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Die
Erfindung betrifft einen Kompressor zum Verdichten eines Gases,
insbesondere Luft. Sie betrifft sowohl Kompressoren für Fahrzeuge,
als auch stationäre
Kompressoren.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere ein Lamellenventil, das Bestandteil
eines Kompressors ist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Lamellenventil,
bestehend aus Ventilsitzplatte, Drucklamellen, Sauglamellen und
Hubbegrenzer für
Sauglamellen, die Bestandteile eines Kompressors sind.
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Ein
Kompressor der in der Rede stehenden Art umfasst einen Zylinderkopf,
ein Lamellenventil, ein Kurbelgehäuse, welches in Monoblockbauwese gleichzeitig
auch die zylindrischen Verdichtungsräume enthält. Zwischen Zylinderkopf und
Kurbelgehäuse
ist das oben genannte Lamellenventil angeordnet. An der Unterseite,
dem Verdichtungsraum zugewandt, befindet sich die Sauglamelle, die
aufgrund der wechselnden Druckdifferenzen zwischen Ober- und Unterseite
der Lamelle in axialer Richtung Schwingungen ausführt. Um
eine Überbeanspruchung
der Sauglamelle zu vermeiden, benötigt die Sauglamelle einen
sogenannten Hubbegrenzer. Hubbegrenzer für Sauglamellen sind Aussparungen im
zylindrischen Teil des Kurbelgehäuses,
auf die die „Ohren” der Sauglamelle
aufschlagen. Auf
EP
1 429 060 B1 wird verwiesen.
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JP 2005-291021 A offenbart
einen Luftpresser, umfassend einen Zylinder, einen Kolben, der im Zylinder
hin und her läuft,
einen Ventilsitzkörper
3 sowie
eine Lamelle
5. Die Lamelle weist einen ohrenförmigen Vorsprung
auf, der während
des Betriebes des Luftpressers auf eine obere Begrenzungsfläche des Zylinders
aufschlägt.
Die Hubbegrenzungsfläche
ist aus einem Austauschkörper
gebildet, der sich in den Zylinder einsetzen lässt.
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Der
Zylinder ist im Allgemeinen mit einer Zylinderbuchse ausgekleidet,
deren innere Wandfläche den
Kolben führt.
Die Zylinderbuchse kann aus jeglichem Material bestehen, das verschleißfest ist.
Auch kann der Zylinder insgesamt aus einem harten, verschleißarmen Material
bestehen.
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Die
Lamelle führt
beim Betrieb des Kompressors eine Schwingbewegung in axialer Richtung
aus, entsprechend der Frequenz der Kolbenbewegung. Dabei wird sie
durch die vom Kolben ausgeübte Druckwirkung
beziehungsweise Saugwirkung vom Ventilsitz abgehoben beziehungsweise
an diesen angesaugt.
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Die
Lamelle ist im Allgemeinen ringförmig. Dem
Ring sind Ausbuchtungen angeformt, die ohrenförmig sind. Geht der Kolben
des Kompressors nach unten, so gibt zum Beispiel die Sauglamelle
eine entsprechende Bohrung in der Ventilsitzplatte frei. Dabei schlägt das genannte
Ohr der Lamelle auf einen sogenannten Hubfänger auf. Dieses Aufschlagen
führt zu
einer erheblichen Beanspruchung der Lamelle, und insbesondere des
Ohres. Die Beanspruchung führt
irgendwann zum Bruch. Sie muss sodann gegen eine neue Lamelle ausgetauscht
werden, was Kosten verursacht, nicht zuletzt durch die Stillstandszeit.
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Bisher
bestehen die Hubbegrenzer aus dem gleichen Material wie das Kurbelgehäuse. Das
ist in der Regel Grauguss. In der Praxis kommt es häufig vor,
dass die Sauglamellen an den aufschlagenden „Ohren”, 5, Pos. 51, 61 und 62 zerstört werden. Eine
der häufigsten
Ursachen besteht darin, dass sich die Sauglamellen durch unterschiedliche
Strömungsverteilung
der Luftströmung
durch die Saugbohrungen, 4, Pos. 16, 17, 22 und 24,
räumlich so
verformen können,
dass nur spezielle Teile der Aufschlagenden der Sauglamellen „Ohren” und nicht die
gesamte Fläche
der Aufschlagenden auf die Hubbegrenzerfläche aufschlagen. Die Strömungsverteilung
durch die Saugbohrung und damit die räumliche Verbiegung der Sauglamellen
hängt wiederum
von der Zylinderkopfgestaltung und den äußeren Ansaugbedingungen ab,
die je nach Sauganlage des Fahrzeuges variieren können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der eingangs
genannten Art derart zu gestallten, dass die Beanspruchung der Lamelle, insbesondere
im Bereich des Ohres verringert wird, und dass somit die Lebensdauer
verlängert
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Die
Erfinder haben Folgendes erkannt: Im Laufe des Betriebes führt das
Anschlagen der Lamelle am Sitz zu einer Veränderung der miteinander zusammenarbeitenden
Anschlagflächen.
Kommt es im Laufe der Zeit zu einem Verschleiß der Anschlagfläche des
Sitzes, so liegen die beiden miteinander zusammenarbeitenden Anschlagflächen von
Lamelle und Sitz nicht mehr in einer Ebene. Dann kommt es zu einem
Verformen oder Verbiegen der Lamelle, und schließlich zu deren Bruch.
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Die
Erfinder haben weiterhin erkannt, dass es auf ein genaues Übereinstimmen
der Anschlagfläche
des Sitzes und der Anschlagfläche
des Ohres ankommt. Eine solche Übereinstimmung
ist häufig nicht
gegeben.
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Die
erfindungsgemäße Lösung enthält die folgenden
Merkmale:
- – Der
Mantel des Zylinders wird im Bereich der Anschlagfläche des
Ohres mit einer Aussparung versehen.
- – In
die Aussparung wird ein Formkörper
aus einem relativ leicht verformbaren Material eingesetzt, und der
Kompressor zusammengebaut.
- – Der
Kompressor wird für
eine begrenzte Zeitspanne laufen gelassen, wobei am leicht verformbaren
Formkörper
eine Anschlagfläche
entsteht, die den individuellen Gegebenheiten entspricht; hierzu
gehören
beispielsweise Steifigkeit, Einbauniveau, Neigung der Lamelle.
- – Anschließend wird
der Kompressor stillgesetzt, und der leicht verformbare Körper aus
der Aussparung im Mantel des Zylinders entnommen.
- – Sodann
wird mit Hilfe des Formkörpers
ein Austauschkörper
hergestellt, der ebenfalls in die Aussparung im Zylindermantel einsetzbar
ist, der aus einem harten Werkstoff besteht, und der eine Anschlagfläche aufweist,
die identisch mit der während
des kurzen Laufes erzeugten Anschlagfläche des Formkörpers ist.
- – Der
Austauschkörper
kann aus demselben Material wie der Zylinder selbst bestehen, beispielsweise
aus Grauguss. Er kann aber auch aus jeglichem anderen Material bestehen,
das härter
als das Material des Formkörpers
ist und gute Verschleißeigenschaften
hat.
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Die
erfindungsgemäßen Überlegungen
lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- 1. Schaffung
einer Möglichkeit
zur Ermittlung der optimalen Aufschlaggeometrie durch ein austauschbares
Hubbegrenzerteilstück,
welches aus einem leicht verformbaren Material hergestellt wird
und in den zylindrischen Teil des Kurbelgehäuses eingesetzt werden kann
und somit schnell und kostengünstig
die ideale Aufschlaggeometrie ermittelt wird, die für die Sauglamelle
die günstigste
und schonendste Stoßbelastung
darstellt. Dazu setzt man zunächst
ein austauschbares Teilstück
des Hubbegrenzers in das Kurbelgehäuse ein, lässt den Kompressor nur eine
kurze Zeit laufen, erzeugt die optimale Aufschlaggeometrie und stellt
danach aus verschleißbarem
Material den original Hubbegrenzer her und setzt dieses Teilstück für den Dauerbetrieb
in das Kurbelgehäuse
des Kompressors ein.
- 2. Herstellung des austauschbaren Hubbegrenzers aus einem Material,
das zwar verschleißfrei ist,
aber dämpfende
Eigenschaften besitzt. Es besteht nämlich eine weitere Ursache
der Zerstörung
der Sauglamellen darin, dass bei bestimmten Überdrehzahlen des Antriebsmotors
und damit des Kompressors, die Aufschlaggeschwindigkeit der Sauglamelle
so groß wird,
dass die Stoßbelastung
trotz optimaler Aufschlaggeometrie so groß wird, dass ebenfalls eine
Zerstörung
der Sauglamelle erfolgt. Dieses Problem wird durch den zweiten Teil
der Erfindung gelöst,
indem der austauschbare Hubbegrenzer aus einem Material hergestellt
wird, welches dämpfende
und verschleißfeste
Eigenschaften hat. Diese Möglichkeit eröffnet sich
nur durch diesen austauschbaren Hubbegrenzer.
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Die
Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen
Folgendes dargestellt:
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1 zeigt
schematisch die hier entscheidenden Bauteile eines Kompressors.
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2 zeigt
zwei Zylinder von zwei nebeneinander angeordneten Kompressoren mit
Aussparungen in den Stirnseiten des Zylinders.
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3 zeigt
die beiden Zylinder mit einsetzbaren Austauschkörpern.
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4 zeigt
eine Ventilsitzplatte, die mit den beiden Zylindern zu montieren
ist.
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5 zeigt
jeweils einen Lamellenkörper
für die
beiden Zylinder.
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6 zeigt
die Lamellenkörper
am Ventilsitzkörper
montiert.
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7 zeigt
die beiden Zylinder mit den zugehörenden Lamellenkörpern.
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1 zeigt
einen Kompressor. Dieser umfasst einen Zylinder 1 sowie
einen Kolben 2. Der Kolben 2 bewegt sich im Betrieb
des Kompressors in Pfeilrichtung auf und ab. Er ist mit Kolbenringen 2.1 versehen.
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Der
Zylinder 1 trägt
an seinem oberen Ende eine Ventilsitzplatte 3. Diese weist
eine Saugbohrung 3.1 auf.
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Zwischen
der oberen Stirnfläche
des Zylinders 1 und der Ventilsitzplatte 3 ist
ein Dichtring 4 eingespannt.
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Eine
Lamelle 5 ist radial innerhalb des Dichtringes 4 vorgesehen.
Die Lamelle 5 ist ebenfalls zwischen der oberen Stirnfläche des
Zylinders 1 und der Ventilsitzplatte 3 eingespannt,
jedoch nur auf einem Teil des Zylinderumfanges. Der größere Teil
der Lamelle 5, zumindest jener Bereich, der der Saubohrung 3.1 gegenüberliegt,
kann eine schwingende Auf- und Ab-Bewegung ausführen, so dass er die Saugbohrung 3.1 absperren
beziehungsweise freigeben kann. Dabei kann der abdeckende Bereich
die Gestalt einer Zunge aufweisen, die gerade so groß ist, dass
ein vollständiges
Absperren der Saugbohrung 3.1 erfolgen kann. Die Lamelle 5 besteht
im vorliegenden Falle aus einem Federblech.
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Wichtigstes
Bauteil ist ein Austauschkörper 6.
Der Austauschkörper 6 ist
in das stirnseitige Ende des Zylinders 1 eingelegt. Er
ist derart gestaltet und angeordnet, dass es dem in der Figur linken,
freien Ende der Lamelle 5 als Anschlag dienen kann. Die Lamelle 5 schlägt während des
Betriebes abwechselnd gegen den Austauschkörper 6 und gegen die untere
Fläche
der Absperrplatte 3 an. Der Austauschkörper ist auf besondere Weise
hergestellt. Dies wird noch im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 beschrieben.
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Zylinder 1 und/oder
Führungsbuchse
können aus
Grauguss bestehen.
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Die 2 bis 7 betreffen
eine Ausführungsform,
die zwei Kolbenverdichter aufweisen, die miteinander zusammenarbeiten,
und die zwei Verdichterstufen realisieren.
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Beide
Zylinder 10, 20 weisen im stirnseitigen Bereich
Aussparungen 10.1, 20.1 und 20.2 auf.
Diese Aussparungen dienen der Aufnahme von hier nicht dargestellten
Formkörpern
aus relativ weichem, verformbarem Material. Die Formkörper sind
hier nicht dargestellt. Hierauf wird weiter unten noch eingegangen
werden.
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3 zeigt
wiederum die beiden Zylinder 10, 20. In diese
sind nunmehr Austauschkörper 11, 12, 13 eingesetzt.
Diese bestehen aus einem härteren Material.
Die Austauschkörper 11, 12, 13 sind
mit Taschen 11.1, 12.1, 13.1 versehen.
Diese dienen zur Aufnahme von Ohren von Lamellen. Auch hierauf wird
später
noch eingegangen werden.
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Der
in 4 gezeigte Ventilsitzkörper 3 ist den beiden
Zylindern 10, 20 zugeordnet. Erweist Druckbohrungen 14, 15 sowie
Saugbohrungen 16, 17 für Zylinder 10 auf,
ferner Druckbohrungen 30, 31, 32, 33 und
Saubohrungen 22, 23, 24 für Zylinder 20.
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In 5 erkennt
man zwei Lamellen 50, 60. Lamelle 50 wird
dem Zylinder 10 zugeordnet, und Lamelle 60 dem
Zylinder 20.
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Lamelle 50 weist
einen ohrenförmigen
Vorsprung 51 auf, und Lamelle 60 zwei ohrenförmige Vorsprünge 61, 62.
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In 6 erkennt
man wiederum die beiden Lamellen 50, 60, die an
der Ventilsitzplatte 3 montiert sind.
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In 7 erkennt
man wiederum die beiden Zylinder 10, 20 sowie
die beiden Lamellen 50, 60.
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Im
Folgenden soll nochmals der Herstellungsvorgang der Austauschkörper dargestellt
werden:
Zunächst
werden die in 2 gezeigten Aussparungen 10.1, 20.1, 20.2 in
die beiden Zylinder 10, 20 eingearbeitet, beispielsweise
durch Fräsen.
Sie können natürlich auch
bereits beim Gießvorgang
der Zylinderbuchsen erzeugt werden.
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Sodann
werden in die Aussparungen 10.1, 20.1, 20.2 Formkörper aus
einem relativ weichen Material eingelegt. Sodann wird der Kompressor
komplett montiert. Das heißt,
es werden u. a. die beiden Lamellen 50, 60 an
der Ventilsitzplatte 3 montiert, und die Ventilsitzplatte 3 mit
den Zylindern 10, 20 montiert.
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Die
beiden fertigen Kompressoren werden für eine gewisse Zeitspanne laufen
gelassen, beispielsweise einige Stunden. Dabei können eine bis zehn Stunden
ausreichen.
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Beim
Lauf der Kompressoren kommt es zu einem Öffnen und Schließen der
Saugbeziehungsweise Druckbohrungen. Dabei schlagen die Ohren 51, 61, 62 der
Lamellen 50, 60 an den genannten weichen Formkörpern an
und erzeugen Anschlagflächen
bestimmter Lage und Konfiguration.
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Sodann
macht man von den weichen Formkörpern
einen Abguss und erzeugt einen Austauschkörper, der in die Aussparungen 10.1, 20.1, 20.2 gemäß 2 passt,
und der genau die gleichen Anschlagflächen aufweist, wie jene, die
am weichen Formkörper
erzeugt wurden. Die Anschlagflächen des
harten Austauschkörpers
sind nunmehr perfekt gestaltet für
die gegebenen Betriebsbedingungen. In der Praxis hat es sich gezeigt,
dass die Lebensdauer der Lamellen durch die erfindungsgemäße Art des Herstellens
der Austauschkörper
enorm gesteigert werden kann.
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- 1
- Zylinder
- 2
- Kolben
- 2.1
- Kolbenringe
- 3
- Ventilsitzplatte
- 3.1
- Saugbohrung
- 4
- Dichtring
- 5
- Lamelle
- 6
- Austauschkörper
- 10
- Zylinder
- 10.1
- Aussparung
- 11
- Austauschkörper
- 11.1
- Tasche
- 12
- Austauschkörper
- 12.1
- Tasche
- 13
- Austauschkörper
- 13.1
- Tasche
- 20
- Zylinder
- 20.1
- Aussparung
- 20.2
- Aussparung
- 14
- Druckbohrung
- 15
- Druckbohrung
- 16
- Saugbohrung
- 17
- Saugbohrung
- 22
- Saugbohrung
- 23
- Saugbohrung
- 24
- Saugbohrung
- 30
- Druckbohrung
- 31
- Druckbohrung
- 32
- Druckbohrung
- 33
- Druckbohrung
- 50
- Lamelle
- 51
- Ohr
- 60
- Lamelle
- 61
- Ohr
- 62
- Ohr