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Die Erfindung betrifft ein Kompressoraggregat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 199 11 933 B4 ist ein Kompressoraggregat bekannt, welches als Drucklufterzeuger in einem Fahrzeug, z. B. für eine Niveauregelung, dient. Das bekannte Kompressoraggregat weist einen Kolbenkompressor auf, dessen Kolben über ein Pleuel und einen Kurbeltrieb von einem Elektromotor über eine Motorwelle antreibbar ist. Die Motorwelle weist einen konischen Bereich sowie einen verjüngten Gewindebereich auf, auf den der Kurbeltrieb aufschraubbar ist. Bei einer Montage des Kurbeltriebs auf der Motorwelle wird der Kurbeltrieb bis zu einem Anschlag im Konus aufgeschraubt. In dieser Lage ist der Kurbeltrieb auf der Motorwelle aufgrund der Klemmwirkung des konischen Bereichs fixiert.
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Die bei der Herstellung und bei dem Zusammenbau des Kompressoraggregats unvermeidlichen Toleranzen in Richtung der Motorwelle zwischen dem Kurbeltrieb und dem Zylinder werden bei derartigen Kompressoraggregaten durch die zwischen diesen Teilen befindlichen Lager kompensiert. In dem oben erwähnten Stand der Technik erfolgt der Toleranzausgleich dadurch, dass Pleuel und Kolben als zwei separate Teile ausgebildet sind, die über einen Kolbenbolzen und ein Gleitlager im Pleuelauge miteinander verbunden sind. Dieses Gleitlager lässt die erforderliche axiale Verschiebung zum Toleranzausgleich zu. Diese Konstruktion ist aber wegen ihrer Mehrteiligkeit erheblich teurer als ein vergleichbarer einteiliger Taumelkolben.
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Eine theoretisch mögliche Verwendung eines preiswerten Taumelkolbens bei gleicher Befestigung der Kurbelwelle auf der Motorwelle wie beim oben beschriebenen Stand der Technik hätte den Nachteil, dass ein deutlich erhöhtes Lagerspiel im Kugellager des Pleuels vorgesehen werden müsste, damit die erwähnten Toleranzen durch eine Schiefstellung des Taumelkolbens kompensiert werden, ohne dass das Kugellager frühzeitig Schaden nimmt. Um ein montierfähiges und dauerhaft funktionsfähiges Kompressoraggregat zu erhalten, müssten in einem solchen Falle relativ große Lagerspiele vorgesehen werden.
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Ein derartiges großes Lagerspiel hat jedoch auch immer Nachteile, wie z. B. einen erhöhten Lagerverschleiß sowie eine unerwünschte Geräuschentwicklung beim Betrieb des Kompressoraggregates.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein möglichst kostengünstiges, langlebiges und geräuscharmes Kompressoraggregat sowie ein Verfahren und ein Hilfsmittel zu dessen Herstellung und Zusammenbau anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1, 8 und 9 angegebenen Ausgestaltungen der Erfindung gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, das erforderliche Lagerspiel auf ein erheblich geringeres Maß zu reduzieren als bei bekannten Kompressoraggregaten. So konnte z. B. bei Kompressoraggregaten der Anmelderin eine Reduzierung des Mittenversatzes zwischen Pleuelaugenmitte und Zylinderlaufflächenmitte von ±0,7 μm auf ±0,4 μm und eine damit einhergehende entsprechende Reduzierung des Lagerspiels erreicht werden. Dies wiederum führt zu einer deutlich spürbaren Verringerung der Geräuschentwicklung beim Betrieb des Kompressoraggregats.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Montage des erfindungsgemäßen Kompressoraggregats auf relativ einfache und kostengünstige Weise unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Montagehilfsvorrichtung möglich ist. Dies ermöglicht wiederum weitere Qualitätsverbesserungen an den erfindungsgemäßen Kompressoraggregaten.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine sogenannte Monoblockbauweise des Kompressoraggregates, d. h. eine einteilige Ausführung von Zylinderkopf und Kurbelgehäuse, einfach zu realisieren ist, wodurch eine Vereinfachung der Herstellung und eine Kosteneinsparung ermöglicht wird.
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Unter Nennung weiterer Vorteile wird die Erfindung nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendungen von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein Kompressoraggregat sowie eine Montagehilfsvorrichtung und
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2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen eines Kurbeltriebs.
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Teile verwendet.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kompressoraggregat (1), mit einem Kolbenkompressor (2), einem als Antriebsmotor (12) dienenden Elektromotor sowie einer Lufttrocknereinrichtung (15). Das Kompressoraggregat (1) dient zur Erzeugung von Druckluft in einem Fahrzeug, z. B. zur Versorgung einer Luftfederung bzw. einer Niveauregelung.
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Der Kolbenkompressor (2) weist ein Gehäuse auf, das in einem in der 1 oben dargestellten Bereich einen Zylinderkopf (3) und darunter ein Kurbelgehäuse (4) aufweist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das Kurbelgehäuse (4) und der Zylinderkopf (3) einstückig ausgebildet, z. B. als ein Gussteil. Die einstöckige Ausbildung hat den Vorteil, dass keine weiteren Toleranzen zwischen dem Kurbelgehäuse (4) und dem Zylinderkopf (3) auftreten wie etwa im Falle einer Befestigung eines Zylinderkopfs mittels Schrauben auf dem Kurbelgehäuse, d. h. bei einer nicht einstückigen Ausführung von Kurbelgehäuse (4) und Zylinderkopf (3). Hierdurch kann eine weitere Reduzierung auftretender Toleranzen und damit eine weitere Verringerung des nachfolgend noch näher diskutierten Lagerspiels erzielt werden.
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Innerhalb des Zylinderkopfs (3) ist ein Kolben (5) angeordnet, der mit einem Pleuel (6) verbunden ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolben (5) starr mit dem Pleuel (6) verbunden, d. h. als Taumelkolben ausgebildet. Vorteilhaft sind dabei der Kolben (5) und das Pleuel (6) einstückig ausgebildet. Somit ist im Gegensatz zu dem eingangs erläuterten bekannten Kompressoraggregat keine gelenkige Verbindung zwischen dem Kolben (5) und dem Pleuel (6) vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass der Kolben (5) und das Pleuel (6) kostengünstig herstellbar sind und zudem verschleißarm im Betrieb sind, da die verschleißanfällige Gelenkstelle entfällt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Entfall der Gelenkstelle zusätzlich zu einer Geräuschreduzierung beim Betrieb des Kompressoraggregats (1) beiträgt.
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Das Pleuel (6) ist über ein als Kugellager ausgeführtes Lager (10) mit einer Kurbelwelle (9) eines Kurbeltriebs (7, 8, 9) verbunden, z. B. durch Aufpressen. Zur Kompensation von Fliehkräften weist der Kurbeltrieb (7, 8, 9) einen Ausgleichsabschnitt (8) auf. Der Kurbeltrieb (7, 8, 9) ist auf einer Motorwelle (11) des Antriebsmotors (12) befestigt. Die Motorwelle (11) ist gegenüber dem Kurbelgehäuse (4) durch ein Kugellager (13) gelagert. Der Antriebsmotor (12) ist mit Schrauben (14) an dem Kurbelgehäuse (4) befestigt. Alternativ kann das Lager (10) auch als Nadellager ausgebildet sein.
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Wie aus 1 erkennbar ist, weist die Motorwelle (11) in Längsrichtung keinen Absatz oder Anschlag für den Kurbeltrieb (7, 8, 9) auf, d. h. der Kurbeltrieb (7, 8, 9) ist vor der Befestigung auf der Motorwelle (11) in deren Längsrichtung innerhalb gewisser Grenzen frei verschiebbar. Diese Verschiebbarkeit wird für eine genaue und damit toleranzarme Justierung des Kurbeltriebs (7, 8, 9) auf der Motorwelle (11) verwendet. Hierdurch ist es möglich, die Mittenabweichung der Pleuellagermitte zur Zylindermitte und damit das Lagerspiel des Lagers (10) sehr klein zu dimensionieren. Zur Erreichung der toleranzarmen Justierung dient die in 1 dargestellte Montagehilfsvorrichtung (16), die nur während des Zusammenbaus des Kompressoraggregats (1) zum Einsatz kommt und im späteren Betrieb nicht mehr an der 1 dargestellten Position angeordnet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Bearbeitung des Kurbelgehäuses (4) sowie der Kolbenlauffläche im Zylinderkopf (3) derart vorgenommen, dass gegenüber einer Bezugsfläche (17, 18) an dem oder in dem zu bearbeitenden Bauteil die Zylinderkopfbohrung mit einer sehr geringen Toleranzvorgabe gegenüber der Bezugsfläche (17, 18) hergestellt wird. Die Bezugsfläche (17, 18) kann dabei im Kurbelgehäuse (4) vorgesehen sein, wie in der 1 dargestellt, oder in dem Zylinderkopf (3) oder auch an einer beliebigen Außenseite dieser Bauteile. Die Bezugsfläche (17, 18) kann auch an jedem anderen Teil des Kompressoraggregats vorgesehen sein, wobei es nur darauf ankommt, das keine oder nur sehr geringe Toleranzen dieses anderen Teils zur Kolbenlauffläche im Zylinderkopf (3) auftreten. Hierdurch kann eine weitere Reduzierung auftretender Toleranzen und damit eine weitere Verringerung des nachfolgend noch näher diskutierten Lagerspiels erzielt werden.
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Bei dem Zusammenbau des Kompressoraggregats (1) wird eine vormontierte Einheit aus dem Kolben (5), dem Pleuel (6), dem Kurbeltrieb (7, 8, 9) und dem Kugellager (10) mit Hilfe der Montagehilfsvorrichtung (16) in das Kurbelgehäuse (4) bzw. den Zylinderkopf (3) eingeführt und mittels der Montagehilfsvorrichtung (16) fixiert, wobei die Montagehilfsvorrichtung (16) mit der Bezugsfläche (17, 18) zur Anlage gebracht wird. Die Montagehilfsvorrichtung (16) ist bezüglich der Toleranzvorgaben zur Aufnahme der vormontierten Einheit (5, 6, 7, 8, 9, 10) wiederum mit Bezug auf die Bezugsfläche (17, 18) hergestellt worden, sodass sich durch Bezugnahme auf dieselbe Bezugsfläche (17, 18) sowohl bei der Herstellung des Zylinderkopfs (3) als auch bei dem Einbau der vormontierten Einheit (5, 6, 7, 8, 9, 10) sehr geringe Toleranzen erreichen lassen. Der. Einbau der vormontierten Einheit (5, 6, 7, 8, 9, 10) wird dann durch Fixierung des Kurbeltriebs (7, 8, 9) auf der Motorwelle (11) bei weiterhin eingelegter Montagehilfsvorrichtung (16) fortgesetzt. Die Fixierung erfolgt z. B. durch Klemmung auf der Motorwelle (11) durch Festziehen einer Klemmschraube. Hiernach wird die Montagehilfsvorrichtung (16) entfernt und ggf. erforderliche weitere Schritte zur endgültigen Montage des Kompressoraggregats (1) durchgeführt.
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In den 2 bis 5 sind vorteilhafte Ausführungsformen des Kurbeltriebs (7, 8, 9) dargestellt. In der Ausführungsform gemäß 2 weist der Kurbeltrieb (7, 8, 9) in dem Ausgleichsabschnitt (8) einen Schlitz (21) auf, der sich bis zu einer Öffnung (20), die für die Aufnahme der Motorwelle (11) vorgesehen ist, erstreckt. Im wesentlichen senkrecht zu dem Schlitz (21) ist eine Bohrung zur Aufnahme einer Klemmschraube (22) vorgesehen, welche in einem Gewindebereich (23) der Bohrung eingeschraubt und zwecks Fixierung des Kurbeltriebs (7, 8, 9) auf der Motorwelle (11) angezogen wird. Die 3 zeigt eine alternative, um 90 Grad versetzte Anordnung des Schlitzes (21). Es ist vorteilhaft, die Klemmschraube (22) als Dehnschraube auszuführen. Die Drehmomentübertragung von der Motorwelle (11) auf den Kurbeltrieb (7, 8, 9) erfolgt gemäß den Ausführungsformen der 2 und 3 durch Kraftschluss aufgrund des Klemmeffekts. Zur weiteren Verbesserung der Drehmomentübertragung kann die Motorwelle (11) mit einer Rändelung in Längsrichtung versehen sein. Beim Festziehen der Klemmschraube (22) drückt sich die Rändelung dann etwas in die Kurbelwelle (9) ein, was einen gewissen Formschluss zwischen der Motorwelle (11) und der Kurbelwelle (9) erzeugt.
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Gemäß 4 ist statt des Schlitzes (21) eine mit einem Gewinde (23) versehene Bohrung zur Aufnahme der Klemmschraube (22) vorgesehen. Die Klemmschraube (22) dient dazu, gegen einen abgeflachten Bereich (30) der Motorwelle (11) geschraubt zu werden.
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In der Ausführungsform gemäß 5 ist im Vergleich zu 4 statt eines abgeflachten Bereichs auf der Motorwelle (11) ein eingekerbter Bereich (40) vorgesehen, der sich in Längsrichtung der Motorwelle (11) erstreckt. In den eingekerbten Bereich (40) ist eine mit einem konischen Ende versehene Klemmschraube (22) einschraubbar. Die Drehmomentübertragung von der Motorwelle (11) auf den Kurbeltrieb (7, 8, 9) erfolgt gemäß den Ausführungsformen der 4 und 5 vorwiegend durch den Formschluss zwischen der Klemmschraube (22) und der Motorwelle (11).
