DE102007043313A1

DE102007043313A1 - Membrankompressor

Info

Publication number: DE102007043313A1
Application number: DE102007043313A
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Krauss
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-03-19

Abstract

Durch ein Druckmedium angetriebener Kompressor zur Befüllung und Versorgung eines Drucksystems für den Antrieb von hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsgeräten, wobei der Kompressor als Membranpumpe ausgebildet ist und die Membran einen Kolbenverdichter antreibt, der abtriebsseitig als Druckerzeuger für das Drucksystem angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor zur Befüllung und Versorgung eines Drucksystems für den Antrieb von hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsgeräten, wobei der Kompressor durch ein Druckmedium angetrieben wird und mindestens ein antriebseitiges Ventil aufweist, das das antriebsseitig vorliegende Druckmedium alternierend in antriebsseitige Arbeitskammern des Kompressors und auf dort befindliche Arbeitsflächen leitet. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Luftversorgungsanlage für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor sowie eine Luftfederung in einem motorisierten Fahrzeug.
Für die Versorgung von Luftfedern in Fahrzeugen werden bisher größtenteils elektrisch angetriebene Kompressoren verwendet. Auch bei Betrachtung von Kleinkompressoren ist deren Herstellung ist relativ teuer, das Gewicht recht groß und die Teile haben einen großen Platzbedarf, so dass die Unterbringung z. B. in Pkw oder Motorrädern Probleme bereitet. Außerdem ist die Lärmentwicklung dieser Kompressoren unbefriedigend. Zudem ist der Strombedarf solcher Kompressoren hoch, was bei der Vielzahl der Verbraucher in einem Fahrzeug nachteilig sein kann.
Außerdem gibt es Luftversorgungsanlagen für Fahrzeuge, die die Energie der Federbewegungen im Fahrzeug nutzen, um einen Verdichter anzutreiben. In der Regel arbeiten diese Verdichter allerdings mit einem flüssigen und damit inkompressiblen Medium. Inkompressible Medien erleichtern die Verdichtungsarbeit durch die Fahrzeugbewegungen wesentlich, da die Federwege zum Erreichen hoher Druckstufen sehr klein sein können. Es gibt natürlich auch Systeme, die die Energie der Federbewegungen im Fahrzeug direkt zur Verdichtung der Luft als kompressibles Medium nutzen, oft jedoch mit langen Pumpzeiten und Federwegen. Alle Systeme haben den Nachteil, dass sie erst fördern, wenn das Fahrwerk in Bewegung ist – also das Fahrzeug bereits fährt. Der größte Druckbedarf/Luftbedarf ist allerdings im Stand da, wenn sich die Beladung erhöht. Dies kann mit zusätzlichen Bauteilen gelöst werden, wie Speicher oder elektrische Regelungen, was aber hohe Kosten verursacht und den Einbau solcher Systeme in untere, preisgünstige Fahrzeugklassen verhindert. Außerdem sind die sich ständig ändernden Federwege und die Abhängigkeit von Straßenbeschaffenheit und Fahrweise als Antrieb für den Verdichter nicht optimal geeignet.
Neben den elektrisch angetriebenen Kompressoren und den Verdichtern, die durch Fahrzeugbewegungen angetrieben werden, offenbart die US 4,812,109 einen Kolbenkompressor bzw. Druckverstärker, der durch ein Fluid, also z. B. durch Öl, Wasser oder Luft angetrieben wird. Der hier gezeigte Kompressor ist auch für langsamen Betrieb ohne plötzliche Hemmung oder umschlagende Betriebsarten geeignet. Er weist zwar eine sehr kompakte Bauweise innerhalb eines zylindrischen Gehäuses auf, besteht aber aus einer großen Anzahl zusammenwirkender Einzelventile und Bauteile, die mit hoher Toleranz gefertigt und montiert werden müssen, um überhaupt eine hinreichende Betriebssicherheit bei einem angemessenen Wirkungsgrad zu erreichen.
Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, einen Verdichter bereitzustellen, der die Luftversorgung insbesondere in Fahrzeugen mit kostengünstigen, einfachen, leichten und kleinen Bauteilen ermöglicht, der keinen oder nur geringen Strombedarf aufweist, der auch bei Laständerungen im Stand des Fahrzeuges bestmöglich arbeitsfähig bleibt und der ein ausreichend hohes Druckniveaus erreicht, etwa zur Versorgung von möglichst kleinen und demzufolge mit hohe Drücken arbeitenden Luftfedern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Dabei ist die antriebsseitige Arbeitsfläche des Kompressors als Membran einer Membranpumpe ausgebildet, wobei die Membran einen Kolbenverdichter antreibt, der abtriebsseitig als Druckerzeuger für das Drucksystem angeordnet ist. Durch eine solche Ausbildung lässt sich allein mit Hilfe eines Antriebs durch ein relativ niedriges Druckmedium ein abtriebsseitig hohes Druckniveau problemlos erreichen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Kolben des Kolbenverdichters mit der Membran der Membranpumpe eine Einheit bildet. Damit erreicht man eine kompakte Baugröße und ein Kombination von Funktionen in einem Bauteil.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Membran der Membranpumpe beidseitig mit dem antriebsseitigen Druckmedium beaufschlagbar ist. Dabei wird vorteilhafterweise ein mit Differenzdruck verfügbares Medium mittels einer einfachen Steuereinheit wechselseitig in die beiden Kammern ober- und unterhalb der Membran geleitet. Die Steuerung kann dabei in Abhängigkeit vom tatsächlichen Kolbenhub erfolgen, so dass der Anschlag des Kolbens an einer Seite einen Umschaltvorgang zum Fördern in die andere Richtung eingeleitet wird. Eine andere vorteilhafte, weil einfache Möglichkeit ist ein zeitgetaktetes Umschalten.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Kolbenverdichter als zweistufiger Verdichter ausgebildet ist, wobei der Kolben des Kolbenverdichters beidseitig zur Verdichtung auf Arbeitsräume einwirkt, die durch innerhalb des Kolbens befindliche Kanäle miteinander verbindbar sind. Dadurch erreicht man ein weiter erhöhtes Druckniveau auf der Abtriebsseite mit relativ einfachen Bauteilen.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Membran und der Kolben in einem Gehäuse aufgenommen sind, welches die Arbeitsräume des Kolbens und die Arbeitskammern der Membran umfasst und begrenzt. Ein solches Gehäuse ist einfach und in wenigen Arbeitsgängen durch Umformprozesse herstellbar. In einfachster Form ist dabei das Gehäuse im Wesentlichen diskusförmig ausgebildet und weist auf seiner Ober- und Unterseite jeweils Dome zur Bereitstellung der Arbeitsräume auf.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das antriebseitige Ventil als elektrisch betätigbares Ventil ausgebildet ist, welches über eine elektronische Steuerung umschaltbar und somit leicht in eine elektronische Steuerung eines Fahrzeuges zu integrieren ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das antriebseitige Ventil als druckgesteuertes Ventil ausgebildet und abhängig von den Druckverhältnissen in den Arbeitskammern umschaltbar ist. Damit kann gänzlich auf elektrische Betätigung des Kompressors verzichtet werden.
In einer besonders vorteilhaften Weise ist eine Luftversorgungsanlage in einem Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kompressor versehen, wobei zur Breitstellung des antriebseitigen Druckmediums der Kompressor entweder an den Ansaugunterdruck eines Verbrennungsmotors, an dessen Abgasdruck, an den Kühlwasserdruck eines Verbrennungsmotors oder an den Druck einer Ölversorgungsanlage eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
Bei der aktiv gesteuerten Variante kommen also neben Abgasüberdruck und Ansaugunterdruck auch andere Medien als Antriebsmedium in frage, die relativ konstante Druckniveaus haben, z. B. das Kühlwasser oder das Hydrauliköl (Servopumpe). Ggf. könnte sogar der Benzin- oder Dieseldruck als Antrieb genutzt werden, mit dem Vorteil, dass der Betrieb auch bei stehendem Motor möglich wäre, da eine Benzinpumpe auch ohne laufenden Motor betrieben werden kann. Der Betrieb mit Kühlwasser oder Benzin/Diesel hätte zudem den Vorteil, dass der Kompressor eine konstante Betriebstemperatur erreichen und halten würde und damit eine durch Überhitzung eingeschränkte Verfügbarkeit ausgeschlossen wäre. Der Kompressor wäre somit wassergekühlt bzw. benzingekühlt.
Der mit einer Membranpumpe versehen Kompressor kann im Hinblick auf seinen Betrieb oder seine Steuerung mit allen anderen Anlagenteilen einer Luftfederanlage, wie etwa Speicher, elektrische Regelungen, in Federbeinen integrierte Ablassschaltungen etc., kombiniert werden. Weiterhin ist aber auch die Integration des Kompressors in Luftfedern oder Gasfederdämpfern als solchen oder auch der Betrieb mit durch das Fahrwerk verursachten Luftdruckschwankungen möglich. Ebenso sind die Integration innerhalb einer Luftfeder oder eines Luftfederdämpfer und der Betrieb mit einem Fremdmedium wie z. B. Kühlwasser oder Benzin denkbar. Hier sind allerdings noch entsprechende Überlegungen zur Klärung der Sicherheitsfragen erforderlich.
Ein Anflanschen an z. B. Wasser- oder Benzinpumpe und das Gestalten einer Druckversorgungseinheit für durch Kraftstoffdruck komprimierte Druckluft wäre somit denkbar.
Mehrere solcher Membrankompressoren könnten zu Versorgungseinheiten verbunden werden, wobei ausgehend von einem Primärantrieb alle möglichen Druckmedien im Fahrzeug abgeleitet werden könnten, also z. B. Kraftstoff, Druckluft und Kühlkompressormedium etc.
In besonders vorteilhafter Weise kann der erfindungsgemäße Kompressor bzw. die entsprechend ausgebildete Luftversorgungsanlage in der Luftfederung eines motorisierten Fahrzeuges, hier insbesondere eines Zweirades eingesetzt werden, da hier geringstes Gewicht, minimaler Raumbedarf für die Unterbringung (Package) und geringer Strombedarf eine wesentliche Rolle spielen..
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
1 einen erfindungsgemäßen zweistufigen Doppelkolben-Membrankompressor mit Kühlwasserantrieb
2 einen erfindungsgemäßen zweistufigen Doppelkolben-Membrankompressor mit Kühlwasserantrieb, bei dem das antriebseitige Ventil als druckgesteuertes Ventil ausgebildet ist
Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen zweistufigen Doppelkolben-Membrankompressor 1, der zur Befüllung und Versorgung eines hier nicht näher dargestellten Drucksystems für den Antrieb einer Luftversorgungsanlage eines Zweirades dient. Der Kompressor 1 wird hier durch das unter Druck stehende Kühlwasser angetrieben welches durch die Leitungen 2 und 3 mit dem Kompressor verbunden ist. Der Kompressor weist ein antriebseitiges, d. h. zur druckführenden Kühlwasserzuführung gelegenes 4/2 Wegeventil 4 auf, das das antriebsseitig vorliegende Druckmedium, nämlich das unter Druck stehende Kühlwasser alternierend in die antriebsseitigen Arbeitskammern 5 und 6 des als Membranpumpe 7 ausgebildeten Kompressors 1 und auf die dort befindliche antriebsseitige Arbeitsfläche der Membran 8 leitet.
Die Membran 8 treibt einen Kolbenverdichter an, der abtriebsseitig als Druckerzeuger für die Luftversorgungsanlage angeordnet ist. Der Kolben 9 des Kolbenverdichters bildet dabei mit der Membran 8 der Membranpumpe eine konstruktive Einheit.
In der hier dargestellten Ausbildung ist die Membran 8 der Membranpumpe 7 beidseitig mit dem antriebsseitigen Druckmedium, d. h. mit unter druck stehendem Kühlwasser beaufschlagbar. Das Kühlwasser wird über das 4/2 Wegeventil 4, welches mittels einer einfachen Steuereinheit umgeschaltet werden kann, wechselseitig in die beiden Arbeitskammern ober- und unterhalb der Membran 8 geleitet. Die Steuerung erfolgt dabei in Abhängigkeit vom Kolbenhub so, dass durch den Anschlag des Kolbens 9 an einer Seite einen Umschaltvorgang zum Fördern in die andere Richtung eingeleitet wird.
Der Kolbenverdichter ist hier als zweistufiger Verdichter ausgebildet, wobei der Kolben 9 des Kolbenverdichters beidseitig zur Verdichtung auf so genannten abtriebsseitigen Arbeitsräume 10 und 11 einwirkt, die durch den innerhalb des Kolbens befindlichen Kanal 12 so miteinander verbindbar sind, dass über die Leitung 13 Luft aus der Atmosphäre eingesaugt und über die Leitung 14 Druckluft in den hier nicht näher dargestellten Speicher der Luftversorgungsanlage gepumpt werden kann. Dazu befindet sich im Kanal 12 eine hier nicht näher dargestellte Anordnung von für solche doppelt wirkende Kolben üblichen Drosselrückschlagventilen.
Die Membran 8 und der Kolben 9 sind in einem Metallgehäuse 15 aufgenommen, welches die Arbeitsräume des Kolbens und die Arbeitskammern der Membran umfasst und begrenzt. Das Gehäuse 15 ist im Wesentlichen diskusförmig ausgebildet und weist auf seiner Ober- und Unterseite jeweils Dome zur Bereitstellung der Arbeitsräume 10 und 11 für den Kolben 9 auf.
2 zeigt eine weitere Ausbildung des Kompressors, die sich in der Weise von der in der 1 gezeigten Ausführung unterscheidet, dass das antriebseitige Ventil 4/2 Wegeventil als druckgesteuertes Ventil 16 ausgebildet ist und abhängig von den Druckverhältnissen in den Arbeitskammern umschaltbar ist.
In der gezeigten Stellung ist noch die Arbeitskammer 6 von dem unter Hochdruck zugeführten Kühlwasser beaufschlagt und das Ventil 16 in die gezeigte Position geschoben/geschaltet, bei der der Hochdruckzulauf über die Leitung 2 bereits mit der Arbeitskammer 5 und die Arbeitskammer 6 mit der Ablassleitung 3 verbunden ist. Sobald in der Arbeitskammer ein genügender Druck erreicht und die Membran 8 und damit der Kolben 9 entsprechend nach unten gedrückt sind, schaltet das Ventil 16 um, d. h. der Ventilschieber 17 fährt druckgesteuert in die untere Position und verbindet die Arbeitskammer 6 wieder mit der Hochdruckseite des Kühlwassers, d. h. mit der Leitung 2.
Damit kann gänzlich auf elektrische Betätigung des Ventils verzichtet werden.

1: Membrankompressor
2: Leitung (Druckzufuhr Kühlwasser)
3: Leitung (Druckabfuhr Kühlwasser)
4: 4/2-Wegeventil
5: Antriebsseitige Arbeitskammer
6: Antriebsseitige Arbeitskammer
7: Membranpumpe
8: Membran
9: Kolben
10: Abtriebsseitiger Arbeitsraum (Kolben)
11: Abtriebsseitiger Arbeitsraum (Kolben)
12: Kanal
13: Ansaugleitung
14: Druckleitung
15: Gehäuse
16: Druckgesteuertes 4/2-Wegeventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4812109 [0004]

Claims

Kompressor zur Befüllung und Versorgung eines Drucksystems für den Antrieb von hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsgeräten, wobei der Kompressor (1) durch ein Druckmedium angetrieben wird und mindestens ein antriebseitiges Ventil (4, 16) aufweist, das das antriebsseitig vorliegende Druckmedium alternierend in antriebsseitige Arbeitskammern (5, 6) des Kompressors und auf dort befindliche Arbeitsflächen leitet, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsseitige Arbeitsfläche des Kompressors (1) als Membran (8) einer Membranpumpe (7) ausgebildet ist, wobei die Membran (8) einen Kolbenverdichter antreibt, der antriebsseitig als Druckerzeuger für das Drucksystem angeordnet ist.
Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (9) des Kolbenverdichters mit der Membran (8) der Membranpumpe eine Einheit bildet.
Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) der Membranpumpe beidseitig mit dem antriebsseitigen Druckmedium beaufschlagbar ist.
Kompressor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenverdichter als zweistufiger Verdichter ausgebildet ist, wobei der Kolben (9) des Kolbenverdichters beidseitig zur Verdichtung auf Arbeitsräume (10, 11) einwirkt, die durch innerhalb des Kolbens (9) befindliche Kanäle (12) miteinander verbindbar sind.
Kompressor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) und der Kolben (9) in einem Gehäuse (15) aufgenommen sind, welches die Arbeitsräume des Kolbens und die Arbeitskammern der Membran umfasst und begrenzt.
Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) im Wesentlichen diskusförmig ausgebildet ist und auf seiner Ober- und Unterseite jeweils Dome zur Bereitstellung der Arbeitsräume (10, 11) aufweist.
Kompressor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das antriebseitige Ventil (4) als elektrisch betätigbares Ventil ausgebildet ist, welches über eine elektronische Steuerung umschaltbar ist.
Kompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das antriebseitige Ventil (4) über eine Zeittaktung umschaltbar ist.
Kompressor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das antriebseitige Ventil als druckgesteuertes Ventil (16) ausgebildet und abhängig von den Druckverhältnissen in den Arbeitskammern (5, 6) umschaltbar ist.
Luftversorgungsanlage in einem Fahrzeug mit einem Kompressor nach Anspruch 1 bis 9, wobei zur Breitstellung des antriebseitigen Druckmediums der Kompressor an den Ansaugunterdruck eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
Luftversorgungsanlage in einem Fahrzeug mit einem Kompressor nach Anspruch 1 bis 9, wobei zur Breitstellung des antriebseitigen Druckmediums der Kompressor an den Abgasdruck eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
Luftversorgungsanlage in einem Fahrzeug mit einem Kompressor nach Anspruch 1 bis 9, wobei zur Breitstellung des antriebseitigen Druckmediums der Kompressor an den Kühlwasserdruck eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
Luftversorgungsanlage in einem Fahrzeug mit einem Kompressor nach Anspruch 1 bis 9, wobei zur Breitstellung des antriebseitigen Druckmediums der Kompressor an die druckführende Treibstoffversorgung eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
Luftversorgungsanlage in einem Fahrzeug mit einem Kompressor nach Anspruch 1 bis 9, wobei zur Breitstellung des antriebseitigen Druckmediums der Kompressor an den Druck einer Ölversorgungsanlage eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
Luftfederung in einem motorisierten Fahrzeug mit einer Luftversorgungsanlage nach Anspruch 10 bis 14.