DE10118930A1 - Zylinderkopf, insbesondere für Kompressoren und Verdichter - Google Patents

Abstract

Ein Zylinderkopf, insbesondere für Kompressoren und Verdichter, weist eine Zylinderlauffläche zur Führung eines Kolbens auf, der wenigstens einen Kolbenring umfaßt, der sich an die Zylinderlauffläche anpreßt. Die zylindrische Innenfläche des Zylinderkopfes (2) ist im wesentlichen über ihre gesamte Länge als konische Zylinderlauffläche (4) für den Kolben (6) ausgebildet. Durch diese vollkonische Zylinderlauffläche werden Druckverluste verringert, Kompressorlaufgeräusche reduziert, das Hubvolumen vergrößert und die Förderleistung und der Wirkungsgrad verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf, insbesondere für Kompressoren und Verdichter gemäß Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Die bekannten Zylinderköpfe von Kompressoren und Ver­ dichtern weisen eine zweigeteilte Zylinderlauffläche für den Kolben auf, und zwar einen konischen und einen zylin­ drischen Bereich, zwischen denen ein scharfer Übergang be­ steht. Durch die Zweiteilung der Zylinderlauffläche und durch den scharfen Übergang zwischen dem konischen und dem zylindrischen Bereich wird eine bestimmte Dynamik in den Kolbenring des Kolbens des Kompressors gebracht, der zu Verlusten des im Druckraum befindlichen Gases (Luft) und zu unerwünschten Geräuschen führt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zylinderkopf der eingangs genannten Art so auszubil­ den, daß die auf den Kolbenring des Kolbens erzeugte Dyna­ mik und der dadurch bewirkte Verlust im Druckraum reduziert und die Geräuschentwicklung verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufga­ benlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung schlägt vor, die Zylinderlauffläche für den Kolben vollkonisch auszubilden. Durch diese Ausbildung wird zum einen der technisch notwendige konische Bereich beibehalten und zum anderen wird der scharfe Übergang zwi­ schen dem konischen und zylindrischen Bereich der bisher bekannten Zylinderlaufflächen vermieden. Es zeigt sich auch hier, daß durch die erfindungsgemäße vollkonische Ausbil­ dung der Zylinderlauffläche der geschlitzte Kolbenring im unteren Totpunkt (Stellung des Kolbens im Stillstand des Kompressors oder Verdichters) die Möglichkeit erhält sich wieder aufzuweiten, wodurch der sogenannten Memory-Effekt vermieden wird und der Kolbenring beim Neustart des Kom­ pressors oder Verdichters wieder die volle Vorspannung er­ hält, um für den Betrieb die ausreichenden Anpreßdrücke an die Zylinderwand bzw. die Zylinderlauffläche zu erzeugen. Hierdurch werden Verluste der im Druckraum befindlichen Ga­ se weitestgehend vermieden, so daß die Förderleistung ver­ bessert werden kann. Durch die Verbesserung der Förderlei­ stung kann die Lebensdauer durch geringere Beanspruchung der Bauteile erhöht werden. Damit kann der steigenden Halt­ barkeit der Kraftfahrzeuge und der Verbrennungsmotoren Rechnung getragen werden. Durch die besseren und vor allem leiseren Laufeigenschaften können die steigenden akusti­ schen Anforderungen von Kunden erfüllt und sogar übertrof­ fen werden. Die Kompressorlaufgeräusche können damit den immer leiser werdenden Kraftfahrzeugen und Verbrennungsmo­ toren angepaßt werden. Besonders erwähnenswert ist auch, daß sich durch die erfindungsgemäße vollkonische Ausbildung der Zylinderlauffläche ein größeres Hubvolumen ergibt, wo­ durch die Förderleistung und der Wirkungsgrad noch gestei­ gert wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Zylinderkopf 2 mit einer zylindri­ schen Innenwand 4, insbesondere für Kompressoren und Ver­ dichter. Im Zylinderkopf 2 bewegt sich ein Kolben 6, der wenigstens eine Kolbennut aufweist, in der ein Kolbenring 8 angeordnet ist. Der Kolbenring 8 preßt sich abdichtend an die zylindrische Innenwand 4 an, die als Zylinderlauffläche für den Kolben 6 ausgebildet ist. Die Zylinderlauffläche kann auch an einer in den Zylinderkopf eingesetzten Zylin­ derlaufbüchse ausgebildet sein.

Die Zylinderlauffläche 4 ist vorzugsweise über die vol­ le Länge bzw. volle Höhe leicht konisch bzw. kegelstumpf­ förmig ausgebildet, wobei sich die Zylinderlauffläche 4 vom oberen, dem oberen Totpunkt der Bewegung des Kolbens zuge­ ordneten Ende 10 bis zum unteren, dem unteren Totpunkt der Bewegung des Kolbens zugeordneten Ende 12 konisch erwei­ tert, so daß der Innendurchmesser a des Zylinderkopfes am oberen Ende 10 kleiner ist als der Innendurchmesser b am unteren Ende. So beträgt beispielsweise bei einer Höhe oder Länge der Zylinderlauffläche 4 von 30 mm der lichte Durch­ messer des Zylinderkopfes 2 am oberen Ende 10 36,2 mm und am unteren Ende 12 37,4 mm, was einem halben Kegelöff­ nungswinkel α von ca. 1° 9' entspricht. Mit dem Bezugszei­ chen 14 ist ein Auslaßventil und mit dem Bezugszeichen 16 ein Auslaßstutzen bezeichnet.

Die vollkonische Zylinderlauffläche 4 wirkt sich fol­ gendermaßen aus: Bei der Bewegung des Kolbens 6 arbeitet der Kolbenring 8. Bei der Bewegung des Kolbens 6 zum oberen Totpunkt muß der Kolben mehr Druck ausüben und wird der Kolbenring 8 durch die konische Ausbildung der Zylinder­ lauffläche zunehmend stärker zusammengedrückt, wobei er sich zunehmend stärker an die Zylinderlauffläche 4 anpreßt und so eine bessere Abdichtung bewirkt, wodurch Druckverlu­ ste minimiert werden. Wenn der Kompressor oder Verdichter ausgeschaltet wird, bleibt der Kolben im unteren Totpunkt oder nahe dem unteren Totpunkt stehen. Dadurch daß sich die Zylinderlauffläche 4 zum unteren Totpunkt hin konisch er­ weitert, erhält der Kolbenring anders als bei rein kreiszy­ lindrischer Zylinderlauffläche die Möglichkeit sich wieder in seinen ursprünglichen Vorspannungszustand aufzuweiten, wodurch die Gefahr vermieden wird, daß die Vorspannung und damit die Spreizwirkung und die Abdichtwirkung des Kolben­ ringes im Laufe der Zeit nachläßt (Memory-Effekt). Der Kol­ benring 8 erhält dadurch für jeden Neustart des Kompressors oder Verdichters immer wieder die volle Vorspannung und kann damit die für einen optimalen Betrieb erforderlichen Anpreßdrücke an die Zylinderwand bzw. Zylinderlauffläche erzeugen.

Durch die vollkonische Ausbildung der Zylinderlaufflä­ che wird gegenüber einer reinen zylindrischen Lauffläche ein größeres Hubvolumen erzielt, so daß zu der/dem durch die Reduzierung des Druckverlustes im Druckraum verbesser­ ten Förderleistung und Wirkungsgrad eine weitere Verbesse­ rung dieser Förderleistung und des Wirkungsgrades erreicht wird.

Die erfindungsgemäße vollkonische Zylinderlauffläche für den Kolben verbessert die Laufeigenschaften des Kom­ pressors und Verdichters erheblich. Die Laufgeräusche wer­ den spürbar verringert.

Claims (7)

1. Zylinderkopf, insbesondere für Kompressoren und Verdich­ ter, mit einer Zylinderlauffläche zur Führung eines sich im Zylinderkopf hin- und herbewegenden Kolbens, der we­ nigstens einen Kolbenring aufweist, der sich bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens an die Zylinderlaufflä­ che anpreßt, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindri­ sche Innenfläche des Zylinderkopfes (2) im wesentlichen über ihre gesamte Länge bzw. Höhe als konische Zylinder­ lauffläche (4) für den Kolben (6) ausgebildet ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlauffläche (4) über den gesamten Hub des Kolbens (6) konisch ausgebildet ist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die konische Ausbildung der Zylinder­ lauffläche (4) im wesentlichen vom oberen Totpunkt bis zum unteren Totpunkt der Bewegung des Kolbens erstreckt.

4. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zylinderlauffläche (4) vom oberen Totpunkt bis zum unteren Totpunkt konisch erweitert.

5. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der Zylinder­ lauffläche (4) über die gesamte Länge gleich ist.

6. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Öffnungswinkel des Zylinderlaufflächen-Konus ca. 1° 9' beträgt.

7. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlauffläche (4) an einer in den Zylinderkopf (2) eingesetzten Zylinder­ laufbüchse ausgebildet ist.