DE102018120027A1 - Zylinderkopf für einen Kompressor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Zylinderkopf für einen Hubkolbenverdichter zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, umfassend ein Zylinderdeckel und eine Ventilträgerplatte, vorgeschlagen, der wie folgt Aufgebaut ist und folgende Merkmale aufweist.Zwischen Zylinderdeckel und Ventilträgerplatte ist ein Zwischenelement angeordnet und zwischen Ventilträgerplatte und Zwischenelement sowie zwischen Zylinderdeckel und Zwischenelement sind mehrere Kanalabschnitte und/oder Kammern angeordnet bzw. werden durch diese gebildet, durch die unterschiedliche Medienströme leitbar sind.Zur Verbesserung der Effizienz des Hubkolbenverdichters sind im Zylinderkopf Isolierkammern vorgesehen, die die Kanalabschnitte und/oder Kammern zumindest bereichsweise thermisch voneinander isolieren.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für einen Kompressor, insbesondere einen Hubkolbenkompressor für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, der zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, insbesondere Luft, für den Einsatz in einer Druckluftversorgungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, geeignet ist.
• Hubkolbenverdichter bzw. Verdichter oder Luftpresser dienen der Kompression von Gasen, z. B. Luft, die als Arbeitsmedium zum Betrieb verschiedener Aggregate in einem Kraftfahrzeug genutzt wird.
• Der Hubkolbenverdichter besteht im Wesentlichen aus einem Grundkörper, bzw. Kurbelwellengehäuse oder Zylindergehäuse, in dem mindestens ein Hubkolben angeordnet ist, und einem Zylinderkopf. Im Betrieb wird Umgebungsluft über einen Einlasskanal in den Hubkolbenraum eingesaugt, verdichtet und anschließend über einen Kanal weitergeleitet. Bei einem mehrstufigen Hubkolbenverdichter erfolgt die Weiterleitung der verdichteten Luft in eine weitere bzw. nachfolgende Verdichterstufe und wird dort weiter verdichtet. Die komprimierte Luft wird anschließend über eine Luftaufbereitungseinheit in den Druckluftbehälter geleitet.
• Ein derartiger Zylinderkopf ist beispielsweise aus der DE 10 2015 225 069 A1 bekannt und setzt sich aus mehreren Bauteilen zusammen, die schichtweise übereinander angeordnet sind. Die Bauteile bilden unterschiedliche Kanäle oder Kammern, durch die Luft oder ein Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser strömt. Zur Kühlung der komprimierten Luft wird die Kanalführung durch den Zylinderkopf bzw. durch die einzelnen Bauteile des Zylinderkopfs derart gewählt, dass der Kanal möglichst lang ist und möglichst nah an dem Kühlmittelkanal vorbeiführt. Durch die kompakte Bauweise des Zylinderkopfes lässt es sich allerdings nicht vermeiden, dass ein Temperaturaustausch zwischen den Luftströmen, die durch den Zylinderkopf geführt werden und unterschiedliche Temperaturen aufweisen, stattfindet.
• Die Wärmeübertragung zwischen den Luftströmen mit unterschiedlichen Temperaturen erfolgt dabei über die Trennwände der Kanäle. Durch die metallische Ausführung dieser Trennwände ist die Wärmeleitfähigkeit sehr gut. Nachteilig ist, dass diese Wärmeübertragung den Wirkungsgrad des Hubkolbenverdichters negativ beeinflusst.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Zylinderkopfaufbau derart zu verbessern, dass die Effizienz des Hubkolbenverdichters verbessert wird.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zylinderkopfausführung gelöst die derart aufgebaut ist, dass eine unerwünschte Wärmeübertragung zwischen zwei Fluidströmungen minimiert wird. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
• Es wird ein Zylinderkopf für einen Hubkolbenverdichter zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, umfassend ein Zylinderdeckel und eine Ventilträgerplatte, vorgeschlagen, der wie folgt Aufgebaut ist und folgende Merkmale aufweist.
• Zwischen Zylinderdeckel und Ventilträgerplatte ist ein Zwischenelement angeordnet und zwischen Ventilträgerplatte und Zwischenelement sowie zwischen Zylinderdeckel und Zwischenelement sind mehrere Kanalabschnitte und/oder Kammern angeordnet bzw. werden durch diese gebildet, durch die unterschiedliche Medienströme leitbar sind. Zur Verbesserung der Effizienz des Hubkolbenverdichters sind im Zylinderkopf eine oder mehr Isolierkammer vorgesehen, die die Kanalabschnitte und/oder Kammern zumindest bereichsweise thermisch voneinander isolieren.
• In einer bevorzugten Ausführung, zum Beispiel bei einem einstufigen Hubkolbenverdichter, sind ein Einlassraum und ein Auslassraum vorgesehen, zwischen denen die Isolierkammer angeordnet ist. Bei Mehrkolbenverdichtern oder auch mehrstufigen Verdichtern, können auch weitere Isolierkammern zwischen unterschiedlichen Temperaturbereichen angeordnet sein.
• Weiterhin kann im Zylinderkopf ein Auslasskanal vorgesehen sein, wobei der Isolierkanal den Einlassraum und den Auslassraum zumindest bereichsweise gegenüber dem Auslasskanal thermisch isoliert.
• Die Isolierkammern können im Wesentlichen durch Vertiefungen in der Ventilträgerplatte und/oder im Zylinderdeckel gebildet werden. Dabei werden die Vertiefungen dann mittels des Zwischenelements verschlossen.
• Vorzugweise enthalten die Isolierkammern eingeschlossen Umgebungsluft. Bei der Montage brauch somit kein zusätzlicher Arbeitsschritt eingeplant werden. Alternativ können die Isolierkammern aber auch mit einem Isoliermaterial gefüllt sein oder Vakuum enthalten.
• Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Zwischenelement Verbindungsöffnungen aufweist, die Kanalabschnitte und/oder Kammern in der Ventilträgerplatte und im Zylinderdeckel miteinander verbinden. So können der Luftstrom und/oder der Kühlmediumstrom von einer Ebene in eine andere gelangen. Das Zwischenelement kann auch ein Dichtelement sein.
• In einer Ausführung kann der Zylinderkopf ein Zylinderkopf für einen mehrstufigen Hubkolbenverdichter sein, wobei zwischen den Auslasskammern der Verdichterstufen die Einlasskammern der Verdichterstufen angeordnet sind.
• Weiterhin kann zwischen der Auslasskammer und der Einlasskammer der zweiten Verdichterstufe und/oder zwischen der Einlasskammer der zweiten Verdichterstufe und der Einlasskammer der ersten Verdichterstufe eine Isolierkammer angeordnet sein.
• Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
• 1 Hubkolbenverdichter mit Zylinderkopf (Schnitt B-B)
• 2 Draufsicht auf den Zylinderkopf (Schnitt A-A)
• 3 Alternativer Aufbau für einen Zylinderkopf
• 1 zeigt einen zweistufigen Hubkolbenverdichter 1 bzw. Kompressor mit Zylinderkopf 2 im Schmitt. Der Schnittverlauf ist aus 2 zu entnehmen. Der Zylinderkopf 2 setzt sich zusammen aus der Ventilträgerplatte 5, dem Zylinderkopfdeckel 7 und einem dazwischen angeordneten Zwischenelement 6.
• 2 zeigt eine Draufsicht auf den Zylinderkopf 2, wobei der Schnittverlauf A-A aus 1 zu entnehmen ist.
• Der Hubkolbenverdichter 1 weist eine Wasserkühlung auf, die durch das Zylindergehäuse 3 und durch den Zylinderkopf 2 verläuft. Nicht zu erkennen ist der genaue Verlauf der Kühlmittelkanäle 8.1 und 8.2, die miteinander verbunden sind, so dass ein Kühlmittelstrom durch beide Bereiche strömen kann.
• Wie aus den 1 und 2 weiterhin zu entnehmen ist, verlaufen zwischen Ventilträgerplatte 5 und Zwischenelement 6 sowie zwischen Zylinderdeckel 7 und Zwischenelement 6 mehrere Kanalabschnitte 8.1, 10 und mehrere Kammern 14.1, 14.2, 15.2 und 15.2 vorhanden. Weiterhin sind im Zylinderkopf 2 mehrere Isolierkammern 9.1, 9.2 angeordnet.
• Die Isolierkammern 9.1 und 9.2 sind in diesem Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass insbesondere der Kanalabschnitt 10, durch den die heiße Druckluft der zweiten Verdichterstufe 18 zur Auslassöffnung 20 geleitet wird, von den Kammern 14.1, 14.2, 15.1 und 15.2 isoliert wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass es zu einer unerwünschten Erwärmung der Ansaugluft, insbesondere der kühlen Umgebungsluft, und der vorkomprimierten Luft, die von der ersten Verdichterstufe 17 zur zweiten Verdichterstufe 18 geleitet wird, kommt.
  Der Verlauf der Isolierkammern ist aus 2 zu entnehmen, wobei zu erkennen ist, dass mittels der Isolierkammern nicht unbedingt eine vollständige Abschottung zwischen heißen und kalten Luftströmen erreicht wird. Durch die teilweise Isolierung wird die direkte Wärmeübertragung durch die metallischen Zwischenwände aber zumindest stark reduziert.
• Wie zu erkennen, sind die Isolierkammern 9.1 und 9.2 abgeschlossene Hohlräume, die im Wesentlichen durch Vertiefungen in der Ventilträgerplatte 5 und im Zylinderdeckel 7 gebildet werden und durch das Zwischenelement 6 verschlossen sind. Die Isolierkammern 9.1 und 9.2 sind mit Umgebungsluft gefüllt, die bei der Montage eingeschlossen wurde.
• Bei zweistufigen Hubkolbenverdichtern 1 ist es wesentlich, dass die vorkomprimierte Luft aus der ersten Verdichterstufe 17 möglichst weit runtergekühlt wird, bevor sie in die zweite Verdichterstufe 18 über den Einlassraum 14.2 eingesaugt wird. Um dies zu erreichen wird der Luftstrom von dem Auslassraum 15.1 der ersten Verdichterstufe 17 durch einen Verbindungskanal 19 im Zylindergehäuse 3 geleitet. Die Wände des Verbindungskanals 19 stehen einmal mit dem Kühlkanal 8.2 in Kontakt und weisen zudem eine große Kühlfläche gegenüber der Umgebungsluft auf.
• 3 zeigt einen alternativen Aufbau für einen Zylinderkopf 1. Dieser unterscheidet sich im Wesentlichen durch die Anordnung der Kanäle und Kammern. So sind die Isolierkammern 9.3 hier zwischen dem Verbindungskanal 19 und dem Druckluftkanal 10 angeordnet. Die Isolierkammer 9.3 ist in die Ventilträgerplatte 5 eingearbeitet und wird durch das Dichtelement 4 verschlossen.
• Bezugszeichenliste

1

Kompressor

2

Zylinderkopf

3

Zylindergehäuse

4

Dichtungselement

5

Ventilträgerplatte

6

Zwischenelement

7

Zylinderdeckel

8

Kühlmittelkanal

9.1... 9.3

Isolierkammer

10

Druckluftkanal

11

Ansaugluftkanal zweite Stufe

12

Auslassventil

13

Einlassventil

14.1, 14.2

Einlassraum

15.1, 15.2

Auslassraum

16

Hubkolbenraum

17

erste Verdichterstufe

18

zweite Verdichterstufe

19

Verbindungskanal

20

Auslassöffnung

• 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 102015225069 A1 [0004]

Claims (10)

1. Zylinderkopf (2) für einen Hubkolbenverdichter zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, umfassend einen Zylinderdeckel (7) und eine Ventilträgerplatte (5), wobei - zwischen Zylinderdeckel (7) und Ventilträgerplatte (5) ein Zwischenelement (6) angeordnet ist; - zwischen Ventilträgerplatte (5) und Zwischenelement (6) sowie zwischen Zylinderdeckel (7) und Zwischenelement (6) mehrere Kanalabschnitte (8.1,10) und/oder Kammern (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) gebildet werden, durch die unterschiedliche Medienströme leitbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (2) eine Isolierkammer (9.1 ... 9.3) vorgesehen ist, die die Kanalabschnitte (8.1, 10) und/oder Kammern (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) zumindest bereichsweise thermisch voneinander isolieren.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlassraum (14.1, 14.2) und ein Auslassraum (15.1, 15.2) vorgesehen sind, zwischen denen die Isolierkammer (9.1) angeordnet ist.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslasskanal 10 vorgesehen ist, wobei der Isolierkanal (9.1) den Einlassraum (14.1, 14.2) und den Auslassraum (15.1, 15.2) zumindest bereichsweise gegenüber dem Auslasskanal (10) thermisch isoliert.
4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierkammern (9.1... 9.3) im Wesentlichen durch Vertiefungen in der Ventilträgerplatte (5) und/oder im Zylinderdeckel (7) gebildet werden.
5. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierkammer (8.1, 8.2, 8.3) eingeschlossene Umgebungsluft enthält.
6. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierkammer (8.1, 8.2, 8.3) mit einem Isoliermaterial gefüllt ist oder Vakuum enthält.
7. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (6) Verbindungsöffnungen aufweist, die Kanalabschnitte (8.1, 10) und/oder Kammern (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) in der Ventilträgerplatte (5) und im Zylinderdeckel (7) miteinander verbinden.
8. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (6) ein Dichtelement ist.
9. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (2) ein Zylinderkopf (1) für einen mehrstufigen Hubkolbenverdichter ist, wobei zwischen den Auslasskammern (15.1, 15.2) der Verdichterstufen (17, 18) die Einlasskammern (14.1, 14.2) der Verdichterstufen (17, 18) angeordnet sind.
10. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Auslasskammer (15.2) und der Einlasskammer (14.2) der zweiten Verdichterstufe (18) und/oder zwischen der Einlasskammer (14.2) der zweiten Verdichterstufe (18) und der Einlasskammer (14.1) der ersten Verdichterstufe (17) eine Isolierkammer (9.1) angeordnet ist.

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