DE102015206868A1

DE102015206868A1 - Pleuellagerung für einen Luftverdichter eines Luftfedersystems sowie Kolbenkompressor

Info

Publication number: DE102015206868A1
Application number: DE102015206868.4A
Authority: DE
Inventors: Uwe Folchert
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2015-10-22
Also published as: WO2015158902A2; WO2015158902A3

Abstract

Pleuellagerung, insbesondere für Luftversorgungseinheiten von Luftfedersystemen, umfassend einen Pleuelzapfen und mehrere Schwingkolben, wobei die Schwingkolben zentral über ein Wälzlager an dem Pleuelzapfen gelagert sind, sowie Kolbenkompressor mit einer solchen Pleuellagerung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuellagerung, insbesondere für Luftversorgungseinheiten von Luftfedersystemen, umfassend einen Pleuelzapfen und mehrere Schwingkolben, sowie einen Kolbenkompressor.
Aus der US 2007/0292282 A1 ist ein Mehrkolbenkompressor in radialer Bauweise bekannt. An einem zur Antriebswelle versetzt angeordneten Kurbelzapfen ist ein zentrales Verbindungselement angeordnet, welches zur Aufnahme der jeweiligen Kolbenstangen dient. An diesem Verbindungselement sind die Kolbenstangen beweglich gelagert, wobei jedoch eine Kolbenstange als Teil des Verbindungselements starr ausgebildet ist. Der Kurbelzapfen wird in einer Ausnehmung einer Kurbelwange angeordnet, welche über einen weiteren Kurbelzapfen verfügt und über einen Motor des Mehrkolbenkompressors angetrieben werden kann. Die Enden der beweglich an dem Verbindungselement gelagerten Kolbenstangen sind derart ausgebildet, dass sie nach dem Schlüssel-Schloß-Prinzip an entsprechende Bohrungen an dem Verbindungselement passen und dort eingesteckt werden. Dies ist nachteilig, da die einzelnen Lagerungen der Kolbenstangen mit einem hohen Montageaufwand zusammen gesetzt werden müssen. Außerdem benötigt die Konstruktion einen großen Bauraum.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Pleuellagerung sowie einen Kolbenkompressor zu schaffen, welche bzw. welcher einfach aufgebaut und mit geringem Aufwand zu montieren ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pleuellagerung sowie einen Kolbenkompressor bereitzustellen, welche bzw. welcher möglichst wenig Bauraum benötigt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß gestaltet sich die Pleuellagerung aus einem Pleuelzapfen und mehreren Schwingkolben, wobei die Schwingkolben zentral über ein Wälzlager an dem Pleuelzapfen gelagert sind.
Die zentrale Lagerung aller Schwingkolben an einem einzigen Pleuelzapfen ermöglicht es, die Schwingkolben mit ihren Zylindern in einer Ebene anzuordnen. Daraus ergibt sich ein kostengünstiges und bauraumsparendes Konzept eines Kompressors einer Luftversorgungeinheit für Luftfedersysteme in Kraftfahrzeugen.
Vorzugsweise wird die Pleuellagerung in einem Kompressor für eine Luftversorgungseinheit eines Luftfedersystems eingesetzt.
Bevorzugt sind die Schwingkolben über jeweils eine Gleitlagerung an dem Wälzlager gelagert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform dient eine dem Schwingkolben zuwandte Außenfläche des Wälzlagers als Gleitfläche und das dem Pleuelzapfen zugewandte Ende des jeweiligen Schwingkolbens dient als Gegengleitfläche. Besonders bevorzugt dient die Außenfläche des Außenrings des Wälzlagers als Gleitfläche.
Somit entsteht eine kombinierte Gleit-/Wälzlagerung an dem zentralen Pleuelzapfen. Die Drehbewegung des Pleuelzapfens um die Antriebswelle verursacht eine Schwingbewegung der Schwingkolben innerhalb ihrer Zylinder. Der Pleuelzapfen überträgt so durch seine versetzte Lage zur Antriebswelle eine Schwingbewegung auf die Schwingkolben, welche über das dem Pleuelzapfen zugewandte Ende der Schwingkolben aufgenommen wird.
Da alle Schwingkolben den gleichen Pleueldrehpunkt besitzen, wird ein kleiner Schwingwinkel erreicht, der bei allen Schwingkolben gleich ist. Die Schwingbewegung der einzelnen Schwingkolben beträgt aufgrund der zentralen Lagerung an dem Pleuelzapfen z.B. ungefähr 8 bis 9 Grad.
Das dem Wälzlager zugewandte Ende der Schwingkolben besteht bevorzugt aus einem reibarmen Kunststoff. Aufgrund der Schwingbewegung entsteht eine Gleitbewegung der Schwingkolben auf dem Wälzlager von z.B. plus/minus 8 bis 9 Grad. Mittels der Materialwahl aus Kunststoff und der geringen Gleitbewegung ergibt sich ein sehr geringer Reibanteil für die Gleitlagerung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können separate Gleitschalten an den dem Wälzlager zugewandten Enden der Schwingkolben angebracht werden.
Es lassen sich somit verschiedene Ausführungsformen zur Aufnahme der Schwingbewegung mit unterschiedlichen konstruktiven Merkmalen und Reibeigenschaften realisieren.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Schwingkolben über ein Sicherungselement, vorzugsweise einen Sicherungsring, am Wälzlager zusammengehalten. So können die Ansaug- bzw. Zugkräfte an den Schwingkolben (bei Abwärtsbewegung des jeweiligen Schwingkolbens) aufgenommen werden.
Vorzugsweise ist an jedem Schwingkolben eine Aufnahme für das Sicherungselement vorgesehen, wobei diese in Richtung des Pleuelzapfens ausgebildet ist.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass weniger Bauelemente benötigt werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass alle Kolben identisch ausgeführt werden können. So entfallen verschiedene Kolbenvarianten, was die Herstellungskosten reduziert.
Verwendung findet die Pleuellagerung vorzugsweise in Kolbenkompressoren, welche zur Luftversorgung von Luftfedersystemen in Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen.
Die Erfindung betrifft auch einen Kolbenkompressor, der eine erfindungsgemäße Pleuellagerung aufweist.
Bevorzugt umfasst der Kolbenkompressor einen Elektromotor, welcher eine Antriebswelle antreibt, wobei die Antriebswelle ein Ausgleichsgewicht antreibt, an welchem der Pleuelzapfen angeordnet ist, wobei der Pleuelzapfen die Schwingkolben antreibt.
Bevorzugt ist der Pleuelzapfen fest mit dem Ausgleichsgewicht verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren.
Es zeigen
1 einen beispielsgemäßen Zweikolben-Kompressor mit einer beispielsgemäßen Pleuellagerung in Draufsicht,
2 den beispielsgemäßen Zweikolben-Kompressor der 1 in Seitenansicht,
3 einen beispielsgemäßen Dreikolben-Stern-Kompressor einer beispielsgemäßen Pleuellagerung in Draufsicht und
4 den beispielsgemäßen Dreizkolben-Stern-Kompressor der 3 in Seitenansicht.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kolbenkompressors. Der beispielsgemäße Zweikolben-Kompressor ist in der Draufsicht dargestellt und wird vorzugsweise zum Komprimieren von Luft in Luftfedersystemen von Fahrzeugen eingesetzt. Der grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktion eines Kompressors sind allgemein bekannt.
An einem Pleuelzapfen 6 ist ein Wälzlager 2 angeordnet. Am Pleuelzapfen 6 sind über Wälzlager 2 zwei Schwingkolben 1 zentral beweglich gelagert. Das Wälzlager 2 umfasst einen Außenring, einen Innenring und zwischen Außen- und Innenring angeordnete Wälzkörper, wobei der Innenring an den Pleuelzapfen 6 befestigt ist. Die Schwingkolben 1 werden am Außenring des Wälzlagers 2 mittels eines Sicherungselements 7 gehalten. Das Sicherungselement 7 ist beispielsgemäß als Sicherungsring ausgebildet. Die beiden Schwingkolben 1 sind möglichst reibfrei über eine Gleitlagerung an dem Wälzlager gelagert. Dabei dient als Gleitfläche 3a die Außenfläche des Außenrings des Wälzlagers 2 und das dem Pleuelzapfen 6 zugewandte Ende der Schwingkolben 1 dient als Gegengleitfläche 3b. Weiterhin sind die beiden entsprechenden Zylinderköpfe 8 der Schwingkolben 1 dargestellt.
In der 2 ist der beispielsgemäße Zweikolben-Kompressor aus 1 in der Seitenansicht dargestellt.
Ein Elektromotor 9 treibt hierbei eine Antriebswelle 4 an. An Antriebswelle 4 sind ein Ausgleichsgewicht 5 und der zum Mittelpunkt der Antriebswelle radial versetzte Pleuelzapfen 6 angeordnet. An Pleuelzapfen 6 sind über das Wälzlager 2 die zwei Schwingkolben 1 beweglich gelagert. Dabei werden die Schwingkolben 1 über das Sicherungselement 7 am Wälzlager 2 zusammengehalten. Der dem Pleuelzapfen 6 zugewandte Teil der Schwingkolben 1 ist derart ausgebildet, dass er einseitig seitlich des Wälzlagers 2 fortgebildet ist und eine Aufnahme 10 für das Sicherungselement 7 vorgesehen ist. Die Aufnahmen 10 können an dem Sicherungselement 7 gleiten. Für eine möglichst reibfreie Lagerung der Schwingkolben 1 an dem Wälzlager 2 dient als Gleitfläche 3a die Außenfläche des Außenrings des Wälzlagers 2 und das innere Ende der beiden Schwingkolben 1 dient als Gegengleitfläche 3b.
Antriebswelle 4 treibt mit dem Ausgleichsgewicht 5 den versetzt angeordneten Pleuelzapfen 6 an, der so eine Kreisbewegung um die Antriebswelle 4 durchführt. Das an Pleuelzapfen 6 angeordnete Wälzlager 2 führt ebenfalls die Kreisbewegung aus. Durch die kombinierte Lagerung mittels Wälzlager 2 und Gleitlagerung 3a, 3b und die Führung der Schwingkolben 1 in ihren Zylindern wird die Kreisbewegung des Pleuelzapfens 6 in eine Schwingbewegung der Schwingkolben 1 umgesetzt.
Im Betrieb muss Pleuelzapfen 6 unterschiedliche Kräfte in zwei Richtungen aufnehmen. Bei der Aufwärtsbewegung des Schwingkolbens 1 entsteht eine Verdichtungskraft. Dadurch wirkt eine Druckkraft auf den Schwingkolben 1, die über die Gleitfläche 3a am Wälzlager abgestützt wird. Bei der Abwärtsbewegung entsteht eine Ansaugkraft auf den Schwingkolben 1. Die resultierende Zugkraft wird mittels des zentralen Sicherungselements 7 aufgenommen. Aufgrund dessen, dass die Zugkraft geringer ist als die Verdichtungskraft, reicht eine geringe Gleitfläche des Sicherungselements 7 zum Aufnehmen der Zugkraft aus.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kolbenkompressors. Der beispielsgemäße Dreikolben-Stern-Kompressor ist in der Draufsicht dargestellt und wird vorzugsweise zum Komprimieren von Luft in Luftfedersystemen von Fahrzeugen eingesetzt. Die 3 zeigt drei Zylinderköpfe 8 und drei Schwingkolben 1. Die Schwingkolben 1 werden mittels Sicherungselement 7 am Wälzlager 2 zusammengehalten.
In der 4 ist der beispielsgemäße Dreikolben-Stern-Kompressor aus 3 in der Seitenansicht dargestellt.
Ein Elektromotor 9 treibt Antriebswelle 4 mit Ausgleichsgewicht 5 an. Mittels Pleuelzapfens 1 wird eine Drehbewegung auf Wälzlager 2 übertragen. Dabei dient der Außenring des Wälzlagers 2 als Gleitfläche 3a. Die Gegengleitfläche 3b bildet sich an dem inneren Ende des jeweiligen Schwingkolbens 1. Weiterhin verdeutlicht die 4 die Halterung von Schwingkolben 1 am Wälzlager 2 mittels Sicherungselement 7.
Die Anordnung und Funktionsweise der Pleuellagerung des Dreikolben-Stern-Kompressors entspricht im Wesentlichen der des Zweikolben-Kompressors, welche anhand von 1 und 2 beschrieben wurde. Dabei sind die zwei Kolben des ersten Ausführungsbeispiels durch die drei Kolben des zweiten Ausführungsbeispiels ersetzt.
Bezugszeichenliste

1: Schwingkolben
2: Wälzlager
3a: Gleitfläche
3b: Gegengleitfläche
4: Antriebswelle
5: Ausgleichsgewicht
6: Pleuelzapfen
7: Sicherungselement
8: Zylinderkopf
9: Elektromotor
10: Aufnahme für Sicherungselement

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 2007/0292282 A1 [0002]

Claims

Pleuellagerung, insbesondere für Luftversorgungseinheiten von Luftfedersystemen, umfassend einen Pleuelzapfen (6) und mehrere Schwingkolben (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkolben (1) zentral über ein Wälzlager (2) an dem Pleuelzapfen (6) gelagert sind.
Pleuellagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Schwingkolben zugewandte Außenfläche des Wälzlagers (2) als Gleitfläche (3a) dient und dass das dem Pleuelzapfen zugewandte Ende des jeweiligen Schwingkolbens (1) als Gegengleitfläche (3b) dient.
Pleuellagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schwingkolben (1) separate Gleitschalen angebracht sind, welche als Gegengleitfläche (3b) dienen.
Pleuellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherungselement (7) die Schwingkolben (1) am Wälzlager (2) zusammenhält.
Pleuellagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Schwingkolben (1) eine Aufnahme (10) für das Sicherungselement (7) vorgesehen ist, wobei dieses in Richtung des Pleuelzapfens (6) ausgebildet ist.
Pleuellagerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (7) als ein Sicherungsring ausgebildet ist.
Kolbenkompressor für die Luftversorgung von Luftfedersystem, wobei der Kolbenkompressor eine Pleuellagerung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
Kolbenkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkompressor einen Elektromotor (9) umfasst, welcher eine Antriebswelle (4) antreibt, wobei die Antriebswelle (4) ein Ausgleichsgewicht (5) antreibt, an welchem der Pleuelzapfen (6) angeordnet ist, wobei der Pleuelzapfen (6) die Schwingkolben (1) antreibt.