DE102008018467B4

DE102008018467B4 - Ventilplatte für einen Kompressor und Verfahren zur Kühlung komprimierter Luft in einer Ventilplatte eines Kompressors

Info

Publication number: DE102008018467B4
Application number: DE102008018467.5A
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Mezza; Yvan Baptiste
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2021-11-11
Anticipated expiration: 2028-04-12
Also published as: US20110070101A1; JP2011516782A; BRPI0909010B1; WO2009124659A3; EP2276929B1; WO2009124659A2; CN101952591B; DE102008018467A1; JP5679962B2; EP2276929A2; US8337177B2; CN101952591A; BRPI0909010A2

Abstract

Ventilplatte (10) mit einem Kühlmittelkanal (20) für einen Kompressor (14) zur Drucklufterzeugung, wobei der Kühlmittelkanal (20) von einem Kolbenraum (40) des Kompressors (14) aus gesehen zumindest teilweise zwischen dem Kolbenraum (40) und einem in der Ventilplatte (10) angeordneten Luftauslassventil (22, 24) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (20) weiterhin zumindest teilweise mäanderförmig in einem Boden (28) der Ventilplatte (10) verläuft, und dass ein Abschnitt einer Luftführung (12) mäanderförmig in einem Körper (30) der Ventilplatte (10) verläuft, wobei der mäanderförmig verlaufende Abschnitt der Luftführung (12) in der Ebene der Ventilplatte (10) verläuft, und wobei das in dem Kühlmittelkanal (20) vorhandene Kühlmittel die von dem Kompressor (14) erzeugte komprimierte Luft kühlt, wenn komprimierte Luft von dem Kolbenraum (40) durch die Luftführung (12) strömt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilplatte mit einem Kühlmittelkanal für einen Kompressor zur Drucklufterzeugung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kühlung von komprimierter Luft in einer Ventilplatte eines Kompressors, wobei die Ventilplatte einen Kühlmittelkanal umfasst, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4.
Moderne Nutzfahrzeuge, die im Schienen- oder Straßenverkehr eingesetzt werden, werden mit vielen Druckluft verbrauchenden Teilsystemen ausgerüstet. Zu diesen Teilsystemen gehört beispielsweise eine mit Druckluft betriebene Betriebsbremse und eine Luftfederung. Die Versorgung dieser Druckluftverbraucher mit Druckluft wird mit Hilfe einer Druckluftversorgungseinrichtung realisiert, die einen Kompressor umfasst. Umgebungsluft wird von dem Kompressor angesaugt, komprimiert und vor der Verwendung in den Verbrauchern von Fremdbestandteilen, wie Öl und Wasser, in weiteren Bestandteilen der Druckluftversorgungseinrichtung gereinigt.
Bei der Komprimierung der Luft in dem Kompressor wird die Luft stark erwärmt. Diese Erwärmung wächst mit steigendem Förderdruck und steigender Umdrehungszahl des Kompressors an. Dies ist hinsichtlich der weiteren Aufbereitung der Druckluft, insbesondere der Lufttrocknung, nachteilig. Üblicherweise wird der Luft die Luftfeuchtigkeit in einer dem Kompressor nachgeschalteten Luftfilterpatrone entzogen. Diese Luftfilterpatrone enthält ein Trocknungsmittel, das nur bis maximal 80 °C der Luft Feuchtigkeit entziehen kann. Daher wird normalerweise eine geringere maximal zulässige Temperatur von 60 °C angegeben, um eine effektive Trocknung zu ermöglichen. Bei der Komprimierung im Kompressor erreicht die komprimierte Luft an der Austrittsöffnung des Kolbenraumes jedoch Temperaturen von bis zu 320 °C. Am Ausgang des Kompressors selbst dürfen es maximal noch 220 °C sein. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Luft zwischen dem Kompressor und der Luftfilterpatrone abkühlen zu müssen. Zu diesem Zweck wird bei dem Stand der Technik eine Druckleitung mit mehreren Metern Länge verwendet, wobei sich die erhitzte Druckluft während des Durchströmens der Druckleitung vom Kompressor zur Luftfilterpatrone ohne weitere Kühlmaßnahmen abkühlen kann. Nachteilig hierbei ist der Druckverlust durch die lange Leitung und der bauliche Aufwand den die Druckleitung selbst verursacht.
Um die lange Druckleitung zwischen Kompressor und Filterpatrone verkürzen zu können, ist es notwendig, die Druckluft durch eine aktive Kühlung zu kühlen. Zu diesem Zweck wird in dem Zylinderkopf des Kompressors oberhalb der Ventilplatte eine so genannte Supercooling-Platte eingefügt, die von einem Kühlmittel durchströmt wird und als Wärmetauscher fungiert. Durch sie ist es möglich, die Austrittstemperatur der Druckluft auf 140 bis 150 °C am Kompressorausgang zu senken und die anschließende Druckleitung um 5 bis 30 % zu verkürzen. Ein Beispiel für eine solche Supercooling-Platte ist in der DE 195 35 079 C2 zu finden.
Nachteilig hierbei ist insbesondere die aufwendige Bauweise die sich durch die Integration der Supercooling-Platte als separates Bauteil in den Zylinderkopf des Kompressors ergibt, da hierdurch zusätzliche Abdichtungen notwendig werden.
Aus der DE 24 10 705 A1 ist bereits eine Ventilplatte mit zwei getrennten, innerhalb der Ventilplatte gerade verlaufenden Kühlmittelkanälen vorbekannt. Ferner ist aus der DE 41 31 886 A1 eine Ventilplatte mit einem Kühlmittelkanal vorbekannt, der von einem Kolbenraum aus gesehen zumindest teilweise vor einem Luftauslassventil angeordnet ist. Der Kühlmittelkanal umfasst insbesondere die vorhandenen Luftauslassöffnungen, so dass sich verschiedene alternative Strömungswege für das Kühlmittel in der Ventilplatte ergeben. Eine hinsichtlich des Strömungsweges des Kühlmittels ähnliche Ventilplatte ist aus der US 2 449 408 A vorbekannt, wobei der Strömungsweg der komprimierten Luft im Wesentlichen senkrecht zur Ventilplatte verläuft. Ferner ist aus der DE 698 26 381 T2 noch eine weitere flüssigkeitsgekühlte Ventilplatte vorbekannt, wobei der Kühlmittelkanal vom Kolbenraum aus gesehen nicht vor dem Luftauslassventil verläuft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilplatte bereitzustellen, die ohne eine Supercooling-Platte eine im Vergleich mit einer Kombination einer herkömmlichen Ventilplatte und einer Supercooling-Platte zumindest gleiche Kühlleistung erbringt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei der gattungsgemäßen Ventilplatte ist vorgesehen, dass der Kühlmittelkanal von einem Kolbenraum des Kompressors aus gesehen zumindest teilweise zwischen dem Kolbenraum und einem in der Ventilplatte angeordneten Luftauslassventil verläuft. Durch diesen Verlauf des Kühlmittelkanals ist die gesamte Ventilplatte gleichmäßig kühlbar, wobei insbesondere im Bereich des Luftauslassventils die Temperatur der Ventilplatte gesenkt werden kann, was konsequenter Weise die erreichbare Kühlleistung erhöht. Die erhitzte Komprimierte Luft wird daher bereits ab dem Erreichen des Luftauslassventils von dem in dem Kühlmittelkanal vorhandenen Kühlmittel gekühlt. Insbesondere wenn die Blickrichtung von dem Kolbenraum senkrecht auf die Ventilplatte zeigt, ist es noch möglich, dass der Kühlmittelkanal zumindest teilweise vor dem Luftauslassventil verläuft.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kühlmittelkanal zumindest teilweise mäanderförmig in einem Boden der Ventilplatte verläuft. Durch den mäanderförmigen Verlauf des Kühlmittelkanals in dem Boden der Ventilplatte wird die Kontaktfläche des Kühlmittelkanals mit der Ventilplatte erhöht, wodurch eine höhere Kühlleistung bereitgestellt werden kann.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Luftführung mäanderförmig in einem Körper der Ventilplatte verläuft. Auch der mäanderförmige Verlauf der Luftführung erhöht die erreichbare Kühlleistung, da die Kontaktoberfläche des zu kühlenden Mediums mit der gekühlten Ventilplatte erhöht wird.
Vorzugsweise ist auch vorgesehen, dass mehrere Luftauslassventile in einem Körper der Ventilplatte angeordnet sind. Die gleichzeitige Verwendung mehrerer Luftauslassventile reduziert Drosselverluste, die durch einen begrenzten Ventilquerschnitt verursacht werden. In diesem Zusammenhang wird auch die Wärmeentwicklung an den Luftauslassventilen reduziert.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Kompressor mit einer erfindungsgemäßen Ventilplatte.
Bei dem gattungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Kühlmittel von einem Kolbenraum eines Kompressors aus gesehen zumindest teilweise zwischen dem Kolbenraum und einem in der Ventilplatte angeordneten Luftauslassventil entlang geleitet wird. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten der erfindungsgemäßen Ventilplatte auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass das Kühlmittel mäanderförmig in einem Boden der Ventilplatte geleitet wird.
Ferner ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass die komprimierte Luft mäanderförmig in einem Körper der Ventilplatte geleitet wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die komprimierte Luft durch mehrere Luftauslassventile in einen Körper der Ventilplatte einströmt.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:

1 eine Außenansicht eines Kompressors mit aufgeschnittenem Kolbengehäuse;
2 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Ventilplatte;
3 eine Draufsicht auf einen Boden einer erfindungsgemäßen Ventilplatte und
4 eine Draufsicht auf einen Körper einer erfindungsgemäßen Ventilplatte.

In den folgenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleich oder gleichartige Teile.
1 zeigt eine Außenansicht eines Kompressors mit aufgeschnittenem Kolbengehäuse. Der dargestellte Kompressor 14 umfasst einen Zylinderkopf 16 und ein Kolbengehäuse 18, wobei zwischen dem Kolbengehäuse 18 und dem Zylinderkopf 16 eine Ventilplatte 10 angeordnet ist. Angetrieben wird der Kompressor über eine Welle 26. Das Kolbengehäuse 18 ist in der Nähe der Ventilplatte 10 aufgeschnitten, so dass ein Kolbenraum 40 sichtbar ist. Im Inneren des Kolbenraumes 40 bewegt sich ein in der Darstellung nicht sichtbarer Kolben auf und nieder.
2 zeigt eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Ventilplatte. Die dargestellte Ventilplatte 10 umfasst von unten nach oben einen Boden 28, einen Körper 30, eine Dichtung 32 und einen Deckel 34. Der Deckel 34 und der Körper 30 werden durch die Dichtung 32 dicht miteinander verbunden, während der Körper 30 und der Boden 28 durch Löten oder Kleben dicht miteinander verbunden werden. Das Anbringen einer Dichtung zwischen dem Boden 28 und dem Körper 30 ist jedoch auch denkbar. In den Boden 28 ist ein Kühlmittelkanal 20 eingelassen, der mäanderförmig innerhalb des Bodens 28 verläuft. Nach oben hin wird der Kühlmittelkanal 20 von dem Körper 30 begrenzt. Weiterhin ist ein Lufteinlassventil 36 im zentralen Bereich des Bodens 28 sichtbar. In dem Körper 30 sind zwei Luftauslassventile 22, 24 angeordnet über die die komprimierte Luft in die Ventilplatte 10 strömt. Der Kühlmittelkanal 20 verdeckt dabei, vom Boden 28 zum Körper 30 aus betrachtet, einen Teil der Luftauslassventile 22, 24. Durch einen Luftauslass 38 in dem Deckel 34 der Ventilplatte 10 kann die komprimierte Luft die Ventilplatte 10 schließlich wieder verlassen.
3 zeigt eine Draufsicht auf einen Boden einer erfindungsgemäßen Ventilplatte. Der dargestellte Boden 28 mit dem mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanal 20 weist mehrere Bohrungen auf, durch die Luft durch den Boden 28 hindurch treten kann. Im zentralen Bereich ist ein Lufteinlass 46 angeordnet, der zu dem hier nicht dargestellten Lufteinlassventil 36 gehört. Weiterhin umströmt der Kühlmittelkanal 20 zwei Kolbenraumluftauslässe 48 die zu den hier nicht dargestellten Luftauslassventilen 22, 24 gehören. Die in dem Kühlmittelkanal 20 eingezeichneten Pfeile stellen eine beispielhafte Strömungsrichtung des Kühlmittels innerhalb des Bodens 28 dar. Die Kolbenraumluftauslässe 48 bilden zusammen mit hier nicht dargestellten Membranen die Luftauslassventile 22, 24, wobei die Membranen wie aus 2 ersichtlich von dem Kolbenraum 40 aus gesehen teilweise von dem Kühlmittelkanal 20 verdeckt werden. Dies gilt insbesondere auch, wenn die Blickrichtung senkrecht zur Ebene der Ventilplatte liegt.
4 zeigt eine Draufsicht auf einen Körper einer erfindungsgemäßen Ventilplatte. Der dargestellte Körper 30 weist eine Luftführung 12 auf, in der die durch die Kolbenraumluftauslässe 48 einströmende Luft zu einem Luftauslass 38 geführt wird. Die Kolbenraumluftauslässe 48 sind, genau wie der Lufteinlass 46, Bohrungen durch den Körper 30. Der Luftauslass 38 hingegen ist keine Bohrung in dem Körper 30 sondern als Bohrung in dem hier nicht dargestellten Deckel 34 der Ventilplatte vorhanden. Die Luftführung 12 dient der Führung der komprimierten Luft von den Kolbenraumluftauslässen 48 zu dem Luftauslass 38. Weiterhin sind in dem Körper 30 ein Kühlmitteleinlass 42 und ein Kühlmittelauslass 44 eingezeichnet, über den das Kühlmittel durch den in 3 dargestellten Kühlmittelkanal 20 zirkulieren kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Ventilplatte
12: Luftführung
14: Kompressor
16: Zylinderkopf
18: Kolbengehäuse
20: Kühlmittelkanal
22: Luftauslassventil
24: Luftauslassventil
26: Welle
28: Boden
30: Körper
32: Dichtung
34: Deckel
36: Lufteinlassventil
38: Luftauslass
40: Kolbenraum
42: Kühlmitteleinlass
44: Kühlmittelauslass
46: Lufteinlass
48: Kolbenraumluftauslass

Claims

Ventilplatte (10) mit einem Kühlmittelkanal (20) für einen Kompressor (14) zur Drucklufterzeugung, wobei der Kühlmittelkanal (20) von einem Kolbenraum (40) des Kompressors (14) aus gesehen zumindest teilweise zwischen dem Kolbenraum (40) und einem in der Ventilplatte (10) angeordneten Luftauslassventil (22, 24) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (20) weiterhin zumindest teilweise mäanderförmig in einem Boden (28) der Ventilplatte (10) verläuft, und dass ein Abschnitt einer Luftführung (12) mäanderförmig in einem Körper (30) der Ventilplatte (10) verläuft, wobei der mäanderförmig verlaufende Abschnitt der Luftführung (12) in der Ebene der Ventilplatte (10) verläuft, und wobei das in dem Kühlmittelkanal (20) vorhandene Kühlmittel die von dem Kompressor (14) erzeugte komprimierte Luft kühlt, wenn komprimierte Luft von dem Kolbenraum (40) durch die Luftführung (12) strömt.
Ventilplatte (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Luftauslassventile (22, 24) in einem Körper (30) der Ventilplatte (10) angeordnet sind.
Kompressor (14) mit einer Ventilplatte (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
Verfahren zur Kühlung von komprimierter Luft in einer Ventilplatte (10) eines Kompressors (14), wobei die Ventilplatte (10) einen Kühlmittelkanal (20) umfasst, wobei das Kühlmittel von einem Kolbenraum (40) eines Kompressors (14) aus gesehen zumindest teilweise zwischen dem Kolbenraum (40) und einem in der Ventilplatte (10) angeordneten Luftauslassventil (22, 24) entlang geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel weiterhin mäanderförmig in einem Boden (28) der Ventilplatte (10) geleitet wird, dass die komprimierte Luft in einem Abschnitt einer Luftführung (12) mäanderförmig in einem Körper (30) der Ventilplatte (10) geleitet wird, wobei der mäanderförmig verlaufende Abschnitt der Luftführung (12) in der Ebene der Ventilplatte (10) verläuft, und wobei das in dem Kühlmittelkanal (20) vorhandene Kühlmittel die von dem Kompressor (14) erzeugte komprimierte Luft kühlt, wenn komprimierte Luft von dem Kolbenraum (40) durch die Luftführung (12) strömt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die komprimierte Luft durch mehrere Luftauslassventile (22, 24) in einen Körper (30) der Ventilplatte (10) einströmt.