compressor design also proves to be particularly advantageous if the intake of the air to be compressed is not about conventional suction valve on the top of the cylinder, but by slot control, ie openings on the cylinder circumference in the bottom dead center of the piston. In this case, these openings are within the crankcase, and the suction is then in the simplest way from the air flowed crankcase.
Fertigungs- und Montageaufwand und damit auch die Kosten einer derartigen Verdichteranlage bleiben gering, insbesondere dann, wenn in der Weiterführung der Erfindung das Kurbelgehäuse und der Motormantel einschließlich Kühlluftkanal gußtechnisch zu einem Bauteil 9 vereinigt werden.Manufacturing and assembly costs and thus the cost of such a compressor system remain low, especially when combined in the continuation of the invention, the crankcase and the engine casing including cooling air duct casting technology to a component 9.
Claims (6)
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Family Applications (1)
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