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Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, insbesondere für die Drucklufterzeugung in Kraftfahrzeugen, mit einer Energiespareinrichtung. Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Hubkolbenkompressoren für den Kraftfahrzeugbau, insbesondere Nutzfahrzeugbau, welche vornehmlich zur Erzeugung von Druckluft für Druckluftanlagen im Kraftfahrzeug verwendet werden.
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Ist der Kolbenverdichter permanent mit der Arbeitsmaschine verbunden, so muss für seinen Betrieb auch permanent Arbeit aufgewendet werden. Zur Regelung der Fördermenge derartiger Kolbenverdichter sowie zur Regelung des Drucks in nachgeschalteten Verbrauchern, beispielsweise einer Bremsanlage, sind Einrichtungen zur Energieeinsparung allgemein bekannt.
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Bei Kolbenverdichtern der gattungsgemäßen Art sind Einlassventile und Auslassventile an einer Ventilträgerplatte angeordnet, die zwischen Zylinder und Zylinderkopf angeordnet ist oder Bestandteil des Zylinderkopfes ist.
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Aus
US 8 960 073 B2 ist ein Energiesparsystem bekannt, mit dessen Hilfe die zum Betrieb des Kolbenverdichters nötige Energie möglichst gering gehalten wird, indem eine Entlastungsbohrung beispielsweise durch eine im Zylinder, genauer an der Unterseite der Ventilträgerplatte, angeordnete Schieberplatte geöffnet wird, wenn gerade keine Druckluft benötigt wird.
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Die Druckschrift
DE 34 46 096 A1 offenbart eine Sitzventileinrichtung mit einem Ventilsitz und einem relativ dazu bewegbaren Ventilstößel sowie einem Anschlag zur Hubbegrenzung des Ventilstößels. Der Ventilstößel hat einen Schaft, dessen mittlerer Bereich eine Querschnittsverringerung zwecks Erhöhung der Dehnfähigkeit aufweist. Der Anschlag des Ventilstößels ist ringförmig nach Art einer Tellerfeder ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Formgebung des Ventilstößels und des Anschlages werden beim Öffnen und Schließen der Sitzventileinrichtung schlagartig auftretende Materialbeanspruchungen teilweise elastisch so kompensiert, dass ein Bruch des Schaftes, eine Verformung des Ventilkolbens und des Anschlages im Bereich der Anschlagflächen, sowie eine Zerstörung der Dichtfläche am Stößelkopf und am Ventilsitz vermieden wird.
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Die Druckschrift
DE 39 30 814 A1 beschreibt einen Kolbenverdichter, insbesondere für die Drucklufterzeugung in Kraftfahrzeugen, bei dem es zum Zwecke optimaler Leistungseinsparung erwünscht ist, bei Erreichen eines vorbestimmten Druckniveaus im Leerlaufbetrieb zu fahren. Hierzu ist im Zylinderkopf des Kolbenverdichters ein Umschaltventil vorgesehen, welches durch einen z. B. von einem Druckregler oder von einem Druckluftbehälter gespeisten Steuerdruck in eine Position schaltbar ist, in welcher die Verbindung zwischen dem Druckraum des Kolbenverdichters und dem an einen Verbraucher bzw.
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Vorratsbehälter angeschlossenen Druckanschlussraum gesperrt ist, während gleichzeitig der Verdichtungsraum über eine Leerlaufverbindung mit dem Druckraum und zusätzlichen Kammern im Zylinderkopf in Verbindung steht, derart, dass im Leerlaufbetrieb wechselweise Luft zwischen dem Verdichtungsraum und dem Druckraum einschließlich der Kammern hin- und hergeschoben wird. Das Umschaltventil sperrt in Normallage, d. h. bei normalem Pumpbetrieb des Kolbenverdichters, unter Federkraft mittels einer Ventilplatte die den Ventilträger des Kolbenverdichters durchsetzende Leerlaufverbindung und öffnet diese bei Erreichen des vorbestimmten, einen Steuerdruck auslösenden Druckniveaus.
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In der
DE 29 38 743 C2 wird eine hydraulische Steuereinrichtung beschrieben. Ein freibeweglicher Kolben sperrt bei Vorliegen einer negativen Last über die Druckwaage für positive Lasten die Druckmittelverbindung von der Pumpe zum aufgesteuerten Lastdruckraum ab und aktiviert die Druckwaage für negative Lasten. Zwischen dem aufgesteuerten Auslaßraum und dem zugehörigen Lastdruckraum ist jeweils eine durch ein Rückschlagventil entsperrbare Druckmittelverbindung vorgesehen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform aktiviert ein verschiebbarer Kolben bei Vorliegen einer negativen Last die Druckwaage für negative Lasten. Zwischen dem aufgesteuerten Auslaßraum und dem zugehörigen Lastdruckraum ist jeweils eine durch ein Rückschlagventil entsperrbare Druckmittelverbindung vorgesehen. Weiterhin ist ein Steuerventil vorgesehen, das bei Vorliegen einer negativen Last über die Druckwaage für positive Lasten die Druckmittelverbindung von der Pumpe zum aufgesteuerten Lastdruckraum absperrt.
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Ein elektrisch gesteuertes Gas-Ventil wird in der
DE 199 12 702 A1 offenbart. Es weist einen Servoantrieb auf, der über eine elektrische Kupplung mit dem Ventilverschlussglied verbunden ist. Die elektrische Kupplungseinrichtung steuert neben der Verbindung zwischen dem Servoantrieb und dem Vertilverschlussglied zugleich die Druckbeaufschlagung des Servoantriebs, indem sie vorhandene Steuerkanäle öffnet oder schließt. Schließlich beschreibt die
EP 2 553 226 B1 ein Verfahren zum Betrieb einer Fördereinheit (2) für Reduktionsmittel, wobei die Fördereinheit (2) eine von einem Tank (3) zu einer Zugabestelle (4) verlaufende Hinlaufleitung (5) und eine von der Hinlaufleitung (5) abzweigende Rücklaufleitung (6) aufweist, wobei die Rücklaufleitung (6) von einem mit einem elektrischen Strom ansteuerbaren Ventil (1) verschlossen werden kann. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Aktivierungsstrom am Ventil (1) für ein erstes Zeitintervall (8) angelegt. Anschließend wird ein Haltestrom am Ventil (1) angelegt, wenn das erste Zeitintervall (8) abgelaufen ist. Dann wird eine Betriebsgröße der Fördereinheit (2) ermittelt und zumindest der Aktivierungsstrom, der Haltestrom und/oder das erste Zeitintervall (8) werden in Abhängigkeit der ermittelten Betriebsgröße angepasst.
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Es ist bekannt, dass sich an der Ventilträgerplatte und an der Schieberplatte verkokte Ölreste niederschlagen können, wodurch die Reibung zwischen Ventilträgerplatte und Schieberplatte stark ansteigt. Diese Reibungserhöhung beeinträchtigt die Bewegung der Schieberplatte, was sich nachteilig auf die Funktion und Wirksamkeit des Energiesparsystems auswirkt.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Kolbenverdichter, insbesondere für die Drucklufterzeugung in Kraftfahrzeugen, mit einer verbesserten, zuverlässigeren Energiespareinrichtung anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Kolbenverdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Dazu wird bei einem Kolbenverdichter mit einem Verdichtungsraum, der von einem Zylinder, einem in dem Zylinder axial bewegbar angeordneten Kolben sowie einer dem Kolben gegenüberliegend angeordneten Ventilträgerplatte mit mindestens einem Einlassventil und mindestens einem Auslassventil begrenzt ist, eine Energiespareinrichtung vorgeschlagen, die mindestens ein Entlastungsventil mit einem außerhalb des Verdichtungsraums angeordneten Absperrorgan umfasst, das unabhängig von Einlassventilen und Auslassventilen zwischen einer Schließstellung, in der das Komprimieren der Luft im Verdichtungsraum ermöglicht ist und einer Öffnungsstellung, in der das Komprimieren der Luft im Verdichtungsraum verhindert wird, hin und her schaltbar ist.
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Dadurch, dass das Absperrorgan des Entlastungsventils außerhalb des Verdichtungsraums angeordnet ist, wird erreicht, dass eventuelle Ablagerungen verkokter Ölreste an der Ventilträgerplatte die Funktion der Energiespareinrichtung nicht mehr beeinträchtigen können. Das zusätzliche Entlastungsventil ist unabhängig von den anderen Ventilen, d.h. Einlass- und Auslassventilen, zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung hin und her bewegbar. Überschreitet der Luftdruck stromabwärts des Auslassventils einen Solldruck, so wird das Entlastungsventil geöffnet, so dass der Kompressor praktisch lastfrei läuft, wodurch die für seinen Antrieb aufzubringende Arbeit signifikant verringert wird.
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Obwohl mit dem Entlastungsventil eine weitere Komponente hinzukommt, wird der Gesamtaufbau des Kolbenverdichters gegenüber bekannten Lösungen stark vereinfacht, denn all die bisher verwendeten, relativ komplizierten Mechanismen können entfallen. Das Entlastungsventil kann einfach aufgebaut sein, was zu seiner Zuverlässigkeit, aber auch zu geringen Herstellungskosten beiträgt.
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Vorteilhaft wird das Öffnen und Schließen des Entlastungsventils durch eine Bewegung eines Stempels in einer Stempelführung bewirkt, insbesondere wenn dieser Stempel einseitig mit Druckluft beaufschlagt wird, so dass das Ventil durch den am Stempel anliegenden Druck gesteuert wird. Hierzu kann die Stempelführung beispielsweise als eine seitlich in den Zylinderkopf oder die Ventilträgerplatte eingebrachte Bohrung ausgeführt sein, die parallel zur Ebene der Ventilträgerplatte verläuft und an deren Mündung eine Druckluftleitung befestigt sein kann, um den Stempel einseitig mit Druckluft zu beaufschlagen.
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Der Begriff „Stempel“ bezeichnet eine Art Kolben, wird hier jedoch bewusst zur Abgrenzung gegenüber dem Kolben des Verdichters für den bewegungsverursachenden Teil (Aktor) des Entlastungsventils verwendet. Unter einem Stempel soll ein Festkörper verstanden werden, der in einer entsprechenden Stempelführung zwischen zwei Positionen hin und her bewegt werden kann, sei es durch Translation oder Rotation. Praktisch sinnvoll ist dabei eine Abdichtung zwischen Stempel und Stempelführung, insbesondere wenn die Bewegung des Stempels durch Druckluft erzeugt wird. Ein Stempel in diesem Sine kann also beispielsweise ein (zumindest abschnittsweise) im wesentlichen zylindrischer Festkörper sein, der in einer zylindrischen Stempelführung angeordnet und gegen dieselbe abgedichtet ist, gleich ob sich die Dichtung am Stempel befindet und daher mit diesem bewegt wird oder ob die Dichtung im Innern der Stempelführung und damit stationär angeordnet ist.
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Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Stempel gleichzeitig Absperrorgan und Aktor des Entlastungsventils ist. Dazu kann der Stempel beispielsweise eine quer zu seiner Längsachse verlaufende Durchgangsbohrung aufweisen und zum Betätigen des Entlastungsventils zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung gegen die Kraft einer Rückstellfeder in der Stempelführung verschoben werden.
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In der Schließstellung befindet sich der Stempel in der Stempelführung an einer durch die entlastete Rückstellfeder bestimmten Position, in welcher sich die Durchgangsbohrung des Stempels und die Ventilöffnung des Entlastungsventils nicht überdecken, so dass das Entlastungsventil geschlossen ist und eine Kompression im Verdichtungsraum möglich ist.
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Zum Öffnen des Entlastungsventils kann der Stempel beispielsweise einseitig mit Druckluft beaufschlagt werden, so dass der Stempel die Rückstellfeder komprimiert, wodurch sich der Stempel in die Öffnungsstellung bewegt. In der Öffnungsstellung überdecken sich die Durchgangsbohrung des Stempels und die Ventilöffnung des Entlastungsventils, so dass das Entlastungsventil geöffnet ist und eine Kompression im Verdichtungsraum unmöglich ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Entlastungsventil als Absperrorgan eine Kugel mit einer Durchgangsbohrung und einem Ritzel umfasst und der Stempel als Aktor eine mit dem Ritzel im Eingriff stehende Verzahnung aufweist. Zum Betätigen des Entlastungsventils zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung wird der Stempel gegen die Kraft einer Rückstellfeder in der Stempelführung verschoben.
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In der Schließstellung befindet sich der Stempel in der Stempelführung an einer durch die entlastete Rückstellfeder bestimmten Position, in welcher sich die Durchgangsbohrung der Kugel und die Ventilöffnung des Entlastungsventils nicht überdecken, so dass das Entlastungsventil geschlossen ist und eine Kompression im Verdichtungsraum möglich ist.
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Zum Öffnen des Entlastungsventils kann der Stempel beispielsweise einseitig mit Druckluft beaufschlagt werden, so dass der Stempel die Rückstellfeder komprimiert, wodurch sich der Stempel in seine Öffnungsstellung bewegt. Dabei wirkt die Verzahnung des Stempels auf die des Ritzels ein, so dass auch die Kugel in ihre Öffnungsstellung verdreht wird. In der Öffnungsstellung überdecken sich die Durchgangsbohrung der Kugel und die Ventilöffnung des Entlastungsventils, so dass das Entlastungsventil geöffnet ist und eine Kompression im Verdichtungsraum unmöglich ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
- 1, 2 und 3 eine Energiespareinrichtung eines ersten nicht zum Umfang der Erfindung gehörenden Ausführungsbeispiels in verschiedenen Ansichten, und
- 4, 5 und 6 eine Energiespareinrichtung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in verschiedenen Ansichten.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt 1 die Ventilträgerplatte 1 mit den Einlassventilöffnungen 2. In der Ebene der Ventilträgerplatte 1 verlaufend weist die Ventilträgerplatte 1 eine Bohrung auf, die die Stempelführung 5 bildet. In der Stempelführung 5 sind die Rückstellfeder 6 und der Stempel 4 angeordnet. Der Stempel 4 weist eine Durchgangsbohrung 41 auf, die quer zu seiner Längsachse verläuft. Außerdem ist auf dem Stempel 4 eine Dichtung 42 in Form eines O-Rings angeordnet, die den Stempel 4 gegen die Stempelführung 5 abdichtet.
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2 und 3 zeigen das Entlastungsventil in einer Längsschnittdarstellung.
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2 zeigt die Schließstellung, in der sich der Stempel 4 in der Stempelführung 5 in der Schließstellung befindet. Die Rückstellfeder 6 ist entspannt. Die Durchgangsbohrung 41 des Stempels 4 und die Entlastungsventilöffnung 3 überdecken sich nicht. Das Entlastungsventil ist geschlossen.
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3 zeigt, wie der Stempel 4 die Rückstellfeder 6 komprimiert. Der Stempel 5 befindet sich in der Öffnungsstellung. Die Durchgangsbohrung 41 des Stempels 4 und die Entlastungsventilöffnung 3 überdecken sich. Das Entlastungsventil ist geöffnet.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt 4 die Ventilträgerplatte 1.
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5 und 6 zeigen das Entlastungsventil in zwei verschiedenen Ansichten.
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Das Entlastungsventil weist als Absperrorgan eine Kugel 7 mit einer Durchgangsbohrung 71 und einem Ritzel 72 auf. Der Stempel 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel lediglich der Aktor des Entlastungsventils. Der Stempel 4 weist eine mit dem Ritzel 72 im Eingriff stehende Verzahnung auf. Zum Betätigen des Entlastungsventils wird der Stempel 4 durch Beaufschlagung mit Druckluft gegen die Kraft der Rückstellfeder 6 in der Stempelführung 5 von der Schließstellung in die Öffnungsstellung verschoben.
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In der Schließstellung ist die Rückstellfeder entlastet. Die Durchgangsbohrung 71 der Kugel 7 und die Entlastungsventilöffnung 3 überdecken sich nicht. Das Entlastungsventil ist geschlossen.
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Zum Öffnen des Entlastungsventils wird der Stempel 4 einseitig mit Druckluft beaufschlagt, so dass der Stempel 4 die Rückstellfeder 6 komprimiert, wodurch sich der Stempel 4 in seine Öffnungsstellung bewegt. Dabei wirkt die Verzahnung 43 des Stempels 4 auf die des Ritzels 72 ein, so dass auch die Kugel 7 in ihre Öffnungsstellung verdreht wird. Die Durchgangsbohrung 71 der Kugel 7 und die Entlastungsventilöffnung überdecken sich. Das Entlastungsventil ist geöffnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilträgerplatte
- 2
- Einlassventilöffnung
- 3
- Entlastungsventilöffnung
- 4
- Stempel
- 41
- Durchgangsbohrung
- 42
- Dichtung
- 43
- Verzahnung
- 5
- Stempelführung
- 6
- Rückstellfeder
- 7
- Kugel
- 71
- Durchgangsbohrung
- 72
- Ritzel
- 73
- Dichtung
