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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Druckerzeugungseinrichtung und
insbesondere eine pneumatische Druckerzeugungseinrichtung, welche ein
unter Druck stehendes Gas für eine aufblasbare und entleerbare
Kissenanordnung in einem Fahrzeugsitz bereitstellt.
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Pneumatische
Druckerzeugungseinrichtungen sind beispielsweise als Kompressoren
in Form von Kolbenpumpen aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen
Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise zeigt die
DE 10 2004 045 817 A1 eine
Kolbenpumpe, bei der eine Vielzahl von Kolben in Reihe angeordnet
sind und mittels eines Antriebs über ein Schneckengetriebe
angetrieben werden. Bei einer Verwendung derartiger Kolbenpumpen
in Fahrzeugen zum Befüllen von aufblasbaren Kissen in Fahrzeugsitzen
sind jedoch spezielle Anforderungen zu erfüllen. Mit derartigen
aufblasbaren und entleerbaren Kissen kann beispielsweise eine Massagefunktion
in Fahrzeugsitzen realisiert werden oder ein verbesserter Seitenhalt
bei Kurvenfahrten gewährleistet werden. Hierbei kann es
vorkommen, dass derartige Kolbenpumpen nahezu im Dauerbetrieb betrieben werden
müssen. Kolbenpumpen haben jedoch grundsätzlich
den Nachteil, dass im Betrieb Geräusche auftreten können.
Bei einer Verwendung von mehreren Kolben in Reihe wurde festgestellt,
dass insbesondere bei einem in der Reihe an letzter Position angeordneten
Kolben bei einer Änderung der Bewegungsrichtung des Kolbens
des letzten Kurbeltriebs im oberen Totpunkt unerwünschte
Klopfgeräusche entstehen. Diese Klopfgeräusche
entstehen insbesondere dadurch, dass der Kurbeltrieb des letzten
Kolbens zunächst den Kolben antreibt und nach Überschreiten
des oberen Totpunktes jedoch der Kolben durch eine Rückexpansion
des Fluids angetrieben wird. Da zwischen den einzelnen Kurbeltrieben immer
ein gewisses Spiel zwischen den Zahnrädern und auch ein
Spiel zwischen einem Pleuel und dem Kolben vorhanden ist, entsteht
zum Zeitpunkt des Lastwechsels ein Geräuschimpuls, welcher
umso stärker ist, je mehr ein Fluid verdichtet wird. Neben der
unerwünschten Geräuschemission entsteht im Betrieb
bei einem Nutzer dann ein Eindruck, dass die verwendete Kolbenpumpe
einen Defekt aufweisen könnte. Ferner werden die einzelnen
Bauteile stark belastet.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Druckerzeugungseinrichtung mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass eine Geräuscherzeugung infolge einer
Bewegungsrichtungsumkehr eines Kolbens während des Betriebes
vermieden wird. Ferner ist die erfindungsgemäße
Druckerzeugungseinrichtung für einen Dauerbetrieb ausgelegt
und kann auch für eine große Förderleistung
ausgelegt werden. Dabei ist die erfindungsgemäße
Druckerzeugungseinrichtung einfach aufgebaut, kann modular erweitert
und sehr kostengünstig bereitgestellt werden. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Druckerzeugungseinrichtung
einen in einem ersten Zylinder bewegbaren ersten Kolben mit einem
ersten Kurbeltrieb und wenigstens einen in einem zweiten Zylinder
bewegbaren zweiten Kolben mit einem zweiten Kurbeltrieb umfasst.
Der erste Kurbeltrieb ist dabei mit dem zweiten Kurbeltrieb mechanisch
antreibbar verbunden, wobei der erste und zweite Kurbeltrieb in
Reihe angeordnet sind. Ferner umfasst die Druckerzeugungseinrichtung
einen ersten Antrieb, welcher mit dem in der Reihe als ersten angeordneten
Kurbeltrieb verbunden ist und diesen antreibt und einen zweiten
Antrieb, welcher mit dem letzten der in Reihe angeordneten Kurbeltriebe
verbunden ist und diesen antreibt. Somit werden die in Reihe angeordneten
Kurbeltriebe durch zwei separate Antriebe angetrieben, wobei der erste
Antrieb den ersten Kurbeltrieb und der zweite Antrieb den letzten
Kurbeltrieb in der Reihe antreiben. Hierdurch können durch
diese einfache und kostengünstige Maßnahme überraschenderweise
die Geräuschentwicklung des in der Reihe letzten Kurbeltriebs
vermieden werden. Weiterhin vorteilhaft ist es, dass die erfindungsgemäße
Druckerzeugungseinrichtung auch bei Ausfall eines Antriebs durch
den zweiten Antrieb weiter betrieben werden kann.
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Die
Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
umfasst der erste Kurbeltrieb ein erstes Zahnrad und eine erste
Pleuelstange, welche das erste Zahnrad mit dem ersten Kolben verbindet,
und der zweite Kurbeltrieb umfasst ein zweites Zahnrad und eine
zweite Pleuelstange, welche das zweite Zahnrad mit dem zweiten Kolben
verbindet, und das erste Zahnrad befindet sich mit dem zweiten Zahnrad
in Eingriff, um die mechanische Verbindung zwischen dem ersten und
zweiten Kurbeltrieb bereitzustellen. Hierdurch kann ein besonders
einfacher und kostengünstiger Aufbau realisiert werden.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Druckerzeugungseinrichtung einen in einem
dritten Zylinder bewegbaren dritten Kolben mit einem dritten Kurbeltrieb,
wobei der dritte Kurbeltrieb ein drittes Zahnrad und eine dritte
Pleuelstange umfasst, welche den dritten Kolben mit dem dritten
Zahnrad verbindet und wobei der dritte Kurbeltrieb zwischen dem
ersten und zweiten Kurbeltrieb angeordnet ist, so dass sich das dritte
Zahnrad mit den Zahnrädern des ersten bzw. zweiten Kurbeltriebs
in Eingriff befindet. Dadurch kann auf einfache Weise eine größere
Förderleistung der Druckerzeugungseinrichtung erreicht
werden.
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Um
einen möglichst kompakten Aufbau bereitzustellen, ist vorzugsweise
zwischen dem ersten Antrieb und dem ersten Kurbeltrieb ein Schneckengetriebe
mit einem Schneckenrad und einem Schneckenzahnrad angeordnet. Ein
Zwischenzahnrad ist mit dem Schneckenzahnrad auf einer gemeinsamen Welle
angeordnet und das Zwischenzahnrad befindet sich mit dem ersten
Kurbeltrieb in Eingriff.
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Weiter
bevorzugt ist zwischen dem zweiten Antrieb und dem in der Reihe
letzten Kurbeltrieb ein weiteres Schneckengetriebe mit einem Schneckenrad
und einem Schneckenzahnrad angeordnet. Ein Zwischenzahnrad ist mit
dem Schneckenzahnrad auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und
das Zwischenzahnrad befindet sich mit dem letzten Kurbeltrieb der
Reihe in Eingriff.
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Der
erste und zweite Antrieb ist vorzugsweise jeweils ein Elektromotor.
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Weiter
bevorzugt umfasst die Druckerzeugungseinrichtung eine Regeleinrichtung,
um die als Elektromotor ausgebildeten ersten und zweiten Antriebe
in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung zu betreiben.
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Besonders
bevorzugt sind die Schneckengetriebe und Zahnräder der
Druckerzeugungseinrichtung nicht selbsthemmend ausgebildet. Hierdurch kann
insbesondere ein Notlauf mit nur einem Antrieb sichergestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind
der erste Antrieb und der zweite Antrieb zueinander in einem Winkel
von 90° angeordnet. Dadurch kann ein besonders kompakter
Aufbau realisiert werden.
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Die
Druckerzeugungseinrichtung ist vorzugsweise eine pneumatische Druckerzeugungseinrichtung,
welche insbesondere Druckluft erzeugt. Bei der Verwendung von Luft
als Medium für einen Anwendungsfall kann insbesondere ein
offener Kreislauf realisiert werden. Alternativ könnte
auch ein anderes Gas oder Gasgemisch verwendet werden, was jedoch
gegebenenfalls nur in einem geschlossenen Kreislauf realisierbar
ist.
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Weiter
betrifft die vorliegende Erfindung eine Kissenanordnung, insbesondere
für einen Fahrzeugsitz, mit wenigstens einem mit Gas befüllbaren
und entleerbaren Kissen und einer pneumatischen Druckerzeugungseinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Druckerzeugungseinrichtung
kann dabei in einem Fahrzeug, beispielsweise im Kofferraum oder
unterhalb eines Fahrzeugsitzes, angeordnet werden.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Druckerzeugungseinrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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2 eine
schematische Schnittansicht einer Druckerzeugungseinrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 eine Druckerzeugungseinrichtung 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Druckerzeugungseinrichtung 1 einen
ersten Kolben 2 mit einem ersten Kurbeltrieb 3 sowie
einen zweiten Kolben 12 mit einem zweiten Kurbeltrieb 13.
Der erste Kolben 2 ist in einem ersten Zylinderelement 6 und der
zweite Kolben 12 ist in einem zweiten Zylinderelement 16 angeordnet.
Die beiden Zylinderelemente 6, 16 sind in einem
einstückigen Zylinderblock angeordnet, und Einlassventile
sind am Kolben und Auslassventile sind an einem oberen Teil der
Zylinderelemente 6, 16 angeordnet. Hierbei wird
Umgebungsluft von der Druckerzeugungseinrichtung 1 angesaugt und
die erzeugte Druckluft wird über eine Leitung 17 an
einen Verbraucher abgegeben. Die Druckerzeugungseinrichtung 1 dieses
Ausführungsbeispiels ist eine Druckluftpumpe für
einen Massagesitz in einem Fahrzeug, so dass die Leitung 17 zu
befüllbaren und entleerbaren entsprechenden Kissen im Fahrzeugsitz
geführt wird. Falls gewünscht, kann zusätzlich noch
ein Druckspeicher zwischen die Kissen und die Druckerzeugungseinrichtung
geschaltet werden.
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Der
erste Kurbeltrieb 3 umfasst, wie aus 1 ersichtlich
ist, ein erstes Zahnrad 4, welches auf einer Welle 4a gelagert
ist, und ein erstes Pleuel 5. Das erste Pleuel 5 verbindet
das erste Zahnrad 4 mit dem ersten Kolben 2. Der
zweite Kurbeltrieb 13 umfasst ein zweites Zahnrad 14 und
ein zweites Pleuel 15, welches den zweiten Kolben 12 mit
dem zweiten Zahnrad 14 verbindet. Das zweite Zahnrad 14 ist
auf einer Welle 14a gelagert. Die beiden Kurbeltriebe 3, 13 sind
dabei in Reihe benachbart zueinander auf einer Geraden G angeordnet.
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Ferner
umfasst die Druckerzeugungseinrichtung 1 einen ersten Antrieb 7 und
einen zweiten Antrieb 8. Die beiden Antriebe 7, 8 sind
Elektromotoren gleicher Bauart. Die beiden Antriebe 7, 8 sind
jeweils mit einem Kurbeltrieb durch Zwischenschaltung eines Schneckengetriebes
verbunden. Genauer, wie aus 1 ersichtlich
ist, ist auf einer Abtriebswelle 7a des ersten Antriebs 7 ein
erstes Schneckenrad 9 angeordnet, welches sich mit einem
ersten Schneckenzahnrad 10 in Eingriff befindet. Das erste
Schneckenzahnrad 10 ist auf einer Welle 10a angeordnet, auf
welcher auch ein erstes Zwischenzahnrad 11 angeordnet ist.
Das erste Zwischenzahnrad 11 befindet sich mit dem ersten
Zahnrad 4 in Eingriff. Somit wird das erste Zahnrad 4 über
die Abtriebswelle 7a, das erste Schneckenrad 9,
das erste Schneckenzahnrad 10 und das Zwischenzahnrad 11 vom
ersten Antrieb 7 angetrieben. In gleicher Weise treibt
der zweite Antrieb 8 das zweite Zahnrad 14 an.
Genauer ist auf einer Abtriebswelle 8a ein zweites Schneckenrad 19 angeordnet,
welches mit einem zweiten Schneckenzahnrad 20 kämmt.
Das zweite Schneckenzahnrad 20 ist auf einer Welle 20a gelagert,
auf welcher ebenfalls ein zweites Zwischenzahnrad 21 gelagert
ist. Das zweite Zwischenzahnrad 21 befindet sich mit dem
zweiten Zahnrad 14 des zweiten Kurbeltriebs 13 in
Eingriff. Dadurch treibt der erste Antrieb 7 den ersten
Kurbeltrieb 3 und der zweite Antrieb 8 den zweiten
Kurbeltrieb 13 an.
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Durch
den erfindungsgemäßen Aufbau der Druckerzeugungseinrichtung 1 wird
somit verhindert, dass bei in Reihe angeordneten Kolben ein in der Reihe
zuletzt angeordneter Kolben unerwünschte Geräusche
infolge einer Bewegungsrichtungsumkehr vom oberen Totpunkt aus erzeugt.
Der erste Kurbeltrieb und der letzte Kurbeltrieb in der Reihe werden
dabei jeweils in einem separaten Antrieb 7, 8 angetrieben.
Da die Kurbeltriebe 3, 13 auch untereinander mechanisch über
die Zahnräder 4, 14 verbunden sind, wird
verhindert, dass sich nach einem Überschreiten des oberen
Totpunkts ein Kolben aufgrund einer Rückexpansion des komprimierten
Gases angetrieben wird. Ein schlagartiger Lastwechsel wird somit
erfindungsgemäß durch eine schwellende Lastbeanspruchung
nach Überschreiten des oberen Totpunkts ersetzt. Ferner
kann durch die erfindungsgemäße Anordnung ein
Spielausgleich zwischen den einzelnen Zahnrädern ermöglicht
werden.
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Alle
Zahnräder und Getriebe der Druckerzeugungseinrichtung sind
hierbei nicht selbsthemmend ausgebildet. Dadurch kann ein Notlaufbetrieb, beispielsweise
bei Ausfall eines der beiden Antriebe 7, 8 mit
dem noch funktionierenden Antrieb aufrechterhalten werden. Hierbei
sei angemerkt, dass die beiden Antriebe 7, 8 derart
ausgelegt sind, dass sie für ein gewünschtes Druckniveau
mit ungeführ der halben Leistung betrieben werden können.
Dies hat den Vorteil, dass zum einen auch ein uneingeschränkter Notlaufbetrieb
mit gleicher Abgabeleistung bei Ausfall eines Elektromotors sichergestellt
ist und dass sich im normalen Betrieb ein Betriebsstrom je Elektromotor
nahezu halbiert, wobei jedoch die Oberfläche, welche für
eine Abführung von Verlustleistung zur Verfügung
steht, durch die beiden Elektromotoren insgesamt verdoppelt wird.
Auch dies führt zu einer signifikanten Verlängerung
der Lebensdauer der Druckerzeugungseinrichtung, so dass diese insbesondere
für einen Dauerbetrieb geeignet ist.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, sind der erste Antrieb 7 und
der zweite Antrieb 8 in einem Winkel von 90° zueinander
angeordnet, um einen möglichst kompakten Aufbau der Druckerzeugungseinrichtung sicherzustellen.
Durch die mechanische Kopplung des ersten Antriebs 7 mit
dem zweiten Antrieb 8 findet ferner ein Lastausgleich statt,
der dazu führt, dass die beiden Elektromotoren mit gleicher
Drehzahl angetrieben werden.
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Somit
weist die erfindungsgemäße Druckerzeugungseinrichtung
zur Erzeugung von Druckluft gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
nur eine geringe Geräuschentwicklung bei einer sehr langen
Lebensdauer und einem möglichen Dauerbetrieb auf. Auch
kann eine übermäßige Belastung der Bauteile der
Druckerzeugungseinrichtung durch die erfindungsgemäße
Anordnung reduziert werden, was ebenfalls zu einer längeren
Lebensdauer führt.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 2 eine Druckerzeugungseinrichtung 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, umfasst die Druckerzeugungseinrichtung 1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch einen
dritten Kolben 22 mit einem dritten Kurbeltrieb 23.
Der dritte Kurbeltrieb 23 umfasst ein drittes Zahnrad 24 und
ein drittes Pleuel 25. Der dritte Kolben 22 ist
dabei in einem dritten Zylinderelement 26 angeordnet. Somit
ist beim zweiten Ausführungsbeispiel ein dritter Kurbeltrieb 23 in
Reihe zwischen dem ersten Kurbeltrieb 3 und dem zweiten
Kurbeltrieb 13 angeordnet. Das dritte Zahnrad 24 befindet
sich dabei mit dem ersten Zahnrad 4 und dem zweiten Zahnrad 14 im
Eingriff. Somit kann erfindungsgemäß durch einfaches
Zwischenschalten von weiteren Kolben und Kolbentrieben zwischen
einem ersten und einem letzten Kurbeltrieb eine größere
Förderleistung erreicht werden, ohne dass dadurch unerwünschte
Geräusche entstehen.
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Bei
dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel
sind die drei Kolben 2, 12 und 22 in
die gleiche Richtung ausgerichtet, so dass ein kompakter Aufbau
und eine Anordnung der dritten Kolben in einem gemeinsamen Zylinderblock
möglich ist. Es sei jedoch angemerkt, dass grundsätzlich
auch eine Anordnung der Kolben zu unterschiedlichen Seiten der Kurbeltriebe
möglich ist. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel
dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die
dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004045817
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