DE102018124757B4

DE102018124757B4 - Elektrisch angetriebene Verdichteranordnung

Info

Publication number: DE102018124757B4
Application number: DE102018124757.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Nickl; Eberhard Bredel
Original assignee: Nabtesco Automotive Corp
Current assignee: Nabtesco Automotive Corp Jp
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2038-10-09
Also published as: CN111005855B; CN111005855A; DE102018124757A1; CN116025540A

Abstract

Elektrisch angetriebene Verdichteranordnung, umfassend- einen Kompressor (1), der mindestens einen Zylinderblock (12) mit mindestens einer Zylinderbohrung aufweist, in der ein Kolben hin und her beweglich angeordnet ist und der mittels eines Pleuels mit einer Kurbelwelle (14) verbunden ist, die in einem Kurbelgehäuse (11) drehbar gelagert ist, wobei die Zylinderbohrung durch einen Zylinderkopf (13) verschlossen ist, wodurch zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf (13) ein Kompressionsraum gebildet ist und wobei der Zylinderkopf (13) mindestens ein Einlassventil und ein mindestens ein Auslassventil aufweist,- einen Elektromotor (2) mit einem Motorgehäuse (21), einem Stator und einem Rotor, der eine drehbar gelagerte Rotorwelle aufweist, wobei- der Elektromotor (2) einen von der Rotorwelle angetriebenen Lüfter (22) aufweist, der im Betrieb einen Luftstrom zur Kühlung des Elektromotors (2) erzeugt, wobei ein von dem Kompressor (1) verdichteter Luftstrom zur Kühlung durch einen in dem Luftstrom des Lüfters (22) angeordneten Wärmetauscher (3) geleitet wird, und der Wärmetauscher (3) mindestens ein Lamellenrohr umfasst, welches das Motorgehäuse (21) mit geringem Abstand zumindest teilweise umgreifend angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrisch angetriebenen Verdichteranordnungen, die einen Kompressor und einen Elektromotor umfassen.
Kompressoren weisen mindestens einen Zylinderblock mit einer oder mehreren Zylinderbohrungen auf, in denen je ein Kolben hin und her beweglich ist. Der Kolben ist mittels eines Pleuels mit einer Kurbelwelle verbunden, die in einem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist und die dem Antrieb des Kompressors dient. Die Zylinderbohrung ist durch einen Zylinderkopf verschlossen, wodurch zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf ein Kompressionsraum gebildet ist. Um unkomprimierte Luft in den Kompressionsraum einzuleiten und komprimierte Luft aus dem Kompressionsraum herauszuleiten, weist der Zylinderkopf üblicherweise für jede Zylinderbohrung mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil auf.
Elektrisch angetriebene Verdichteranordnungen weisen neben dem Kompressor einen Elektromotor auf, der in vielen Fällen an das Kurbelgehäuse angeflanscht ist. Diese Flanschverbindung muss abgedichtet werden.
Die Rotorwelle des Elektromotors ist dabei üblicherweise mittels einer Kupplung mit der Kurbelwelle des Kompressors verbunden. Die Kupplung ist ein zusätzliches Bauteil, das sich auf den Preis der Verdichteranordnung auswirkt.
Aus DD 238 645 A1 ist ein Kolbenverdichter mit auf dem Wellenende des Elektromotors direkt aufgeschobenem Kurbeltrieb bekannt. DE 10 2007 042 318 A1 beschreibt einen Kolbenverdichter, bei dem die Rotorwelle des Elektromotors und die Kurbelwelle des Kompressors einstückig ausgeführt sind. Bei beiden Verdichtern sind das Kurbelgehäuse des Kompressors und das Motorgehäuse des Elektromotors einstückig ausgeführt.
US 2015/0075369 A1 beschreibt eine Verdichteranordnung, bei der die Kurbelwelle eines zweistufigen Kompressors an einem Ende mit einem den Kompressor antreibenden Elektromotor verbunden ist, der einen Lüfter zum Kühlen des Elektromotors aufweist, und am anderen Ende mit einem Lüfter verbunden ist, der zwei Wärmetauscher zum Kühlen der komprimierten Luft mit einem Kühlluftstrom beaufschlagt.
Aus DE 199 08 308 A1 ist ein Kompressor mit Zylindern in liegender Anordnung bekannt, der in einem Gehäuse so angeordnet ist, dass die Kurbelwelle vertikal gerichtet ist und unterhalb der Zylinder ein Antriebsaggregat mit einem Lüfter angeordnet ist, der einen aufwärts am Antriebsaggregat und an den Zylindern entlang führenden Luftstrom erzeugt, und die aus den Zylindern austretende Druckluft in Leitungen geführt ist, die um das Kurbelgehäuse herumgeführt und dem Luftstrom ausgesetzt sind.
Wird eine derartige Verdichteranordnung in einem Fahrzeug verwendet, so wird sie üblicherweise in den Ölkreislauf des Fahrzeugs eingebunden, um die Lager der Kurbelwelle und des Pleuels sowie die Reibpaarung Kolben-Zylinderbohrung zu schmieren. Anderenfalls wird ein eigener Ölkreislauf mit einer eigenen Ölpumpe hinzugefügt, was wiederum die Kosten in die Höhe treibt.
Um die verdichtete Luft - insbesondere bei zweistufigen Kompressoren - zu kühlen, wird meist ein zusätzlicher Wärmetauscher mit einem eigenen, elektrisch angetriebenen Lüfter verwendet, der groß ist und die Gesamtkosten der Verdichteranordnung in die Höhe treibt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine elektrisch angetriebene Verdichteranordnung dahingehend zu verbessern, dass die Kühlung der durch den Kompressor verdichteten Luft vereinfacht wird, der Bauraumbedarf gesenkt wird, der Aufbau stark vereinfacht wird und die Verdichteranordnung daher kostengünstig herstellbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, Probleme mit der Abdichtung zu vermeiden.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die in den Ansprüchen beschriebenen Verdichteranordnungen.
Vorgeschlagen wird dazu eine elektrisch angetriebene Verdichteranordnung, umfassend einen Kompressor, der mindestens einen Zylinderblock mit mindestens einer Zylinderbohrung aufweist, in der ein Kolben hin und her beweglich angeordnet ist und der mittels eines Pleuels mit einer Kurbelwelle verbunden ist, die in einem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist, wobei die Zylinderbohrung durch einen Zylinderkopf verschlossen ist, wodurch zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf ein Kompressionsraum gebildet ist und wobei der Zylinderkopf mindestens ein Einlassventil und ein mindestens ein Auslassventil aufweist, und einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse, einem Stator und einem Rotor, der eine drehbar gelagerte Rotorwelle aufweist.
Eine solche Verdichteranordnung kann erfindungsgemäß gemäß einem oder mehreren der nachfolgend beschriebenen Aspekte weitergebildet sein, um eine oder mehrere der oben beschrieben Aufgaben zu lösen, wobei die verschiedenen beschriebenen Aspekte in beliebiger Weise kombiniert sein können.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Elektromotor in an sich bekannter Weise einen von der Rotorwelle angetriebenen Lüfter aufweist, der im Betrieb einen Luftstrom zur Kühlung des Elektromotors erzeugt, wobei außerdem ein von dem Kompressor verdichteter Luftstrom zur Kühlung durch einen in dem vom Lüfter des Elektromotors erzeugten Luftstrom angeordneten Wärmetauscher geleitet wird, der mindestens ein Lamellenrohr umfasst, welches das Motorgehäuse mit geringem Abstand zumindest teilweise umgreifend angeordnet ist. Dadurch kann auf die aufwändige Installation eines separaten Wärmetauschers mit einem eigenen, elektrisch angetriebenen Lüfter verzichtet werden.
Um die Kühlleistung besonders effektiv zu erhöhen, kann bei einem zweistufigen Kompressor beispielsweise vorgesehen sein, dass der von dem Kompressor verdichtete Luftstrom von einem Auslassventil der ersten Verdichterstufe durch einen ersten Wärmetauscher zu einem Einlassventil der zweiten Verdichterstufe geleitet wird und von einem Auslassventil der zweiten Verdichterstufe durch einen zweiten Wärmetauscher zu einer Entnahmestelle geleitet wird.
Dabei kann in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Verdichteranordnung ein Außengehäuse aufweist, das den von dem Lüfter des Elektromotors erzeugten Luftstrom über den oder die Wärmetauscher leitet. Dieses Außengehäuse kann außerdem wesentlich dazu beitragen, die Geräuschemissionen des Kompressors zu dämpfen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann bei einer solchen Verdichteranordnung vorgesehen sein, dass die Rotorwelle des Elektromotors und die Kurbelwelle des Kompressors kupplungslos fest miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sind. Durch die vorgeschlagene Ausführung einer mit der Rotorwelle des Elektromotors zu einer Einheit kombinierten Kurbelwelle des Kompressors kann auf die sonst übliche Kupplung zwischen Kompressor und Elektromotor verzichtet werden, so dass die Verdichteranordnung kostengünstiger herstellbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Kurbelgehäuse des Kompressors und das Motorgehäuse des Elektromotors einstückig ausgeführt sind. Hierdurch wird erreicht, dass die Verdichteranordnung insgesamt kleiner baut als bei einem Kompressor mit angeflanschtem Elektromotor. Gleichzeitig kann auf die Abdichtung zwischen Kompressor und Elektromotor verzichtet werden, wodurch die Verdichteranordnung zuverlässiger und kostengünstiger herstellbar ist. Beispielsweise kann der Stator des Elektromotors einfach in das kompakte, einstückige Gehäuse eingepresst werden. Anschließend kann der Rotor auf die Rotorwelle geschoben und darauf arretiert werden.
Die vorgeschlagene Verdichteranordnung kann weiterhin beispielsweise so ausgeführt sein, dass der Kompressor zwei Zylinderbohrungen mit je einem Kolben aufweist, die als zwei Verdichterstufen in Reihe geschaltet sind, wobei ein Auslassventil der ersten Verdichterstufe mit einem Einlassventil der zweiten Verdichterstufe kommunizierend verbunden ist. Dabei kann jede Zylinderbohrung in einem eigenen Zylinderblock angeordnet sein, und beide Zylinderblöcke mit dem Kurbelgehäuse verbunden und durch je einen Zylinderkopf verschlossen sein. Die Anordnung der Zylinderblöcke kann beispielsweise V-förmig sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen

1 und 2 zwei verschiedene perspektivische Darstellungen des Ausführungsbeispiels einer Verdichteranordnung mit einem zweistufigen Luftkompressor 1 mit einer Zwischenkühlung zwischen der ersten Verdichterstufe und der zweiten Verdichterstufe sowie mit einer Nachkühlung nach der zweiten Verdichterstufe.

Die Motorwelle des Elektromotors 2 und die Kurbelwelle des Kompressors 1 sind ohne eine Kupplung fest miteinander verbunden und bilden eine Einheit. Damit entfällt die sonst allgemein übliche Kupplung zwischen dem Elektromotor 2 und dem Kompressor 1. Das Motorgehäuse 21 des Elektromotors 2 und das Kurbelgehäuse 11 des Kompressors 1 sind darüber hinaus als ein Bauteil ausgeführt. Außerdem sind auch die beiden V-förmig angeordneten Zylinderblöcke 12 des Kompressors 1 mit dessen Kurbelgehäuse 11 einstückig ausgeführt, und jeder Zylinderblock 12 verfügt über einen eigenen Zylinderkopf 13. Rotor und Stator des Elektromotors 2 sind in das Motorgehäuse 21 des Elektromotors 2 eingepresst.
Die Kühlung der verdichteten Luft erfolgt mittels eines Luftstroms, der durch einen Lüfter 22 des Elektromotors 2 erzeugt wird, der an der dem Kompressor 1 gegenüberliegenden Seite des Elektromotors 2 angeordnet ist und gleichzeitig auch den Elektromotor 2 kühlt. Die verdichtete Luft fließt durch Wärmetauscher 3, die spezielle Lamellenrohre umfassen, die besonders gerippt sind und damit eine große Oberfläche aufweisen. Der Luftstrom wird von einem Auslassventil der ersten Verdichterstufe durch einen ersten Wärmetauscher zu einem Einlassventil der zweiten Verdichterstufe geleitet und von einem Auslassventil der zweiten Verdichterstufe durch einen zweiten Wärmetauscher zu einer Entnahmestelle geleitet. Die Lamellenrohre 3 umschließen den Elektromotor 2 und werden somit von dem Luftstrom, der vom Lüfter 22 des Elektromotors 2 erzeugt wird, umspült und dadurch gekühlt. Ein separater Wärmetauscher wie sonst üblich entfällt somit.
Bezugszeichenliste

1: Kompressor
11: Kurbelgehäuse
12: Zylinderblock
13: Zylinderkopf
2: Elektromotor
21: Motorgehäuse
22: Lüfter
3: Wärmetauscher

Claims

Elektrisch angetriebene Verdichteranordnung, umfassend - einen Kompressor (1), der mindestens einen Zylinderblock (12) mit mindestens einer Zylinderbohrung aufweist, in der ein Kolben hin und her beweglich angeordnet ist und der mittels eines Pleuels mit einer Kurbelwelle (14) verbunden ist, die in einem Kurbelgehäuse (11) drehbar gelagert ist, wobei die Zylinderbohrung durch einen Zylinderkopf (13) verschlossen ist, wodurch zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf (13) ein Kompressionsraum gebildet ist und wobei der Zylinderkopf (13) mindestens ein Einlassventil und ein mindestens ein Auslassventil aufweist, - einen Elektromotor (2) mit einem Motorgehäuse (21), einem Stator und einem Rotor, der eine drehbar gelagerte Rotorwelle aufweist, wobei - der Elektromotor (2) einen von der Rotorwelle angetriebenen Lüfter (22) aufweist, der im Betrieb einen Luftstrom zur Kühlung des Elektromotors (2) erzeugt, wobei ein von dem Kompressor (1) verdichteter Luftstrom zur Kühlung durch einen in dem Luftstrom des Lüfters (22) angeordneten Wärmetauscher (3) geleitet wird, und der Wärmetauscher (3) mindestens ein Lamellenrohr umfasst, welches das Motorgehäuse (21) mit geringem Abstand zumindest teilweise umgreifend angeordnet ist.
Verdichteranordnung nach Anspruch 1, bei der der von dem Kompressor (1) verdichtete Luftstrom von einem Auslassventil der ersten Verdichterstufe durch einen ersten Wärmetauscher zu einem Einlassventil der zweiten Verdichterstufe geleitet wird und von einem Auslassventil der zweiten Verdichterstufe durch einen zweiten Wärmetauscher zu einer Entnahmestelle geleitet wird.
Verdichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, die ein Außengehäuse aufweist, das den von dem Lüfter (22) des Elektromotors erzeugten Luftstrom über den oder die Wärmetauscher (3) leitet.
Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Rotorwelle des Elektromotors (2) und die Kurbelwelle (14) des Kompressors (1) kupplungslos fest miteinander verbunden oder einstückig ausgeführt sind.
Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Kurbelgehäuse (11) des Kompressors (1) und das Motorgehäuse (21) des Elektromotors (2) einstückig ausgeführt sind.
Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Kompressor (1) zwei Zylinderbohrungen mit je einem Kolben aufweist, die als zwei Verdichterstufen in Reihe geschaltet sind, wobei ein Auslassventil der ersten Verdichterstufe mit einem Einlassventil der zweiten Verdichterstufe kommunizierend verbunden ist.