DE102016201208A1 - Piston compressor with ventilation device - Google Patents
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Abstract
Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, der optional mittels einer Kupplung von einer Antriebseinrichtung trennbar ist. Der Kolbenkompressor weist ein Einlassventil, welches zwischen einer Einlassleitung für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors angeordnet ist und ein Auslassventil, welches zwischen dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors und einer Auslassleitung für verdichtetes Gas angeordnet ist, auf. Ferner weist der Kolbenkompressor eine Entlüftungseinrichtung auf, durch welche verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist.Piston compressor for compressing a gas, which is optionally separable by means of a coupling of a drive device. The reciprocating compressor has an intake valve disposed between a gas to be compressed inlet line and a compression space of the reciprocating compressor, and an exhaust valve disposed between the compression space of the reciprocating compressor and a compressed gas discharge line. Furthermore, the reciprocating compressor has a venting device, through which compressed gas from the compression space can be discharged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, der optional mittels einer Kupplung von einer Antriebseinrichtung trennbar ist, mit einem Einlassventil, welches zwischen einer Einlassleitung für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors angeordnet ist und einem Auslassventil, welches zwischen dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors und einer Auslassleitung für verdichtetes Gas angeordnet ist.The invention relates to a piston compressor for compressing a gas, which is optionally separable by means of a coupling of a drive device, with an inlet valve which is arranged between an inlet line for gas to be compressed and a compression chamber of the piston compressor and an outlet valve, which between the compression chamber of the piston compressor and a compressed gas outlet pipe.
Derartige Kompressoren werden beispielsweise für die Druckluftversorgung von Nutzfahrzeugen, insbesondere für die Druckluftversorgung des Bremssystems eingesetzt. Dabei erfolgt der Antrieb des Kompressors über den Antriebsstrang des Verbrennungsmotors. Es sind Anwendungen bekannt, bei welchen zwischen dem Kompressor und der Antriebsverbindung eine Kupplung angeordnet ist, um den Kompressor vom Antrieb zu trennen, wenn das Druckluftsystem des Nutzfahrzeugs mit Druckluft gefüllt ist. Bei bekannten Ausführungsformen wird gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung die Auslassleitung des Kompressors entleert. Bei der Wiederinbetriebnahme des Kompressors muss erst der Druck in der dann druckfreien Auslassleitung wieder aufgebaut werden, bevor Druckluft in das Druckluftsystem geliefert werden Kann. Zur Vermeidung solcher Effizienzverluste sind auch Lösungen bekannt, bei welchen die Auslassleitung nicht druckfrei geschaltet wird, während der Kolbenkompressor nicht angetrieben wird.Such compressors are used for example for the compressed air supply of commercial vehicles, in particular for the compressed air supply of the brake system. The drive of the compressor is carried out via the drive train of the internal combustion engine. There are known applications in which between the compressor and the drive connection, a clutch is arranged to separate the compressor from the drive when the compressed air system of the commercial vehicle is filled with compressed air. In known embodiments, the discharge line of the compressor is emptied simultaneously with the opening of the clutch. When restarting the compressor, the pressure in the then pressure-free outlet line must first be rebuilt before compressed air can be supplied to the compressed air system. To avoid such efficiency losses, solutions are also known in which the outlet line is not switched pressure-free, while the reciprocating compressor is not driven.
Bei Kolbenkompressoren der genannten Art besteht die Gefahr, dass ein Auslassventil durch Verunreinigen wie Beläge durch Schmierölrückstände oder insbesondere von solchen gelöste Partikel undicht wird. Dabei weisen die Auslassventile häufig eine Ventilzunge auf, zwischen die und deren Ventilsitz solche Verunreinigungen gelangen können und dort das vollständige Schließen des Ventils verhindern. Im Fall einer beispielsweise hieraus resultierenden Undichtigkeit eines Auslassventils in Verbindung mit einer unter Druck stehenden Auslassleitung während der Trennung des Kompressors vom Antrieb kann Druckluft zurück in den Verdichtungsraum des Kompressors gelangen. Der Druck im Verdichtungsraum eines Kolbenkompressors in einem 12,5 bar-System kann dann auf bis zu 6 bar ansteigen. Bei der Wiederinbetriebnahme des Kolbenkompressors mit einem derart hohen Druck im Verdichtungsraum resultiert beim ersten Verdichtungshub des Kolbens eine Verdichtung des Gases im Verdichtungsraum auf etwa 60 bar. Das hierbei auftretende Drehmoment ist bei weitem zu hoch für die Kupplung, welche in diesem Fall durchrutscht, überhitzt und unzulässig stark verschleißt. Zudem kann ein solch hoher Druck im Verdichtungsraum auch zu einer Beschädigung des Kompressors selbst führen.In reciprocating compressors of the type mentioned there is the danger that an exhaust valve is leaking due to contamination such as deposits by lubricating oil residues or in particular of such dissolved particles. In this case, the exhaust valves often have a valve tongue, between which and the valve seat such contaminants can get there and prevent the complete closing of the valve. For example, in the event of a leakage of an exhaust valve resulting therefrom in conjunction with a pressurized exhaust line during separation of the compressor from the engine, compressed air may return to the compression space of the compressor. The pressure in the compression chamber of a reciprocating compressor in a 12.5 bar system can then rise to up to 6 bar. When restarting the reciprocating compressor with such a high pressure in the compression chamber results in the first compression stroke of the piston, a compression of the gas in the compression chamber to about 60 bar. The torque occurring here is far too high for the clutch, which slips in this case, overheated and excessively excessive wear. In addition, such a high pressure in the compression chamber can also lead to damage to the compressor itself.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kolbenkompressor zur Verfügung zu stellen, welcher die vorgenannten Nachteile und die hieraus entstehenden unerwünschten Wirkungen vermeidet.The invention is therefore based on the object to provide an improved reciprocating compressor, which avoids the aforementioned disadvantages and the resulting undesirable effects.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kolbenkompressor gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Weiterbildungen des Kolbenkompressors sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.To solve this problem, a reciprocating compressor according to claim 1 is proposed. Further developments of the reciprocating compressor are the subject of the dependent claims.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases vorgeschlagen, der optional mittels einer Kupplung von einer Antriebseinrichtung trennbar ist, mit einem Einlassventil, welches zwischen einer Einlassleitung für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors angeordnet ist und einem Auslassventil, welches zwischen dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors und einer Auslassleitung für verdichtetes Gas angeordnet ist. Der Kolbenkompressor weist eine Entlüftungseinrichtung auf, durch welche verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist, das während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt.To solve the problem, a piston compressor for compressing a gas is proposed, which is optionally separable by means of a coupling of a drive device, with an inlet valve which is arranged between an inlet line for gas to be compressed and a compression chamber of the reciprocating compressor and an outlet valve, which between the Compression space of the reciprocating compressor and a discharge line for compressed gas is arranged. The reciprocating compressor has a venting device, through which compressed gas can be discharged from the compression space, which passes from the outlet line back into the compression space during the separation of the reciprocating compressor from the drive device.
Ein solcher Kolbenkompressor weist eine Einlassleitung auf, die insbesondere Teil eines Einlasssystems ist und durch welche ein zu verdichtendes Gas zu einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors geführt wird. Zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum ist dabei ein Einlassventil angeordnet, welches während dem Ansaugen von zu verdichtendem Gas in den Verdichtungsraum (der Druck im Verdichtungsraum ist geringer als der Druck in der Einlassleitung) geöffnet ist. Während der Verdichtung des Gases im Verdichtungsraum (der Druck im Verdichtungsraum ist höher als der Druck in der Einlassleitung) schließt das Einlassventil den Verdichtungsraum gegenüber der Einlassleitung ab.Such a reciprocating compressor has an inlet line, which is in particular part of an inlet system and through which a gas to be compressed is guided to a compression space of the reciprocating compressor. In this case, an inlet valve is arranged between the inlet line and the compression space, which is open during the intake of gas to be compressed into the compression space (the pressure in the compression space is lower than the pressure in the inlet line). During the compression of the gas in the compression space (the pressure in the compression space is higher than the pressure in the intake pipe), the intake valve closes the compression space opposite to the intake pipe.
Zwischen dem Verdichtungsraum und der Auslassleitung ist ein Auslassventil angeordnet, welches beim Ausstoßen des verdichteten Gases aus dem Verdichtungsraum geöffnet ist (der Druck im Verdichtungsraum ist höher als der Druck in der Auslassleitung) und so eine Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum und der Auslassleitung definiert. Das Auslassventil schließt während dem Ansaugen von zu verdichtendem Gas in den Verdichtungsraum die Verbindung zwischen Verdichtungsraum und Auslassleitung ab (der Druck im Verdichtungsraum ist geringer als der Druck in der Auslassleitung), um ein Rückströmen von verdichtetem Gas aus der Auslassleitung in den Verdichtungsraum zu verhindern.Between the compression space and the outlet conduit, an outlet valve is arranged which is open when the compressed gas is expelled from the compression space (the pressure in the compression space is higher than the pressure in the outlet conduit), thus defining a connection between the compression space and the outlet conduit. The outlet valve closes the connection between the compression chamber and the outlet line during the suction of gas to be compressed into the compression chamber (the pressure in the compression chamber is lower than the pressure in the outlet line), and a return flow of compressed gas from the outlet pipe into the compression space to prevent.
Sowohl für Einlass- als auch für Auslassventile von Kolbenkompressoren werden häufig Ventile mit einem Schließkörper eingesetzt, der abhängig von der Druckdifferenz auf beiden Seiten des Ventils auf den Ventilsitz gedrückt wird und dadurch schließt oder vom Ventilsitz abgehoben wird, wodurch das Ventil öffnet. Eine übliche Bauart solcher Ventile weist eine als Schließkörper dienende Ventilzunge auf.Both intake and exhaust valves of reciprocating compressors often employ valves with a closing body that is forced onto the valve seat depending on the pressure difference on either side of the valve and thereby closes or lifts off the valve seat, thereby opening the valve. A common type of such valves has a serving as a closing body valve tongue.
Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor weist eine Entlüftungseinrichtung auf, durch welche verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist, um den Druck darin zu senken. Dabei ist insbesondere verdichtetes Gas abführbar, welches während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung insbesondere durch ein nicht vollständig schließendes Auslassventil aus der unter Druck stehenden Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt und dort eine Druckerhöhung verursacht.The piston compressor according to the invention has a venting device, through which compressed gas from the compression chamber can be discharged in order to lower the pressure therein. In this case, in particular compressed gas is discharged, which passes during a separation of the reciprocating compressor of the drive means in particular by a not completely closing exhaust valve from the pressurized outlet line back into the compression space and there causes an increase in pressure.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors ist das verdichtete Gas mittels der Entlüftungseinrichtung aus dem Verdichtungsraum in einen Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck abführbar. Damit kann das verdichtete Gas in einen Bereich entweichen, der einen gegenüber dem Verdichtungsraum, in welchen verdichtetes Gas aus der Auslassleitung eingedrungen ist, einen geringeren Druck aufweist. Infolge des Abführens des verdichteten Gases sinkt der Druck im Verdichtungsraum.In one embodiment of the reciprocating compressor, the compressed gas is discharged by means of the venting device from the compression chamber in a region of lower pressure, in particular ambient pressure. Thus, the compressed gas can escape into a region which has a lower pressure than the compression space, in which compressed gas has penetrated from the outlet line. As a result of the discharge of the compressed gas, the pressure in the compression chamber decreases.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors wird der Bereich mit dem Umgebungsdruck von der Umgebung selbst, einem mit dem Einlasssystem bzw. der Einlassleitung verbundenen Gasraum oder dem Inneren des Kurbelgehäuses des Kolbenkompressors gebildet. Ein Bereich mit Umgebungsdruck im Einlasssystem kann beispielsweise die Einlassleitung oder ein mit dieser verbundener Gasraum sein, der beispielsweise im Zylinderkopf des Kolbenkompressors ausgebildet ist und damit auch einen Teil der Einlassleitung darstellt. Bei einer Ausführungsform, bei welcher der Bereich mit dem Umgebungsdruck vom Innenraum des Kurbelgehäuses des Kolbenkompressors gebildet ist, wird das durch die Entlüftungseinrichtung aus dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors strömende Gas in das Kurbelgehäuse geführt, wo insbesondere zunächst ein Druckausgleich im Kurbelgehäuse und sodann über dessen Entlüftungssystem mit der Umgebung stattfindet.In one embodiment of the reciprocating compressor, the region is formed with the ambient pressure from the environment itself, a gas space connected to the inlet system or the inlet line or the interior of the crankcase of the reciprocating compressor. An area with ambient pressure in the inlet system can be, for example, the inlet line or a gas space connected to it, which is formed, for example, in the cylinder head of the piston compressor and thus also forms part of the inlet line. In one embodiment, in which the area is formed with the ambient pressure from the interior of the crankcase of the reciprocating compressor, the gas flowing through the venting device from the compression chamber of the reciprocating compressor gas is guided into the crankcase, where in particular first a pressure equalization in the crankcase and then via the venting system with the environment takes place.
Dabei können sowohl in einem mit dem Einlasssystem verbundenen Gasraum als auch im Kurbelgehäuse des Kolbenkompressors Druckschwankungen auftreten: im Einlasssystem insbesondere abhängig von der Frischgasansaugung – beispielsweise wenn das Einlasssystem in Verbindung mit dem Einlasssystem eines entsprechend groß dimensionierten Verbrennungsmotors steht – oder aufgrund insbesondere vorangegangener Kurbeltriebsbewegungen im Kurbelgehäuse. Da jedoch sowohl das Einlasssystem als auch das Kurbelgehäuse mit der Umgebung in Verbindung stehen und dort üblicherweise ein ständiger Ausgleich von Druckschwankungen mit der Umgebung erfolgt, wird der in einem mit dem Einlasssystem verbundenen Gasraum oder im Kurbelgehäuse herrschende Druck im Zusammenhang mit dieser Erfindung als Umgebungsdruck betrachtet.In this case, pressure fluctuations can occur both in a gas chamber connected to the intake system and in the crankcase of the reciprocating compressor: in the intake system, in particular depending on the Frischgasansaugung - for example, if the intake system in conjunction with the intake system of a correspondingly large-sized engine - or due in particular previous crank drive movements in the crankcase , However, since both the intake system and the crankcase are in communication with the environment and there is usually a constant balance of pressure fluctuations with the environment, the pressure prevailing in a gas space connected to the intake system or in the crankcase in the context of this invention is considered as ambient pressure ,
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet eine schaltbare Ventileinrichtung die Entlüftungseinrichtung, mittels welcher verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist indem eine Verbindung des Verdichtungsraums mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck herstellbar ist.In one embodiment of the reciprocating compressor, a switchable valve device forms the venting device, by means of which compressed gas from the compression space can be discharged by a connection of the compression chamber with a region of lower pressure, in particular ambient pressure can be produced.
Dabei kann es sich um eine schaltbare Ventileinrichtung handeln, mittels welcher über eine beispielsweise in der Ventilplatte oder in der Zylinderwandung angeordnete Entlüftungsöffnung der Verdichtungsraum des Kolbenkompressors optional mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck verbindbar ist. Für diesen Zweck kann insbesondere ein 2/2-Wegeventil eingesetzt werden, welches beispielsweise so schaltbar ist, dass es insbesondere parallel oder versetzt mit der Betätigung der Kupplung öffnet und schließt und so einen Druckausgleich im Verdichtungsraum durch das Abführen von verdichtetem Gas ermöglicht, solange der Kolbenkompressor nicht angetrieben wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, eine derartige Ventileinrichtung auch abhängig von anderen Parametern zu schalten, wie zum Beispiel dem im Verdichtungsraum tatsächlich herrschenden Druck, welcher über mit diesem verbundene Drucksensoren oder auf andere geeignete Weise erfasst wird.This can be a switchable valve device, by means of which, via an example arranged in the valve plate or in the cylinder wall vent opening of the compression chamber of the reciprocating compressor is optionally connectable to a region of lower pressure, in particular ambient pressure. For this purpose, in particular a 2/2-way valve can be used which, for example, is so switchable that it opens and closes in particular parallel or offset with the actuation of the clutch and thus enables a pressure equalization in the compression chamber by the discharge of compressed gas, as long as the Piston compressor is not driven. However, it can also be provided to also switch such a valve device as a function of other parameters, such as, for example, the pressure actually prevailing in the compression space, which pressure is detected by pressure sensors connected thereto or in another suitable manner.
Eine andere Ausführungsform des Kolbenkompressors weist ein entsperrbares Rückschlagventil auf, welches auch die Funktion des Einlassventils übernimmt. Ein solches entsperrbares Rückschlagventil stellt eine schaltbare Ventileinrichtung dar, die zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum des Kompressors angeordnet ist und die Verbindung zwischen Einlassleitung und Verdichtungsraum insbesondere selbsttätig entsprechend der Funktion eines Einlassventils öffnet und schließt. Zudem stellt ein derartiges entsperrbares Rückschlagventil eine schaltbare Ventileinrichtung dar, mittels welcher die Verbindung zwischen Einlassleitung und Verdichtungsraum optional öffnen- und schließbar ist, um einen Druckabbau durch ein Abführen von verdichtetem Gas aus dem Verdichtungsraum zu ermöglichen.Another embodiment of the reciprocating compressor has a pilot-operated check valve, which also assumes the function of the intake valve. Such a pilot-operated check valve represents a switchable valve device which is arranged between the inlet line and the compression space of the compressor and in particular automatically opens and closes the connection between the inlet line and the compression space in accordance with the function of an inlet valve. In addition, such a pilot-operated check valve is a switchable valve device, by means of which the connection between the inlet line and the compression chamber optionally open and is closable to allow a pressure reduction by a discharge of compressed gas from the compression space.
Beispielsweise ist ein solches entsperrbares Rückschlagventil ebenso wie das vorher beschriebene Schaltventil parallel oder versetzt zur Kupplungsbetätigung schaltbar oder in Abhängigkeit von anderen, insbesondere mit dem Druck im Verdichtungsraum in Zusammenhang stehenden Parametern, welche beispielsweise mittels Sensoren erfasst werden. Mit einem Öffnen des Einlassventils in Form eines entsperrbaren Rückschlagventils während eines Stillstands des Kompressors kann ein Druckausgleich zwischen dem Verdichtungsraum und dem Einlasssystem stattfinden, so dass im Verdichtungsraum kein signifikanter Druckaufbau stattfinden kann.For example, such a releasable check valve as well as the previously described switching valve in parallel or offset from the clutch operation switchable or in response to other, in particular with the pressure in the compression chamber related parameters, which are detected for example by means of sensors. With an opening of the inlet valve in the form of a pilot-operated check valve during a standstill of the compressor, a pressure equalization between the compression chamber and the inlet system take place, so that no significant pressure build-up can take place in the compression chamber.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet ein Rückschlagventil die Entlüftungseinrichtung, mittels welchem verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist. Ein derartiges Rückschlagventil ist insbesondere so ausgelegt, dass es dann öffnet und den Verdichtungsraum mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck verbindet, wenn der Druck im Verdichtungsraum aufgrund eines während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangten verdichteten Gases während eines ersten Verdichtungshubs so stark steigt, dass eine Beschädigung des Kolbenkompressors oder einer mit dem Kolbenkompressor verbundenen Einrichtung droht. In diesem Fall stellt das Rückschlagventil eine Verbindung des Verdichtungsraums mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck her, wodurch das verdichtete Gas, das während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt ist, abführbar ist. Damit steigt der Druck im Verdichtungsraum während des ersten Verdichtungshubs des Kolbenkompressors nach dem Schließen der Kupplung trotz einem erhöhten Druck im Verdichtungsraum durch ein dort eingedrungenes verdichtetes Gas nicht über einen durch das Rückschlagventil festgelegten Höchstwert.In a further embodiment of the reciprocating compressor forms a non-return valve, the venting device, by means of which compressed gas from the compression space can be discharged. Such a check valve is in particular designed so that it then opens and connects the compression chamber with a region of lower pressure, in particular ambient pressure, when the pressure in the compression chamber due to a compressed during a separation of the piston compressor from the drive line from the discharge line back into the compression chamber arrived compressed Gas during a first compression stroke increases so much that threatens damage to the reciprocating compressor or a device connected to the reciprocating compressor. In this case, the check valve establishes a connection of the compression space with a region of lower pressure, in particular ambient pressure, whereby the compressed gas, which has passed from the outlet line back into the compression space during a separation of the piston compressor from the drive device, can be discharged. Thus, the pressure in the compression chamber during the first compression stroke of the reciprocating compressor after closing the clutch despite an increased pressure in the compression chamber by a compressed gas penetrated there does not rise above a set by the check valve maximum value.
Bei einer weiteren Ausführungsform bildet das Einlassventil die Entlüftungseinrichtung. Das Einlassventil ist dabei so ausgebildet, dass damit eine Verbindung zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum erst ab einem Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, der wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar höher ist als der Druck in der Einlassleitung, der im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht. Dabei besteht bei einem Druck im Verdichtungsraum, der unter dem Grenzwert von wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar Überdruck liegt, eine fortwährende Verbindung zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum. So ist ein verdichtetes Gas, das während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung, also im Stillstand des Kolbenkompressors, in den Verdichtungsraum gelangt, durch diese Öffnung des Einlassventils in die Einlassleitung abführbar, ohne dass ein Druckaufbau im Verdichtungsraum des Kompressors erfolgt.In a further embodiment, the inlet valve forms the venting device. The inlet valve is designed such that a connection between the inlet line and the compression chamber can be closed only from a pressure in the compression chamber, which is at least 0.1 bar, preferably at least 0.2 bar and in particular at least 0.5 bar higher than that Pressure in the inlet pipe, which corresponds substantially to the ambient pressure. In this case, at a pressure in the compression chamber, which is below the limit of at least 0.1 bar, preferably at least 0.2 bar and in particular at least 0.5 bar overpressure, there is a continuing connection between the inlet line and the compression space. Thus, a compressed gas that enters the compression chamber during a separation of the piston compressor from the drive device, ie at standstill of the piston compressor, through this opening of the inlet valve in the inlet line can be discharged without a pressure build-up in the compression chamber of the compressor.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors, bei welcher das Einlassventil erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, weist das Einlassventil einen konkav ausgebildeten Ventilsitz insbesondere an der Ventilplatte und eine im Wesentlichen eben ausgebildete Ventilzunge auf, so dass die Ventilzunge erst nach einer durch einen Druck im Verdichtungsraum bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz anliegt. Bei einer derartigen Ausführungsform schließt das Einlassventil erst, wenn während des Verdichtungshubs ein ausreichend hoher Druck im Verdichtungsraum wirkt, welcher die Ventilzunge derart verformt, dass diese dichtend an dem konkav ausgebildeten Ventilsitz anliegt. Solange der Druck im Verdichtungsraum einen niedrigeren Wert aufweist als der Druck, der zum Schließen des Einlassventils führt, ist das Einlassventil geöffnet. So kann durch verdichtetes Gas, das während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt, kein Druckaufbau im Verdichtungsraum bewirkt werden.In one embodiment of the reciprocating compressor, in which the inlet valve is closed only from a predetermined pressure in the compression chamber, the inlet valve has a concave valve seat in particular on the valve plate and a substantially planar formed valve tongue, so that the valve tongue only after one by a pressure caused in the compression space elastic deformation sealingly against the valve seat. In such an embodiment, the inlet valve closes only when a sufficiently high pressure acts in the compression space during the compression stroke, which deforms the valve tongue so that it bears sealingly against the concave valve seat. As long as the pressure in the compression chamber is lower than the pressure that causes the inlet valve to close, the inlet valve is open. Thus, by compressed gas, which passes during the separation of the reciprocating compressor from the drive means from the outlet line back into the compression space, no pressure build-up in the compression chamber can be effected.
Bei einer anderen Ausführungsform des Kolbenkompressors, bei welcher das Einlassventil erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, weist das Einlassventil einen eben ausgebildeten Ventilsitz und eine gebogen ausgebildete Ventilzunge auf. Die Ventilzunge liegt folglich erst nach einer durch den Druck im Verdichtungsraum bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz an. Auch bei dieser Ausführungsform schließt das Einlassventil erst, wenn während eines Verdichtungshubs ein ausreichend hoher Druck im Verdichtungsraum wirkt, welcher die gebogen ausgeführte Ventilzunge derart verformt, dass diese dichtend an dem eben ausgebildeten Ventilsitz anliegt. Auch hier bleibt das Einlassventil geöffnet, solange der Druck im Verdichtungsraum einen geringeren Wert aufweist als der Druck, der insbesondere während eines Verdichtungshubs zum Schließen des Einlassventils führt. So kann auch bei dieser Ausführungsform ein verdichtetes Gas, das während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt, zu keinem Druckaufbau im Verdichtungsraum führen. In another embodiment of the reciprocating compressor, in which the inlet valve can be closed only from a predetermined pressure in the compression chamber, the inlet valve has a flat valve seat and a bent valve tongue. Consequently, the valve tongue is sealingly attached to the valve seat only after an elastic deformation caused by the pressure in the compression space. Also in this embodiment, the inlet valve closes only when during a compression stroke, a sufficiently high pressure acts in the compression space, which deforms the bent valve tongue designed such that it rests sealingly against the flat valve seat. Again, the inlet valve remains open as long as the pressure in the compression chamber has a lower value than the pressure, which leads in particular during a compression stroke to close the inlet valve. Thus, even in this embodiment, a compressed gas that passes from the outlet line back into the compression chamber during the separation of the piston compressor from the drive means, leading to any pressure build-up in the compression chamber.
Bei einer anderen Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet ein Entlüftungskanal die Entlüftungseinrichtung. Durch einen solchen Entlüftungskanal, der insbesondere eine permanente Verbindung zu einem Bereich mit einem gegenüber dem Verdichtungsraum geringeren Druck, insbesondere Umgebungsdruck herstellt, kann Gas von einem Ende des Entlüftungskanals im Verdichtungsraum, der unter einem höheren Druck steht, durch den Entlüftungskanal in einen Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck am anderen Ende des Entlüftungskanals abgeführt werden. Dadurch findet ein Druckausgleich mit dem Verdichtungsraum statt. Sofern also während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung Gas aus der unter Druck stehenden Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt, kann sich dort kein erhöhter Druck aufbauen, da das Gas durch den Entlüftungskanal abgeführt wird.In another embodiment of the reciprocating compressor, a venting channel forms the venting device. By such a vent channel, which in particular produces a permanent connection to an area with respect to the compression space lower pressure, in particular ambient pressure, gas from one end of the vent passage in the compression space, which is at a higher pressure, through the vent passage in a region with less Pressure, in particular ambient pressure to be dissipated at the other end of the vent channel. As a result, a pressure equalization takes place with the compression chamber. If, therefore, during a separation of the piston compressor from the drive device gas from the pressurized outlet line passes back into the compression space, there can be no increased pressure build up because the gas is discharged through the vent channel.
Bei einer Ausführungsform ist wenigstens ein Ende des Entlüftungskanals in der Ventilplatte angeordnet und stellt insbesondere eine Verbindung des Verdichtungsraums zur Umgebung des Kolbenkompressors oder zu dessen Einlasssystem her. Nachteilig an einem permanent geöffneten Entlüftungskanal ist, dass dieser auch während eines Verdichtungshubs ein Entweichen des Gases aus dem Verdichtungsraum ermöglicht, wodurch sich die Effizienz des Kompressors verringert. Bei einer Ausführungsform weist der Entlüftungskanal allerdings einen so geringen Querschnitt auf, dass ein Druckausgleich durch den Entlüftungskanal möglich ist, die Drosselwirkung des geringen Querschnitts des Entlüftungskanals jedoch den Druckfluss eines größeren Volumenstroms während eines Verdichtungshubs verhindert.In one embodiment, at least one end of the vent passage is disposed in the valve plate and in particular establishes a connection of the compression space to the surroundings of the reciprocating compressor or to its inlet system. A disadvantage of a permanently open venting channel is that it also allows for escape of the gas from the compression chamber during a compression stroke, whereby the efficiency of the compressor is reduced. In one embodiment, however, the vent channel has such a small cross-section that a pressure equalization through the vent channel is possible, the throttling action of the small cross-section of the vent passage but prevents the pressure flow of a larger volume flow during a compression stroke.
Eine alternative Gestaltung, welche ein Entweichen des Gases aus dem Verdichtungsraum während eines Verdichtungshubs einschränkt weist ein geeignetes Sperrventil im Entlüftungskanal auf, welches diesen ab einem vorbestimmten Überdruck schließt. Ein hierfür geeignetes Sperrventil ist beispielsweise ein Schwerkraftkugelventil. Vorteilhafterweise ist ein solches Sperrventil robust gegen eine Verschmutzung durch Schmierölverunreinigungen ausgeführt.An alternative design which restricts escape of the gas from the compression space during a compression stroke has a suitable check valve in the vent passage, which closes it from a predetermined overpressure. A suitable check valve is for example a gravity ball valve. Advantageously, such a check valve is robust against contamination by lubricating oil contaminants.
Bei einer anderen Ausführungsform ist wenigstens ein Ende des Entlüftungskanals in der Zylinderwandung angeordnet, der beispielsweise eine Verbindung mit der Umgebung des Kolbenkompressors herstellt. Ausgehend von der Außenseite der Zylinderwandung kann der Entlüftungskanal eine Verbindungseinrichtung in Form einer Leitung aufweisen, welche als Verlängerung des Entlüftungskanals dient und diesen insbesondere mit dem Einlasssystem oder mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses des Kolbenkompressors verbindet. Auch ein solcher Entlüftungskanal bildet eine Öffnung im Verdichtungsraum, durch welche auch während des Verdichtungshubs Gas aus dem Verdichtungsraum entweichen kann, womit die Effizienz des Kolbenverdichters sinkt. Der Entlüftungskanal ist daher insbesondere groß genug ausgelegt, um einen Druckausgleich zu gewährleisten, damit Gasvolumenstrom, der hierdurch während einer Trennung des Kompressors von der Antriebseinrichtung aus dem Verdichtungsraum abgeführt werden kann, mindestens so groß ist, wie der in diesem Zeitabschnitt aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangte Gasvolumenstrom von verdichtetem Gas aus der Auslassleitung.In another embodiment, at least one end of the venting channel is arranged in the cylinder wall, which establishes, for example, a connection with the surroundings of the reciprocating compressor. Starting from the outside of the cylinder wall, the venting channel may have a connecting device in the form of a line which serves as an extension of the venting channel and connects it in particular to the inlet system or to the interior of the crankcase of the reciprocating compressor. Such a venting channel also forms an opening in the compression chamber, through which gas can escape from the compression chamber even during the compression stroke, with the result that the efficiency of the piston compressor drops. The venting channel is therefore designed, in particular, large enough to ensure pressure equalization, so that gas volume flow, which can thereby be removed from the compression space by the drive device during a separation of the compressor, is at least as great as that from the outlet line in this time period the compression space reached gas volume flow of compressed gas from the outlet.
Bei einer Ausführungsform ist der Entlüftungskanal in der Zylinderwandung so angeordnet, dass das eine Ende während des Verdichtungshubs ab einer bestimmten Kolbenstellung vom Kolben passiert und damit verschlossen wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Entlüftungskanal zwischen einer mittleren Hubposition des Kolbens und dessen oberen Totpunkt angeordnet ist. Durch diese Anordnung des Entlüftungskanals ist ein während eines Stillstands des Kolbenkompressors aus dem Auslasskanal zurück in den Verdichtungsraum gelangtes Gas abführbar, um einen Druckaufbau im Verdichtungsraum zu verhindern. Gleichzeitig wird ein Entweichen von Gas aus dem Verdichtungsraum verhindert, sobald ein Kolbenring die Öffnung des Entlüftungskanals bei der Bewegung hin zum oberen Totpunkt passiert hat.In one embodiment, the venting channel is arranged in the cylinder wall so that one end passes from the piston during the compression stroke from a certain piston position and thus is closed. This is the case in particular when the venting channel is arranged between an average stroke position of the piston and its top dead center. By virtue of this arrangement of the venting channel, gas which has returned from the outlet channel back into the compression chamber during a standstill of the piston compressor can be discharged in order to prevent pressure build-up in the compression chamber. At the same time, escape of gas from the compression space is prevented as soon as a piston ring has passed through the opening of the ventilation channel during the movement towards top dead center.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors ist im Entlüftungskanal bzw. in einer damit verbundenen Verbindungseinrichtung ein Rückschlagventil oder ein Sperrventil angeordnet. Ein solches Rückschlag- oder Sperrventil kann einerseits ein Entweichen von Gas während eines Verdichtungshubs des Kolbenkompressors aus dem Verdichtungsraum vermeiden, andererseits kann ein solches Rückschlag- oder Sperrventil auch dazu dienen, ein Ansaugen von möglicherweise verunreinigtem Gas insbesondere aus dem Kurbelgehäuse in den Verdichtungsraum verhindern.In one embodiment of the reciprocating compressor, a check valve or a check valve is arranged in the venting channel or in a connecting device connected thereto. On the one hand, such a check valve can prevent the escape of gas during a compression stroke of the piston compressor from the compression chamber, and on the other hand, such a check valve can also serve to prevent the intake of potentially contaminated gas, in particular from the crankcase, into the compression chamber.
Obwohl vorausgehend im Zusammenhang mit den Bauteilen des Kolbenkompressors jeweils der Kolben, der Zylinder, der Zylinderkopf usw. adressiert ist, treffen die hierzu beschriebenen Eigenschaften jeweils auch auf einen Kolbenkompressor mit zwei oder mehr dieser Elemente zu, da die vorliegende Erfindung nicht nur für einstufige Kolbenkompressoren sondern auch für mehrstufige Kolbenkompressoren Verwendung finden kann.Although the piston, the cylinder, the cylinder head, etc. have been previously addressed in connection with the components of the reciprocating compressor, the characteristics described herein apply to a reciprocating compressor having two or more of these elements, since the present invention is not limited to single-stage reciprocating compressors but also for multi-stage reciprocating compressors can be used.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures.
In den Figuren zeigen: In the figures show:
Die Kurbelwelle
Oberhalb des Kolbens
An der Ventilplatte
Das Auslassventil
Gelangen Verunreinigungen aus dem Verdichtungsraum
Der in
Gelangt nun während des Stillstands des Kolbenkompressors
Der in
Gelangt nun während des Stillstands des Kolbenkompressors
Beim erneuten Starten des Kolbenkompressors
Der in
Falls bei der in
Der in
In der in
In
Auch der in
Wie in
Der in
Der in
Die Ventilzunge
Bei einer anderen, nicht gezeigten aber in gleicher Weise wirkenden Ausführungsform des Kolbenkompressors
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 33
- Kupplungclutch
- 1010
- Kolbenkompressorpiston compressor
- 1111
- Kurbelwellecrankshaft
- 1212
- Pleuelpleuel
- 1313
- Kolbenpiston
- 1414
- Zylindercylinder
- 1515
- Kurbeltriebcrankshaft
- 1616
- Kurbelgehäusecrankcase
- 1717
- Verdichtungsraumcompression chamber
- 2020
- Ventilplattevalve plate
- 2121
- Einlassventilintake valve
- 21a21a
- Ventilzungevalve tongue
- 21b21b
- Anlageelementcontact element
- 21c21c
- Ventilöffnungvalve opening
- 2222
- Einlassleitunginlet line
- 2323
- Einlasssystemintake system
- 2424
- Zylinderkopfvolumen (Einlass)Cylinder head volume (inlet)
- 2626
- Auslassventiloutlet valve
- 26a26a
- Ventilzungevalve tongue
- 26b26b
- Ventilsitzvalve seat
- 26c26c
- Anlageelementcontact element
- 2727
- Auslassleitungoutlet pipe
- 27a27a
- Zylinderkopfvolumen (Auslass)Cylinder Head Volume (Outlet)
- 2828
- Auslassöffnungoutlet
- 3131
- 2/2-Wegeventil2/2 way valve
- 31a31a
- Steuerleitungcontrol line
- 3232
- Rückschlagventilcheck valve
- 32a32a
- Steuerleitungcontrol line
- 3333
- Rückschlagventilcheck valve
- 3434
- Entlüftungskanalvent channel
- 3535
- Entlüftungskanalvent channel
- 3636
- Entlüftungskanalvent channel
- 3737
- Entlüftungskanalvent channel
- 3838
- Rückschlagventilcheck valve
- 3939
- Rückschlagventilcheck valve
- 4040
- SchwerkraftkugelventilGravity ball valve
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