DE10308430A1

DE10308430A1 - Two cylinder axial piston compressor for producing oil-free compressed air in vehicles and for stationary operation comprises a swashplate mechanism producing linear movement of a piston rod

Info

Publication number: DE10308430A1
Application number: DE2003108430
Authority: DE
Inventors: Hans Unger
Original assignee: Unger Hans Dipl-Ing
Current assignee: Unger Hans Dipl-Ing
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-09

Abstract

Two cylinder axial piston compressor comprises a swashplate mechanism producing linear movement of a piston rod (8) so that oil is prevented from reaching a piston (9) by an oil control ring (12). The return movement of the piston and piston rod is produced via a tilting arm (6) driven by opposite-lying moving mechanism parts. This tilting arm is supported externally on cams (23) on ball sockets (5) and in the center on a thrust bearing (7). The thrust bearing is loaded on its rear side with hydraulic oil which flows via a ball check valve (26) into the chamber behind the thrust bearing and thus backflow of the hydraulic oil is prevented. The tilting arm and thrust bearing have oil penetration bores which overlap in a certain tilting arm position and through which the hydraulic oil flows for a short time within each revolution of the swashplate (3) for lubrication in the mechanism (1). The tilting arm is mounted in the center on a bearing bolt which is hemispherical o n the bearing side and is axially adjusted on the housing side with a threaded pin and a lock nut to adjust the bearing play of the mechanism parts.

Description

Ziel der Erfindung ist es, einen Kompressor darzustellen, der in kompakter, kostengünstiger Bauweise dafür geeignet ist, mit einem sehr guten Liefergrad (>70%) ölfreie Druckluft zu erzeugen.The aim of the invention is one To represent the compressor, which is more compact, less expensive Construction for it is suitable, with a very good degree of delivery (> 70%) oil-free Generate compressed air.

Der Kompressor soll für die Druckluftbeschaffung in Fahrzeugen und für den stationären Betrieb geeignet sein.The compressor is intended for the supply of compressed air in vehicles and for the stationary Operation.

Die Lösung dieser Aufgabe sieht der Erfinder in einem Zweizylinder-Axialkolbenkompressor mit einem ölgeschmierten Taumelscheibentriebwerk.He sees the solution to this problem Inventor in a two-cylinder axial piston compressor with an oil-lubricated one Swash plate engine.

Hierbei ist die wesentliche Neuerung und damit Merkmal des Patentanspruchs 1, dass die Rückbewegung der Kolben vom Oberen Totpunkt (OT) zum Unteren Totpunkt (UT) mittels eines Kippbügels geschieht und die hydraulische Abstützung dieses Kippbügels.Here is the main innovation and thus feature of claim 1 that the return movement the piston from top dead center (TDC) to bottom dead center (UT) using of a tilt bracket and the hydraulic support this tilt bracket.

Eine weitere wesentliche Neuerung und damit Merkmal des Patentanspruchs 2 ist die Art der Kühlung bei diesem Kompressor mit Tauchölschmierung.Another major innovation and thus feature of claim 2 is the type of cooling this compressor with dip oil lubrication.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme beigefügter Zeichnungen erläutert:The invention is based on of embodiments with reference attached Drawings explained:

1 ist eine Längsschnittansicht des Kompressors, wie er in einem Fahrzeug mit Antrieb durch einen Verbrennungsmotor eingebaut ist. Hierbei ist der Kompressor vom Verbrennungsmotor angetrieben und an den Druckölkreislauf und Kühlwasserkreislauf des Motors angeschlossen (Linie II-II in 2). 1 is a longitudinal sectional view of the compressor as installed in a vehicle driven by an internal combustion engine. The compressor is driven by the internal combustion engine and connected to the engine's pressure oil circuit and cooling water circuit (line II-II in 2 ).

2 ist eine Draufsicht von Linie I-I in 1. 2 is a top view of line II in FIG 1 ,

3 ist ein im vergrößerten Maßstab gezeichneter Ausschnitt III der Kippbügellagerung aus 1. 3 is a section III of the tilt bracket mounting drawn on an enlarged scale 1 ,

4 ist die Darstellung eines solchen Kompressors mit elektrischem Antrieb und Tauchölschmierung in einer Längsschnittansicht II-II und einer Draufsicht der Ebene I-I. 4 is the representation of such a compressor with electric drive and dip oil lubrication in a longitudinal sectional view II-II and a plan view of the plane II.

5 ist die Darstellung des Kompressors wie in 4, jedoch mit einem Dehnstoff-Thermostaten und einer Rohrwendel im Ölsumpf des Al-Gehäuses 30. 5 is the representation of the compressor as in 4 , but with an expansion thermostat and a coiled tubing in the oil sump of the aluminum housing 30 ,

Der in 1, 2 und 3 dargestellte Axialkolbenkompressor weist ein druckölgeschmiertes Triebwerk 1 auf, welches im Wesentlichen aus einer an der Antriebswelle 2 befestigten Taumelscheibe 3, zwei Halbkugeln 4, Lagerpfannen 5, einen Kippbügel 6 und dem Drucklager 7 besteht.The in 1 . 2 and 3 Axial piston compressor shown has an engine lubricated with pressure oil 1 on which essentially consists of a on the drive shaft 2 attached swashplate 3 , two hemispheres 4 , Storage pans 5 , a tilt bracket 6 and the thrust bearing 7 consists.

Das Triebwerk 1 mit einer an sich bekannten Taumetscheibe 3 wird verwendet, um bei Drehung der Antriebswelle 2 eine gradlinige Hin- und Herbewegung der Kolbenstangen 8 und der daran befestigten Kolben 9 zu erreichen. Die Führung der Kolbenstangen 8 und der Kolben 9 geschieht in der Lagerbohrung 10 auf der ölgeschmierten Triebwerksseite und durch den trocken laufenden Führungsring 11 auf dem Kolben 9. Ölabstreifende Abdichtringe 12 im mittleren Abschnitt des Kunststoffgehäuses 13 streifen das Öl von den Kolbenstangen 8 ab und verhindern damit den Ölübertritt zu den trocken laufenden Kolben 9. Bei der Bewegung der Kolben 9 in Richtung OT wird Luft über den Ansaugstutzen 14 aus dem Ansaugsystem des Fahrzeugmotors angesaugt. Über die Ansaugventile 15 gelangt diese Luft auf die Rückseite der Kolben 9. Bei Bewegung der Kolben 9 in Richtung UT strömt die Luft durch die auf den Kolben 9 angebrachten Saugventile 16 in die eigentlichen Verdichtungsräume 17, von wo sie über die Druckventile 18 in den gemeinsamen Druckraum 19 und von dort über den Druckanschluss 20 zu den Verbrauchern gelangt. Durch die Vorverdichtung auf den Kolbenrückseiten wird erfahrungsgemäß ein sehr guter Liefergrad des Kompressors erreicht. Der Raum 21 um die Zylinderbüchsen 22 wird von Kühlwasser aus dem Kühlwasserkreislauf des Fahrzeugmotors umströmt. Der Kippbügel 6 stützt sich außen auf den Nocken 23 an den Lagerpfannen 5 ab und im Zentrum kippbar auf dem Drucklager 7. Das Drucklager 7 ist im Kunststoffgehäuse 13 axial beweglich gelagert. Das über den Druckölanschluss 24 eingeleitete Drucköl strömt durch die Ölbohrung 25 und über das Kugelrüdkschlagventil 26 auf die Rückseite des Drucklagers 7. Durch den Öldruck wird das Drucklager 7 axial in Richtung Taumelscheibe 3 gedrückt. Die Druckkraft pflanzt sich fort über den Kippbügel 6 auf die Lagerpfannen 5 und damit auf die Halbkugeln 4, die dadurch auf der Gleitfläche der Taumetscheibe 3 ständig anliegen. Weil das Drucköl auf der Rückseite des Drucklagers 7 durch das Kugelrückschlagventil 26 am Zurückströmen gehindert wird und Öl nicht kompressibel ist, können kurzfristig auftretende höhere Belastungen durch den Gasdruck oder die Massenkräfte nicht dazu führen, dass die Gleitflächen an der Taumelscheibe 3, den Halbkugeln 4, den Lagerpfannen 5 und dem Kippbügel 6 voneinander abheben.The engine 1 with a swashplate known per se 3 is used to rotate the drive shaft 2 a straight forward and backward movement of the piston rods 8th and the pistons attached to it 9 to reach. The guidance of the piston rods 8th and the piston 9 happens in the bearing bore 10 on the oil-lubricated engine side and through the dry running guide ring 11 on the piston 9 , Oil stripping sealing rings 12 in the middle section of the plastic housing 13 wipe the oil off the piston rods 8th and prevent oil from entering the dry-running pistons 9 , When the pistons move 9 air is drawn towards the TDC via the intake manifold 14 sucked out of the intake system of the vehicle engine. Via the intake valves 15 this air reaches the back of the pistons 9 , When the pistons move 9 in the direction of UT, the air flows through the piston 9 attached suction valves 16 into the actual compression areas 17 from where they go through the pressure valves 18 in the common pressure room 19 and from there via the pressure connection 20 reached the consumers. Experience has shown that pre-compression on the piston rear ensures a very good delivery rate for the compressor. The space 21 around the cylinder liners 22 is flowed around by cooling water from the cooling water circuit of the vehicle engine. The tilt bracket 6 rests on the outside of the cam 23 on the storage pans 5 tiltable from and in the center on the thrust bearing 7 , The thrust bearing 7 is in the plastic housing 13 axially movable. That via the pressure oil connection 24 Introduced pressure oil flows through the oil hole 25 and the ball check valve 26 to the back of the thrust bearing 7 , The pressure bearing becomes the thrust bearing 7 axially towards the swash plate 3 pressed. The pressure force propagates through the tilt bracket 6 on the storage pans 5 and thus on the hemispheres 4 , which is thereby on the sliding surface of the swashplate 3 constantly present. Because the pressure oil on the back of the thrust bearing 7 through the ball check valve 26 is prevented from flowing back and oil is not compressible, short-term higher loads caused by the gas pressure or the mass forces cannot lead to the sliding surfaces on the swash plate 3 , the hemispheres 4 , the storage pans 5 and the tilt bracket 6 stand out from each other.

Das über Anschluss 24 in den Kompressor eingeleitete Drucköl soll auch zur Schmierung und zur Wärmeabfuhr an den Gleitflächen des Triebwerkes 1 dienen. Zu diesem Zweck sind im Zentrum des Drucklagers 7 und des Kippbügels 6 Öldurchtrittsbohrungen 37 angebracht. Diese kommen jeweils 90° nach OT und UT zur Überdeckung. In dem Augenblick der Überdeckung wird Drucköl auf das Zentrum der Taumelscheibe 3 gespritzt. Durch die Fliehkraft fließt das Öl zu den Gleitflächen zwischen der Taumelscheibe 3 und den Halbkugeln 4. Öl gelangt auch über den Lagerspalt zwischen Kippbügel 6 und Drucklager 7 und entlang des Kippbügels 6 zu den Lagerpfannen 5 und den Kolbenstangen 8. Mit dem Durchmesser der Öldurchtrittsbohrungen 37 im Drucklager 7 und Kippbügel 6 kann der Öldurchfluss durch den Kompressor dosiert werden. Aus dem Triebwerk 1 fließt das Ol danach über die Ölaustrittsöffnung 27 im Lagerflansch 28 in den Fahrzeugmotor zurück.That about connection 24 Pressure oil introduced into the compressor is also intended for lubrication and for heat dissipation on the sliding surfaces of the engine 1 serve. For this purpose are in the center of the thrust bearing 7 and the tilt bracket 6 Oil passage holes 37 appropriate. These cover each other at 90 ° after OT and UT. At the moment of overlap, pressure oil is applied to the center of the swashplate 3 injected. Due to the centrifugal force, the oil flows to the sliding surfaces between the swash plate 3 and the hemispheres 4 , Oil also passes through the bearing gap between the rocker arm 6 and thrust bearing 7 and along the tilt bracket 6 to the storage pans 5 and the piston rods 8th , With the diameter of the oil passage holes 37 in the thrust bearing 7 and tilt bracket 6 the oil flow through the compressor can be metered. From the engine 1 The oil then flows through the oil outlet 27 in the bearing flange 28 back into the vehicle engine.

Der in 4 und 5 dargestellte Kompressor ist mit einer eigenen dauerhaften Ölfüllung 31 versehen. Bei diesem Kompressor geschieht die zentrale Lagerung des Kippbügels 6a auf einem Lagerbolzen 3fi. Dieser Lagerbolzen 36 hat auf der einen Seite eine halbkugelförmige Ausbildung zur Lagerung des Kippbügels 6a und auf der anderen Seite einen Gewindezapfen 32 mit Kontermutter, womit zum Ausgleich der Fertigungstoleranzen das axiale Lagerspiel der Triebwerksteile eingestellt werden kann.The in 4 and 5 shown compressor is with its own permanent oil filling 31 Mistake. The central mounting of the tilt bracket takes place on this compressor 6a on a bearing pin 3fi , This bearing pin 36 has a hemispherical design on one side for mounting the tilt bracket 6a and on the other side a threaded pin 32 with lock nut, which can be used to adjust the axial bearing play of the engine parts to compensate for the manufacturing tolerances.

Die Bauweise des Axialkolbenkompressors macht es möglich, dass mit dem zur Schmierung eingefüllten Öl 31 auch die Kühlung zu bewerkstelligen ist. Bei geringem Verdichtungsvefiältnis des Kompressors und entsprechend geringer thermischer Belastung reicht es aus, dass mit dem im Kompressor befindliche Öl 31 durch das Eintauchen und Panschen der Taumelscheibe 3a alle Bauteile benetzt werden. Damit wird die örtlich auftretende Reibungs- und Verdichtungswärme auch auf die gesamte Gehäuseinnenwand 33 gebracht und besonders auch durch die Montageöffnung 29 im Boden des Al-Gehäuses 30 auf die großflächige Befestigungsplatte 34 und wertere Bauteile (z.B. Konsole, Luftbehälter, Fahrzeugrahmen). Über diese und die Kühlrippen 35 am Al-Gehäuse 30 wird die Wärme durch Konvektion an die Umgebungsluft übertragen. Der in 5 in den Schnittebenen I-I und II-II dargestellte Kompressor ist für eine höhere thermische Belastung geeignet Bei diesem wird das Öl 31 auf folgende Weise zusätzlich gekühlt: Ein Teil der vom Kompressor geförderten Druckluft wird aus dem Luftbehälter zum Kompressor zurückgeführt. Diese bereits vorgekühlte Druckluft gelangt über einen Anschluss 41 in einen Dehnstoffthermostaten 38 im Ölsumpf 39 aus der Befestigungsplatte 34a. Der Dehnstoffthermostat 38 ist einstellbar, d.h. bei einer bestimmten Öltemperatur öffnet das Kegelventil 42 im Dehnstoffthermostat 38 allmählich den Luftdurchtritt zu einer Rohrwendel 40 im Ölsumpf 39. Indem diese vorgekühlte Druckluft in Dehnstoff-Thermostat 38 auf atmosphärischen Druck entspannt wird, kühlt sie sehr stark ab und ist dadurch in der Lage, beim Durchströmen der Rohrwendel 40 Wärme aus dem Öl 31 abzuführen. Damit ist bei einem Kühlluftanteil von max. 20% der geförderten Druckluft auch bei hoher thermischer Beanspruchung des Kompressors eine Öltemperatur von max. 80° bis 90° C zu regeln. Der Erfinder ist der Meinung, dass diese Art der Kühlung effizienter und auch sonst vorteilhafter ist, als die bei Kompressoren übliche Gebläsekühlung.The design of the axial piston compressor makes it possible to use the oil filled in for lubrication 31 cooling is also possible. With a low compression ratio of the compressor and a correspondingly low thermal load, it is sufficient that the oil in the compressor 31 by immersing and panning the swashplate 3a all components are wetted. This means that the friction and compression heat that occurs locally is also applied to the entire inner wall of the housing 33 brought and especially through the mounting opening 29 in the bottom of the Al housing 30 on the large mounting plate 34 and other components (e.g. console, air tank, vehicle frame). About this and the cooling fins 35 on the Al housing 30 the heat is transferred to the ambient air by convection. The in 5 The compressor shown in section planes II and II-II is suitable for a higher thermal load. This is the oil 31 Additionally cooled in the following way: Part of the compressed air delivered by the compressor is returned from the air tank to the compressor. This pre-cooled compressed air is fed through a connection 41 in an expansion thermostat 38 in the oil sump 39 from the mounting plate 34a , The expansion thermostat 38 is adjustable, ie the plug valve opens at a certain oil temperature 42 in the expansion thermostat 38 gradually the passage of air to a coiled tubing 40 in the oil sump 39 , By using this pre-cooled compressed air in expansion thermostat 38 is relieved to atmospheric pressure, it cools down very strongly and is therefore able to flow through the coiled tubing 40 To remove heat from the oil 31. With a cooling air share of max. 20% of the compressed air delivered, even with high thermal stress on the compressor, an oil temperature of max. To be regulated between 80 ° and 90 ° C. The inventor is of the opinion that this type of cooling is more efficient and also more advantageous than the fan cooling that is customary in compressors.

Claims

Two-cylinder axial piston compressor for the production of oil-free compressed air with a pressure-oil-lubricated swash plate engine, which ensures a straight-line movement of the piston rods ( 8th ) causes so that by wiper rings ( 12 ) on the piston rods ( 8th ) an oil spill to the pistons sliding in the opening ( 9 ) is prevented, characterized by the following features: 1.1 That the return movement of the pistons ( 9 ) and piston rods ( 8th ) from OT to UT via a tilt bracket ( 6 ) is caused, which is driven by the opposite engine parts moving from UT to OT. 1.2 That this tilt bracket ( 6 ) on the outside on cams ( 23 ) on the ball sockets ( 5 ) and in the center on a thrust bearing ( 7 ) supports. 1.3 That the thrust bearing ( 7 ) pressurized oil is applied to the back of it, which is activated by a ball check valve ( 26 ) in the room behind the thrust bearing ( 7 ) flows in and thus a backflow of the pressure oil is prevented. 1.4 That in the tilt bracket ( 6 ) and thrust bearing ( 7 ) Oil passage holes ( 37 ) are attached, which overlap at a certain tilt bracket position, whereby the pressure oil is briefly within each revolution of the swash plate ( 3 ) for lubrication in the engine ( 1 ) is injected. 1.5 That with such a compressor, but with dip oil lubrication, the storage of the tilt bracket ( 6a ) in the center on a bearing pin ( 36 ) happens, which is hemispherical on the bearing side and on the housing side with a threaded pin ( 32 ) and lock nut to adjust the bearing play of the engine parts is axially adjustable.

Two-cylinder axial piston compressor for generating oil-free compressed air and with a submersible oil-lubricated engine ( 1a ) same construction as claim 1.5, characterized by the following features: 2.1 that for cooling the oil filling ( 31 ) and thus to cool the compressor, part of the compressed air delivered by the compressor is returned from the air tank to the compressor. 2.2 That the amount of compressed air diverted for cooling is controlled by an adjustable expansion thermostat ( 38 ) is regulated. 2.3 That the expansion thermostat ( 38 ) inside the Al housing ( 30 ) in the oil sump ( 39 ) is located. 2.4 That the expansion thermostat ( 38 ) depending on the oil temperature in the oil sump ( 39 ) a valve, e.g. cone valve ( 42 ) opens and closes, which regulates the amount of cooling air. 2.5 That the expansion thermostats ( 38 ) controlled amount of air is released to atmospheric pressure, which cools it down. 2.6 That the air after the expansion thermostat ( 38 ) by a heat exchanger, e.g. B. coiled tubing ( 40 ) in the oil sump ( 39 ) is conducted.