DE102013002811A1 - Kolbenkompressor - Google Patents

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Steffen Jordan
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor (1) zum Verdichten eines Gases, beispielsweise von Luft für ein Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zylinderblock (3), in dem ein Verdichtungsraum (4) ausgebildet ist, mit einem Verdichterkolben (5), der hin und her beweglich in dem Verdichtungsraum (4) angeordnet ist, mit einem Zylinderkopf (6), welcher den Zylinderblock (3) oberhalb des Verdichtungsraums (4) abdeckt, mit einem Ansaugstutzen (7) und einem Druckstutzen (8), welche im Bereich des Zylinderblocks (6) angeordnet sind, bei dem zwischen dem Ansaugstutzen (7) und dem Druckstutzen (8) sowie dem Verdichtungsraum (4) jeweils ein entgegengesetzt zur Ansaugrichtung (9) beziehungsweise zur Förderrichtung (10) schließendes Rückschlagventil (11, 12) angeordnet ist, und bei dem im Zylinderkopf (6) mehrere Toträume ausgebildet sind, welche zur Leistungsregelung des Kolbenkompressors (1) mit dem Verdichtungsraum (4) strömungstechnisch verbindbar oder gegenüber diesem absperrbar sind. Zur Leistungsregelung des Kolbenkompressors (1) ist vorgesehen, dass im oder am Zylinderkopf (6) wenigstens drei Toträume (13, 14, 15, 16) ausgebildet sind, welche alle mittels der gleichen Absperrvorrichtung (23) mit dem Verdichtungsraum (4) verbindbar oder gegenüber diesem absperrbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, beispielsweise von Luft für ein Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zylinderblock, in dem ein Verdichtungsraum ausgebildet ist, mit einem Verdichterkolben, der hin und her beweglich in dem Verdichtungsraum angeordnet ist, mit einem Zylinderkopf, welcher den Zylinderblock oberhalb des Verdichtungsraums abdeckt, mit einem Ansaugstutzen und einem Druckstutzen, welche im Bereich des Zylinderblocks angeordnet sind, bei dem zwischen dem Ansaugstutzen und dem Druckstutzen sowie dem Verdichtungsraum jeweils ein entgegengesetzt zur Ansaugrichtung beziehungsweise zur Förderrichtung schließendes Rückschlagventil angeordnet ist, und bei dem im Zylinderkopf mehrere Toträume ausgebildet sind, welche zur Leistungsregelung des Kolbenkompressors mit dem Verdichtungsraum strömungstechnisch verbindbar oder gegenüber diesem absperrbar sind.
  • Kolbenkompressoren finden verbreitet Anwendung zur Verdichtung von Fluiden aller Art, insbesondere von Gasen. So werden zum Beispiel Kolbenkompressoren in Druckluftbremsanlagen oder Druckluftfederungsanlagen von Kraft- und Schienenfahrzeugen zum Erzeugen der betriebsnotwendigen Druckluft benutzt. Von besonderer Bedeutung für einen kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb eines solchen Fahrzeugs ist eine energieeffiziente Anpassung der Förderleistung des Kompressors an den jeweils aktuellen Bedarf der mit dem verdichteten Gas zu versorgenden Geräte und Einrichtungen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Kompressor ohne eine zwischengeschaltete, im Bedarfsfall trennbare Kupplung von einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angetrieben wird.
  • Aus der DE 43 21 013 A1 ist ein Kompressor mit einem zuschaltbaren Totraum bekannt, um eine Nullförderung des Gasverdichters bei einer zugleich möglichst geringen Leistungsaufnahme zu erreichen. Als Nullförderung wird eine Förderleistung mit dem Betrag Null bezeichnet. Der Kompressor kann daher entweder im Leerlaufbetrieb mit Nullförderung oder alternativ dazu im Volllastbetrieb mit maximaler Fördermenge betrieben werden. Zudem ist das Volumen des Totraumes konstant, so dass eine stufenlose Einstellbarkeit von energieeffizienten Teillastzuständen des Kompressors nicht möglich ist.
  • Die DE 198 50 269 A1 offenbart einen Kompressor mit einem Verdichtungsraum, einem Zusatzraum und einem Hilfstotraum. Der Zusatzraum wird für einen Leerlaufbetrieb des Kompressors mit dem Verdichtungsraum strömungstechnisch verbunden. Der Hilfstotraum wird dagegen zur Minimierung der Fördermenge bei hohen Antriebsdrehzahlen des Kompressors über ein extern ansteuerbares Hilfsventil mit dem Verdichtungsraum strömungstechnisch verbunden. Eine Veränderung des nutzbaren Totraumvolumens mit Hilfe des Zusatzraumes oder des Hilfstotraumes gelingt jedoch nur in einem Arbeitspunkt des Kompressors auf optimale Art und Weise.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenkompressor der eingangs beschriebenen Art vorzustellen, der eine energieeffiziente Anpassung seiner Fördermenge bei unterschiedlichen Betriebszuständen ermöglicht. Die hierfür notwendigen technischen Mittel sollen möglichst einfach ausgebildet sein.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es sich bei einem Kolbenkompressor um eine bewährte, robuste und ausgereifte Maschine handelt, die sich in hohen Stückzahlen wirtschaftlich fertigen lässt. Eine verlustarme Anpassung der Fördermenge beziehungsweise der Kompressionsleistung einer solchen Maschine kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass der Verdichtungsraum des Kolbenkompressors mit mehreren Toträumen verbindbar oder von diesen absperrbar ist.
  • Die Erfindung geht demnach aus von einem Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, beispielsweise von Luft für ein Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zylinderblock, in dem ein Verdichtungsraum ausgebildet ist, mit einem Verdichterkolben, der hin und her beweglich in dem Verdichtungsraum angeordnet ist, mit einem Zylinderkopf, welcher den Zylinderblock oberhalb des Verdichtungsraums abdeckt, mit einem Ansaugstutzen und einem Druckstutzen, welche im Bereich des Zylinderblocks angeordnet sind, bei dem zwischen dem Ansaugstutzen und dem Druckstutzen sowie dem Verdichtungsraum jeweils ein entgegengesetzt zur Ansaugrichtung beziehungsweise zur Förderrichtung schließendes Rückschlagventil angeordnet ist, und bei dem im Zylinderkopf mehrere Toträume ausgebildet sind, welche zur Leistungsregelung des Kolbenkompressors mit dem Verdichtungsraum strömungstechnisch verbindbar oder gegenüber diesem absperrbar sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Kolbenkompressor vorgesehen, dass im oder am Zylinderkopf wenigstens drei Toträume ausgebildet sind, welche alle mittels der gleichen Absperrvorrichtung mit dem Verdichtungsraum verbindbar oder gegenüber diesem absperrbar sind.
  • Dieser Aufbau des Kolbenkompressors ermöglicht eine gestufte Leistungsregelung desselben in Abhängigkeit von mindestens einer Prozessgröße, wie beispielsweise dem Druck im Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs oder eines anderen Steuerdrucks. Hierzu wird die gerade von Verbrauchern in einem Druckluftversorgungssystem benötigte Druckluftmenge dadurch eingestellt, dass in Stufen ein mehr oder weniger großes Gesamttotraumvolumen mit dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors strömungstecnisch verbunden wird. Der Kolbenkompressor erzeugt demnach seine größte Förderleistung, wenn alle Toträume von der gemeinsamen Absperrvorrichtung gegenüber dem Verdichtungsraum verschlossen sind, und eine so genannte Nullförderung, bei welcher der Kolbenkompressor keine Druckluft in das Druckluftversorgungssystem fördert, wird dann erreicht, wenn die Absperrvorrichtung alle zur Verfügung stehenden Toträume mit dem Verdichtungsraum verbunden hat. Bei einer vergleichsweise großen Anzahl von Toträumen im Kolbenkompressor kann dessen Leistungssteuerung sogar fast kontinuierlich, also ohne merkbare Förderleistungsstufen eingestellt werden.
  • Dadurch, dass nur eine Absperrvorrichtung für das Öffnen und Schließen die Vielzahl von Toträumen im Kolbenkompressor notwendig ist, kann diese vergleichsweise einfach und in der Herstellung kostengünstig ausgebildet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform dieses Kolbenkompressors ist daher vorgesehen, dass das Gesamtvolumen der wenigstens drei Toträume so groß ist, dass beim strömungstechnischen Verbinden aller Toträume mit dem Verdichtungsraum der Kolbenkompressor auch bei maximaler Antriebsdrehzahl keine Druckluft über seinen Druckstutzen abgibt. In diesem Betriebszustand erzeugt der Kolbenkompressor weitgehend nur Reibungsverluste und trägt dadurch nur sehr wenig zum aktuellen Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs bei.
  • Hinsichtlich der Absperrvorrichtung ist bevorzugt vorgesehen, dass diese einen Drehschieber aufweist, welcher mit einer Antriebswelle fest verbunden ist. Die Antriebswelle ist Bestanteil einer Antriebsvorrichtung und mittels dieser drehbar. Die Antriebsvorrichtung ist unmittelbar oder mittelbar in Abhängigkeit von einem dieser Antriebsvorrichtung beispielsweise zuführbaren Steuerdruck betätigbar. Dieser Steuerdruck ist vorzugsweise ein geregelter Luftdruck, der aus der Druckluftluft des Druckluftversorgungssystems erzeugt wird.
  • Um eine selbsttätige Rückstellung des Drehschiebers in diejenige Betriebsstellung zu ermöglichen, in welcher der Drehschieber alle Toträume des Kolbenkompressors verschließt, ist gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung für den Drehschieber eine Rückstellfeder aufweist, welche den Drehschieber beständig in dessen Nichtauslenkstellung zurückzutreiben versucht. Demnach wirkt der auf die Antriebsvorrichtung wirkende Steuerdruck gegen die Federkraft der Rückstellfeder.
  • Wenngleich es möglich ist, dass die Antriebsvorrichtung für den Drehschieber mittels eines Elektromotors betätigbar ausgebildet ist, so wird es doch bevorzugt, dass die Antriebsvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie mittels pneumatischer oder hydraulischer Hilfsenergie antreibbar ist.
  • Hinsichtlich der Bauform des Drehschiebers hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn dieser als eine profilierte Scheibe ausgebildet ist. Dabei weist der Drehschieber einen Abschnitt mit einer Steuerkontur auf, welche gegenüber einem beispielsweise kreisförmigen Außenumfang des Drehschiebers radial nach innen versetzt ausgebildet ist. Die wenigstens drei Toträume des Kolbenkompressors sind über Bohrungen bzw. Durchbrüche in Wänden des Zylinderkopfes oder über Verbindungskanäle mit dem Verdichtungsraum verbindbar, deren jeweils verdichterraumseitiges Ende mittels des Drehschiebers abdichtend abdeckbar oder Druckluft durchlassend freigebbar sind.
  • Die exakte Geometrie der Steuerkontur des Drehschiebers richtet sich insbesondere nach der Position zu den jeweiligen Toträumen führenden Verbindungskanäle, Bohrungen oder Wanddurchbrüche.
  • Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuerkontur des Drehschiebers derartig ausgebildet und die verdichterraumseitigen Enden der Verbindungskanäle, Bohrungen oder Wanddurchbrüche zu den wenigstens drei Toträumen derartig in Bezug zu der Steuerkontur angeordnet sind, dass diese Steuerkontur bei einer Drehbewegung des Drehschiebers die jeweiligen Verbindungskanäle, Bohrungen beziehungsweise Wanddurchbrüche einzeln und nacheinander öffnet beziehungsweise verschließt. Dabei werden auch diejenigen Betriebszustände mit abgedeckt, in denen alle Verbindungskanäle zu den jeweiligen Toträumen verschlossen oder alle geöffnet sind, wodurch die maximale Förderleistung beziehungsweise die minimale Förderleistung des Kolbenkompressors eingestellt ist.
  • Schließlich kann vorgesehen sein, dass ein Druckregler am Kolbenkompressor vorhanden ist, mittels dem aus dem von dem Kolbenkompressor erzeugten Systemdruck der Steuerdruck zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung für den Drehschieber erzeugbar ist. Der Druckregler erlaubt eine stufenlose Minderung des an seinem Eingang anliegenden Eingangsdrucks (Systemdruck) auf einen Ausgangsdruck. Der Druckregler kann manuell oder automatisiert in Abhängigkeit von mindestens einer Prozessgröße zum Beispiel von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung angesteuert werden.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung eines Kolbenkompressors gemäß der Erfindung, welcher eine als Drehschieber ausgebildete Absperrvorrichtung aufweist, mittels der mindestens drei Toträume verschlossen und geöffnet werden können,
  • 2 bis 5 schematische Darstellungen einer Ansicht A-A gemäß 1 auf den Drehschieber in vier unterschiedlichen Betriebsstellungen, und
  • 6 ein Kolbenkompressor sehr ähnlich dem in 1, bei dem die Absperrvorrichtung von einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung antreibbar ist.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 1, der in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug eingebaut ist. Der Kolbenkompressor 1 weist einen Kurbeltrieb 2 auf, der in einem Kurbelgehäuse 24 eines Zylinderblocks 3 angeordnet ist und von einem laufenden Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs ständig angetrieben wird. Der Kurbeltrieb 2 ist an seinem einen Ende mit einem Verdichterkolben 5 verbunden, welcher in einem Verdichtungsraum 4 des Zylinderblocks 3 beim Betrieb des Verbrennungsmotors eine oszillierende Aufwärts- und Abwärtsbewegung durchführt.
  • Im Bereich eines den Zylinderblock 3 oben abdeckenden Zylinderkopfes 6 ist an dem Kolbenkompressor 1 ein Ansaugstutzen 7 und ein Druckstutzen 8 vorhanden, in denen jeweils ein Rückschlagventil 11, 12 angeordnet ist. Das ansaugseitige Rückschlagventil 11 lässt anzusaugende Luft gemäß der Ansaugrichtung 9 durch den Ansaugstutzen 7 in den Verdichterraum 4 einströmen und sperrt in die Gegenrichtung ab, während das ausgangsseitige Rückschlagventil 12 komprimierte Luft aus dem Verdichterraum 4 abströmen lässt (Förderrichtung 10) sowie in die Gegenrichtung absperrt.
  • Über den Ansaugstutzen 7 wird demnach bei einer Abwärtsbewegung des Verdichterkolbens 5 Luft aus der Umgebung in der Ansaugrichtung 9 über das ansaugseitige Rückschlagventil 11 in den Verdichtungsraum 4 eingesaugt. Während einer Aufwärtsbewegung des Verdichterkolbens 5 wird die im Verdichtungsraum 4 befindliche Luft verdichtet und über das ausgangsseitige Rückschlagventil 12 sowie den Druckstutzen 8 abgegeben. Hierbei verhindert das entgegen der Ansaugrichtung 9 geschaltete ansaugseitige Rückschlagventil 11, dass der Verdichterkolben 5 Luft aus dem Verdichtungsraum 4 in den Ansaugstutzen 7 zurück drückt. Durch das ausgangsseitige Rückschlagventil 12 wird das Zurückströmen der komprimierten Luft aus dem Druckluftsystem in den Verdichtungsraum 4 verhindert.
  • Die von dem Kolbenkompressor 1 erzeugt Druckluft weist einen so genannten Systemdruck Psys auf und gelangt durch den Druckstutzen 8 sowie durch eine nur als Pfeil dargestellte Leitung zu einem Lufttrockner 31. Vor dort strömt die Druckluft in ein nur schematisch dargestelltes Druckluftsystem 32, an dem verschiedene, nicht dargestellte Druckluftverbraucher angeschlossen sind. Die Druckluft gelangt auch zu einem Druckluftbehälter 33 und zu einem Druckregler 30, wobei letzterer von einem elektronischen Steuergerät 37 ansteuerbar ist. Der Druckbehälter 33 dient zur Speicherung und zur Vergleichmäßigung des Systemdrucks Psys. Anstelle von Luft kann mittels des Kolbenkompressors 1 nahezu jedes andere Gas oder Gasgemisch komprimiert und gefördert werden.
  • Der von dem Druckregler 30 aus dem Systemdruck Psys eingestellte Steuerdruck Pst gelangt durch eine Leitung zu einer Antriebsvorrichtung 19, mittels welcher die Förderleistung des Kolbenkompressors 1 zwischen einer Nullförderung und einer Maximalförderung einstellbar ist. Bei der Nullförderung fördert der Kolbenkompressor 1 wie erwähnt definitionsgemäß keine Druckluft ins Druckluftsystem 32.
  • Zur Leistungssteuerung des dargestellten Kolbenkompressors 1 sind an diesem vier Toträume 13, 14, 15, 16 ausgebildet, die mittels einer Absperreinrichtung 23 mit dem Verdichtungsraum 4 strömungstechnisch verbindbar oder gegenüber diesem absperrbar sind. Die vier Toträume 13, 14, 15, 16 sind als Hohlräume im Zylinderkopf 6 des Kolbenkompressors 1 ausgebildet und über vier Verbindungskanäle 25, 26, 27, 28 beziehungsweise Bohrungen in der Wand des Zylinderkopfes 6 mit dem Verdichtungsraum 4 in Strömungsverbindung bringbar.
  • Die vier Toträume 13, 14, 15, 16 lassen sich alle mittels der gleichen Absperrvorrichtung 23 mit dem Verdichtungsraum 4 strömungstechnisch verbinden oder gegenüber diesem absperren. Wie eine Zusammenschau der 1 und 2 erkennen lässt, weist die Absperrvorrichtung 23 bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen Drehschieber 17 auf, der unter Zwischenlage einer Dichtung 34 an der Unterseite derjenigen Wände des Zylinderkopfes 6 angeordnet ist, welche die vier Toträume 13, 14, 15, 16 verdichterraumseitig begrenzen. Der Drehschieber 17 ist mit einer zentralen Antriebswelle 18 drehfest verbunden, welche von der Antriebsvorrichtung 19 antreibbar ist, die auf der Oberseite des Zylinderkopfs 6 angeordnet ist. Der im Bereich des freien Endes der Antriebswelle 18 angeordnete Pfeil 29 gibt mögliche Drehrichtungen derselben an.
  • Wie schon erwähnt, wird die Antriebsvorrichtung 19 zur Leistungssteuerung des Kolbenkompressors 1 mit dem Steuerdruck Pst beaufschlagt, welcher von dem Druckregler 30 aufgrund eines Befehls eines elektronischen Steuergeräts eingestellt wurde. Dieser Steuerdruck Pst wirkt auf eine nicht dargestellte Wirkfläche der Antriebswelle 18 der Antriebsvorrichtung 19, so dass im Ergebnis eine Stellkraft auf diese Antriebswelle 18 einwirkt. Eine Rückstellfeder 20, die mit ihrem einen Ende gehäusefest angeordnet und mit ihrem anderen Ende (vereinfacht dargestellt) mit einem radial von der Antriebswelle 18 abstehenden Flansch verbunden ist, erzeugt eine Rückstellkraft auf die Antriebswelle 18, welche diese in eine Ausgangsstellung zurückzustellen versucht. In dieser Ausgangsstellung der Antriebswelle 18 nimmt der Drehschieber 17 der Absperrvorrichtung 23 eine Position ein, in der alle Toträume 13, 14, 15, 16 gegenüber dem Verdichtungsraum 4 verschlossen sind, so dass der Kolbenkompressor 1 im Volllastbetrieb Druckluft über den Druckstutzen 8 abgibt, also ungedrosselt arbeitet.
  • Wie bereits erwähnt, zeigen die 2 bis 5 einen Blick auf den Drehschieber 17 der Absperrvorrichtung 23 aus der Blickrichtung A-A gemäß 1, also aus Richtung der freien Stirnseite des Verdichterkolbens 5 auf den Drehschieber 17. Erkennbar ist der Drehschieber 17 radial innerhalb des Zylinderkopfes 6 angeordnet und mit der Antriebswelle 18 der Antriebsvorrichtung 19 drehfest verbunden. Mittels der Antriebwelle 18 ist der Drehschieber 17 in den beiden, durch den Doppelpfeil 29 gekennzeichneten Drehrichtungen drehbar. Der Drehschieber 17 ist in diesem Ausführungsbeispiel scheibenförmig ausgebildet und weist über einen großen Umfangsabschnitt eine weitgehend kreisförmige Außenumfangskontur 22 auf. An diese kreisförmige Außenumfangskontur 22 schließt sich eine so genannte Steuerkontur 21 an, welche bogenförmig nach radial innen eingezogen ausgebildet ist. Mittels dieser Steuerkontur 21 sind vier zu den vier Toträumen 13, 14, 15, 16 führenden Verbindungskanäle 25, 26, 27, 28 oder Bohrungen gegenüber dem Verdichtungsraum 4 verschließbar oder mit diesem einzeln oder summativ strömungstechnisch verbindbar.
  • Nachfolgend werden anhand der 2 bis 5 vier verschiedene Betätigungsstellungen des Drehschiebers 17 sowie deren Wirkung auf die Leistungssteuerung des Kolbenkompressors 1 beschrieben:
    In der in 2 gezeigten Betätigungsstellung des Drehschiebers 17 verdeckt dieser alle vier zu den vier Toträumen 13, 14, 15, 16 führenden Verbindungskanäle 25, 26, 27, 28 oder Bohrungen, so dass der Kolbenkompressors 1 mit seiner maximalen Förderleistung betrieben wird.
  • Nach einer ersten Drehung der Antriebswelle 18 der Antriebsvorrichtung 19 um vielleicht 30° gegenüber seiner Stellung in 2 befindet sich der Drehschieber 17 in der in 3 gezeigten Position, in welcher dieser den ersten Verbindungskanal 25 freigibt, jedoch die anderen drei Verbindungskanäle 26, 27, 28 verschließt. Dadurch ist der Verdichtungsraum 4 des Kolbenkompressors 1 mit dem ersten Totraum 13 strömungsverbunden, so dass bei einem Kompressionshub des Verdichterkolbens 5 ein Teil der komprimierten Druckluft in den ersten Totraum 13 gelangt und nicht durch den Druckstutzen 8 den Kolbenkompressor 1 verlässt. Diese Betriebssituation ist übrigens auch in 1 dargestellt.
  • Durch ein Weiterdrehen der Antriebswelle 18 der Antriebsvorrichtung 19 ist die in 4 dargestellte Betriebsstellung des Drehschiebers 17 erreicht. In dieser Position sind der erste und der zweite Verbindungskanal 26, 27 vollständig von dem Drehschieber 17 freigegeben und der dritte Verbindungskanal 27 ist teilweise frei. Hierdurch sind die ersten drei Toträume 13, 14, 15 mit dem Verdichtungsraum 4 strömungstechnisch verbunden, so dass der Kolbenkompressor 1 nur noch mit stark verringerter Förderleistung Druckluft abgibt.
  • In der in 5 gezeigten Betriebsstellung des Drehschiebers 17 ist dieser durch ein erneutes Weiterdrehen der Antriebswelle 18 so positioniert, dass alle vier zu den vier Toträumen 13, 14, 15, 16 führenden Verbindungskanäle 25, 26, 27, 28 oder Bohrungen geöffnet und somit strömungstechnisch mit dem Verdichterraum 4 verbunden sind. Während eines Kompressionshubes des Verdichterkolbens 5 gelangt die komprimierten Druckluft in alle vier Toträume 13, 14, 15, 16, so dass ein Leerlaufbetrieb des Kolbenkompressors 1 eingestellt ist, in dem keine Druckluft denselben durch den Druckstutzen 8 verlässt.
  • 6 zeigt den Kolbenkompressor 1 gemäß 1, bei dem in dieser Ausführungsform die Absperrvorrichtung 23 jedoch mittels einer elektromotorischen Antriebsvorrichtung 19' betätigbar ist. Diese Antriebsvorrichtung 19' ist dazu als Elektromotor mit einem gehäusefesten Stator 35 und einem mit der Antriebswelle 18 der Absperrvorrichtung 23 drehfest verbundenen Rotor 36 ausgebildet. Ein mit dieser elektromotorischen Antriebsvorrichtung 19' in bekannter Weise über Steuerleitungen verbundenes elektronisches Steuergerät ist nicht dargestellt, jedoch an sich bekannt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kolbenkompressor
    2
    Kurbeltrieb
    3
    Zylinderblock
    4
    Verdichtungsraum
    5
    Verdichterkolben
    6
    Zylinderkopf
    7
    Ansaugstutzen
    8
    Druckstutzen
    9
    Ansaugrichtung
    10
    Förderrichtung
    11
    Ansaugseitiges Rückschlagventil
    12
    Ausgangsseitiges Rückschlagventil
    13
    Erster Totraum
    14
    Zweiter Totraum
    15
    Dritter Totraum
    16
    Vierter Totraum
    17
    Drehschieber
    18
    Antriebswelle
    19
    Antriebsvorrichtung (hydraulisch oder pneumatisch)
    19'
    Antriebsvorrichtung (elektrisch)
    20
    Rückstellfeder
    21
    Steuerkontur des Drehschiebers
    22
    Außenumfangskontur des Drehschiebers
    23
    Absperrvorrichtung
    24
    Kurbelgehäuse
    25
    Erster Verbindungskanal, Bohrung
    26
    Zweiter Verbindungskanal, Bohrung
    27
    Dritter Verbindungskanal, Bohrung
    28
    Vierter Verbindungskanal, Bohrung
    29
    Drehrichtung
    30
    Druckregler
    31
    Lufttrockner
    32
    Druckluftsystem
    33
    Druckluftbehälter
    34
    Dichtung
    35
    Stator
    36
    Rotor
    37
    Steuergerät
    Pst
    Steuerdruck
    Psys
    Systemdruck
  • 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
    • DE 4321013 A1 [0003]
    • DE 19850269 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Kolbenkompressor (1) zum Verdichten eines Gases, beispielsweise von Luft für ein Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zylinderblock (3), in dem ein Verdichtungsraum (4) ausgebildet ist, mit einem Verdichterkolben (5), der hin und her beweglich in dem Verdichtungsraum (4) angeordnet ist, mit einem Zylinderkopf (6), welcher den Zylinderblock (3) oberhalb des Verdichtungsraums (4) abdeckt, mit einem Ansaugstutzen (7) und einem Druckstutzen (8), welche im Bereich des Zylinderblocks (6) angeordnet sind, bei dem zwischen dem Ansaugstutzen (7) und dem Druckstutzen (8) sowie dem Verdichtungsraum (4) jeweils ein entgegengesetzt zur Ansaugrichtung (9) beziehungsweise zur Förderrichtung (10) schließendes Rückschlagventil (11, 12) angeordnet ist, und bei dem im Zylinderkopf (6) mehrere Toträume ausgebildet sind, welche zur Leistungsregelung des Kolbenkompressors (1) mit dem Verdichtungsraum (4) strömungstechnisch verbindbar oder gegenüber diesem absperrbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Zylinderkopf (6) wenigstens drei Toträume (13, 14, 15) ausgebildet sind, welche alle mittels der gleichen Absperrvorrichtung (23) mit dem Verdichtungsraum (4) verbindbar oder gegenüber diesem absperrbar sind.
  2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen der wenigstens drei Toträume (13, 14, 15,16) so groß ist, dass beim strömungstechnischen Verbinden aller Toträume (13, 14, 15,16) mit dem Verdichtungsraum (4) der Kolbenkompressor (1) auch bei maximaler Antriebsdrehzahl keine Druckluft über seinen Druckstutzen (8) abgibt.
  3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (23) einen Drehschieber (17) aufweist, welcher mit einer Antriebswelle (18) fest verbunden ist, dass diese Antriebswelle (18) mit einer Antriebsvorrichtung (19, 19') antriebswirksam verbunden ist, und dass die Antriebsvorrichtung (19, 19') elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ausgebildet ist.
  4. Kolbenkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (19) mittels eines hydraulischen oder gasförmigen Fluids in Abhängigkeit von einem dieser Abtriebsvorrichtung (19) zuführbaren Steuerdruck (Pst) betätigbar ist.
  5. Kolbenkompressor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (19, 19') für den Drehschieber (17) eine Rückstellfeder (20) aufweist, welche den Drehschieber (17) beständig in dessen Nichtauslenkstellung zurückzutreiben versucht.
  6. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (17) als eine profilierte Scheibe ausgebildet ist.
  7. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (17) einen Abschnitt mit einer Steuerkontur (21) aufweist, welche gegenüber einem Außenumfang (22) des Drehschiebers (17) radial nach innen versetzt ausgebildet ist.
  8. Kolbenkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang (22) des Drehschiebers (17) außerhalb der Steuerkontur (21) kreisförmig ausgebildet ist.
  9. Kolbenkompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Toträume (13, 14, 15,16) über Verbindungskanäle (25, 26, 27, 28) oder Bohrungen mit dem Verdichtungsraum (4) verbindbar sind, deren jeweils verdichterraumseitiges Ende mittels der Steuerkontur (21) des Drehschiebers (17) abdichtend abdeckbar oder Druckluft durchlassend freigebbar sind.
  10. Kolbenkompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkontur (21) des Drehschiebers (17) derartig ausgebildet und die verdichterraumseitigen Enden der Verbindungskanäle (25, 26, 27, 28) oder Bohrungen der wenigstens drei Toträume (13, 14, 15,16) derartig in Bezug zu der Steuerkontur (21) angeordnet sind, dass diese Steuerkontur (21) bei einer Drehbewegung des Drehschiebers (17) die jeweiligen Verbindungskanäle (25, 26, 27, 28) oder Bohrungen einzeln und nacheinander öffnet beziehungsweise verschließt.
  11. Kolbenkompressor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckregler (30) vorhanden ist, mittels dem aus dem von dem Kolbenkompressor (1) erzeugten Systemdruck (Psys) der Steuerdruck (Pst) zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung (19) für den Drehschieber (17) erzeugbar ist.
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