DE102013100015A1

DE102013100015A1 - Kolbenverdichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013100015A1
Application number: DE201310100015
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: AIR COM ODDZIAL W POLSCE GmbH; AIR-COM ODDZIAL W POLSCE GmbH
Current assignee: AIRCOM AUTOMOTIVE SP. Z O.O. SP. K., PL
Priority date: 2013-01-02
Filing date: 2013-01-02
Publication date: 2014-07-03

Abstract

Eine Kolbenverdichtungsvorrichtung (100) mit einem motorbetriebenen Kolben (12), der mittels eines Pleuels (3) in einem Zylinder (11) in eine Hubbewegung versetzbar ist und der Pleuel (3) von einem Zahnrad (1) angetrieben ist, das von der Motorwelle in eine Drehbewegung versetzbar ist, wobei das Zahnrad (1) ein Kunststoffteil ist, an das mittig ein Achszapfen (5) zur Lagerung des Zahnrades und außermittig ein Achszapfen (2) oder ein Lager zur Lagerung des Pleuels (3) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenverdichtungsvorrichtung mit einem motorbetriebenen Kolben, wobei der Kolben mittels eines Pleuels in einem Zylinder in eine Hubbewegung versetzbar ist und das Pleuel von einem Zahnrad angetrieben ist, das von der Motorwelle in eine Drehbewegung versetzbar ist.
Es sind bereits verschiedene Kolbenkompressionen bekannt, insbesondere für den Einsatz im Automobilbereich, um dort im Falle einer Reifenpanne Pressluft zur Verfügung zu stellen, mit der eine Dichtflüssigkeit aus einer Flasche in den Reifen gepumpt werden kann und damit Verletzungen des Reifens geschlossen werden können.
Bei Kompressoren, die in einem Fahrzeug mitgeführt werden sollen, ist darauf zu achten, dass sie erstens einen geringen Bauraum einnehmen und zweitens ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. In der Regel weisen diese Kompressoren daher Kunststoffgehäuse auf. Auch die Kolben und die Pleuel sind in der Regel aus Kunststoff gefertigt.
Der Kolben und der Pleuel werden meist über ein Zahnrad mit einer außermittig angeordneten Achse für den Pleuel angetrieben. Das Zahnrad selbst wird mittig über eine Lagerstelle aufgenommen und über ein Übersetzungsgetriebe von einem Gleichstrommotor angetrieben. Um die Kräfte des Pleuels aufnehmen zu können, wird die Antriebsachse des Pleuels in der Regel aus Metall ausgeführt. Diese metallische Achse wird dabei in der Regel als Einsatzteil im Zahnrad ausgeführt. Auch die Lagerstelle des Zahnrads in dessen Nabenbereich wird häufig mit einem Metalleinsatzteil verstärkt, um die hier wirkenden Kräfte und Momente aufnehmen zu können.
Durch die auftretenden Kräfte zwischen dem Mittelpunkt des Zahnrads und der Pleuelantriebsachse sowie durch die benötigten Durchmesser der Einsatzteile ist es nicht möglich, das Lager für das Zahnrad innerhalb des Zahnrads anzuordnen. In der Regel wird daher die Antriebsachse des Zahnrads als Zylinder ausgeführt, der dann in einem externen Lager, vorzugsweise einem Kugellager, doppeltgelagert wird. Die metallische Antriebsachse für den Pleuel wird in der Regel ebenfalls als Zylinder ausgeführt. Zusätzlich wird 180° versetzt zur Antriebsachse des Pleuels am Zahnrad ein Ausgleichsgewicht angeordnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kompressorvorrichtung vorzuschlagen, die mit weniger Metallteilen im Antrieb für den Kolben auskommt als bisher bekannte Kompressoren.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kolbenverdichtungsvorrichtung mit einem motorbetriebenen Kolben, wobei der Kolben mittels eines Pleuels in einem Zylinder in eine Hubbewegung versetzbar ist und der Pleuel von einem Zahnrad angetrieben ist, das von der Motorwelle in eine Drehbewegung versetzbar ist, wobei die Kolbenverdichtungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Zahnrad ein Kunststoffteil ist, an das mittig ein Achszapfen zur Lagerung des Zahnrades und außermittig ein Achszapfen oder ein Lager zur Lagerung des Pleuels an- oder eingeformt sind.
Bei dem Zahnrad der erfindungsgemäßen Kolbenverdichtungsvorrichtung sind bei einer ersten Ausführung auch die Lagerachse sowie die Pleuelachse gemeinsam mit dem Zahnrad als einseitiges Kunststoffteil ausgeführt. Hierdurch lässt sich die Masse gegenüber bekannten Kolbenverdichtungsvorrichtungen deutlich reduzieren. Darüber hinaus lässt sich das gesamte Zahnrad mit den Achsen als Spritzgießteil günstig und präzise herstellen. Bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird anstelle der Pleuelachse ein Lager in das Zahnrad integriert. Bei dieser Ausführungsform wird die Pleuelachse direkt an den Pleuel angespritzt, der ebenfalls ein Kunststoffteil ist. Die Lagerachse des Zahnrades ist auch bei dieser Ausführungsform an das Zahnrad angeformt und somit einteilig mit dem Zahnrad verbunden. Es muss somit kein Einbauraum im Zentrum des Zahnrads für ein metallisches Einsatzteil freigehalten werden, sodass ausreichend Platz für das Lager für die Pleuelachse zur Verfügung steht.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Lager für die Pleuelachse als Schwungmasse im Zahnrad wirkt, die beim Verdichten als Zusatzmasse verwendet werden kann. Der Pleuel selbst kann als massearmes Kunststoffteil einschließlich der Antriebsachse gefertigt werden. Dadurch kann der Pleuel deutlich schneller bewegt werden als ein Pleuel größerer Masse, ohne dass es zu einem Bruch der Antriebsachse des Pleuels kommt. Die geringere Masse des Pleuels führt auch zu einem geringeren Verschleiß der bewegten Teile des Pleuels und des Kolbens.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Kolbenverdichtungsvorrichtung sind der oder die Achszapfen hohlzylindrisch ausgeführt. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Versteifung der Achsen bei gleichbleibendem Gewicht im Vergleich zu massiven Achsen. Außerdem erleichtert diese Ausgestaltung der Achszapfen das Spritzgießen des Zahnrads, da dieses dann mit gleichbleibenden Wandstärken hergestellt werden kann.
Falls erforderlich, können in dem Hohlraum des oder der Achszapfen Metallteile zur Aussteifung eingesetzt werden. Die Achszapfen sind dann in der Lage, auch sehr hohe Momente und Kräfte aufzunehmen. Diese Metallteile können im Anschluss an das Spritzgießen des Zahnrads in den oder die Hohlräume eingepresst werden.
Aus Platzgründen ist es weiter vorteilhaft, wenn der Achszapfen zur Lagerung des Zahnrads und der Achszapfen zur Lagerung des Pleuels an gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads angeformt sind. Dadurch kann der Achszapfen für das Pleuel radial relativ weit innen liegend am Zahnrad angeordnet werden. Weiter ist es von Vorteil, wenn die Lager für das Zahnrad und für das Pleuel im oder unmittelbar benachbart zum Zahnrad angeordnet sind. Die beiden Lager sind dadurch in axialer Richtung des Zahnrads in einem geringen Abstand zueinander angeordnet, wodurch nur geringe Momente entstehen, die von dem Zahnrad aus Kunststoff aufgenommen werden können.
Die Lager können vorzugsweise Kugellager sein. Dabei ist es nicht nötig, das Zahnrad doppelt zu lagern.
Im Folgenden wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Im Einzelnen zeigen:
1 einen Längsschnitt durch den Kolbenantrieb einer Kolbenverdichtungsvorrichtung;
2 eine perspektivische Ansicht des Zahnrads der Kolbenverdichtungsvorrichtung aus 1 mit Lagern;
3 einen Längsschnitt durch das Zahnrad mit Lagern aus 2.
Die Kolbenverdichtungsvorrichtung 100 gemäß 1 weist einen Zylinder 11 auf, in dem ein Kolben 12 durch eine Hubbewegung ein Fluid verdichten kann. Der Kolben 12 wird mittels eines Pleuels 3 angetrieben, das außermittig an einem Zahnrad 1 drehbar gelagert ist. Das Zahnrad 1 wird von einem hier nicht näher dargestellten Motor über ein Übersetzungsgetriebe, das hier ebenfalls nicht näher dargestellt ist, rotierend angetrieben. Das Zahnrad 1 ist als Kunststoffteil hergestellt mit einem angeformten, hohlzylindrischen Achszapfen 5, mit dem das Zahnrad 1 in einem Kugellager 9 gelagert ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Zahnrads 1 ist ein hohlzylindrischer Achszapfen 2 für den Pleuel 3 angeordnet, wobei der ebenfalls aus Kunststoff gefertigte Pleuel 3 mittels eines Kugellagers 10 drehbar gelagert ist. Wird das Zahnrad 1 durch den Motor rotierend angetrieben, so führt der Pleuel 3 eine Auf- und Abbewegung aus, die zu einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 12 führt. Die Lager 9 und 10 weisen einen geringen axialer Abstand 4 auf, wodurch die auf die Achszapfen 2 und 5 wirkenden Kräfte relativ gering gehalten werden können. Ist das Kunststoffmaterial der Achszapfen 2 und 5 dennoch nicht in der Lage, alle entstehende Kräfte sicher aufzunehmen, so kann in Hohlräume 6, 7 der Achszapfen 5, 2 jeweils ein Metallteil 8 eingepresst werden, die die erforderliche Stabilität herstellen.
Aus der perspektivischen Ansicht in 2 ist zu erkennen, dass sich die Lager 10 und 9 in radialer Richtung überlappen, was jedoch kein Problem darstellt, da die beiden Lager 9, 10 auf verschiedenen Seiten des Zahnrads 1 angeordnet sind. Weiter ist der Achszapfen 2 mit dem Hohlraum 6 für den Pleuel 3 dargestellt. 3 verdeutlicht, dass die Lager 9 und 10 in axialer Richtung des Zahnrads 1 relativ dicht an diesem angeordnet sind, wodurch die Achszapfen 5 und 2 kurz gehalten und die auf die Achszapfen 5 und 2 wirkenden Kräfte und Momente minimiert werden können. Anstelle des Achszapfens 2 für den Pleuel 3 könnte im Zahnrad 1 auch das Lager 10 integriert sein. Die Achse für den Pleuel 3 könnte dann am Pleuel 3 angeformt sein, der vorzugsweise ebenfalls als Kunststoffspritzgießteil hergestellt werden kann.

Claims

Kolbenverdichtungsvorrichtung mit einem motorbetriebenen Kolben (12), wobei der Kolben (12) mittels eines Pleuels (3) in einem Zylinder (11) in eine Hubbewegung versetzbar ist und der Pleuel (3) von einem Zahnrad (1) angetrieben ist, das von der Motorwelle in eine Drehbewegung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (1) ein Kunststoffteil ist, an das mittig ein Achszapfen (5) zur Lagerung des Zahnrades und außermittig ein Achszapfen (2) oder ein Lager (10) zur Lagerung des Pleuels (3) angeordnet ist.
Kolbenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Achszapfen (2, 5) hohlzylindrisch ausgeführt sind.
Kolbenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum (6, 7) des oder der Achszapfen (2, 5) Metallteile (8) zur Aussteifung einsetzbar sind.
Kolbenverdichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (1) als Kunststoffspritzgießteil hergestellt ist.
Kolbenverdichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Achszapfen (5) zur Lagerung des Zahnrades (1) und der Achszapfen (2) zur Lagerung des Pleuels (3) an gegenüberliegenden Seiten des Zahnrads (1) angeformt sind.
Kolbenverdichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (9, 10) für das Zahnrad (1) und für den Pleuel (3) im oder unmittelbar benachbart zum Zahnrad (1) angeordnet sind.
Kolbenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (9, 10) Kugellager sind.
Kolbenverdichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuel (3) ein Kunststoffteil mit angeformter Pleuelachse ist.