Die
Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, mit einem innerhalb eines
Zylinders mittels einer Antriebsmaschine hin- und herbewegbaren
Kolben, wobei ein Arbeitsraum des Zylinders über wenigstens ein Auslassventil
mit einem Druckziel und über
wenigstens ein Einlassventil mit einer Druckquelle in Verbindung
steht.The
The invention relates to a reciprocating compressor, with one within a
Cylinder by means of a prime mover back and forth
Piston, wherein a working space of the cylinder via at least one exhaust valve
with a print destination and over
at least one inlet valve communicates with a pressure source
stands.
Kolbenverdichter
der gattungsgemäßen Art sind
bekannt. Kolbenverdichter der hier angesprochenen Art dienen beispielsweise
der Erzeugung von Druckluft in Kraftfahrzeugen. Hierbei wird der
Kolben des Kolbenverdichters über
eine aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges speisbare elektrische
Maschine angetrieben. Für
die optimierte Auslegung des Kolbenverdichters, insbesondere bei
hohen Verdichterwirkungsgraden, gemessen über der Funktionsdauer des
Verdichters ist es erforderlich, unter den gegebenen Bedingungen,
wie maximale Stromaufnahme und Lieferleistung des Verdichters, einen
Kompromiss zwischen Motordrehmoment des verwendeten Elektromotors über der
Drehzahl oder einer Drehmomentwandlung zu finden. Hier sind Lösungen mit drehmomentstarken
Elektromotoren oder der Drehmomentwandlung eines leistungsschwächeren Elektromotors
bekannt.piston compressor
of the generic type
known. Piston compressors of the type discussed here serve, for example
the production of compressed air in motor vehicles. Here is the
Piston of the reciprocating compressor over
a fed from the electrical system of the motor vehicle electric
Machine driven. For
the optimized design of the reciprocating compressor, especially at
high compressor efficiencies, measured over the service life of the
Compressor it is necessary, under the given conditions,
such as maximum power consumption and delivery capacity of the compressor, one
Compromise between engine torque of the electric motor used over the
To find speed or a torque conversion. Here are solutions with high torque
Electric motors or torque conversion of a lower-power electric motor
known.
Bei
der Auslegung des Kolbenverdichters muss gewährleistet sein, dass während der
Startphase, insbesondere beim ersten Hub des Kolbens, der Anlaufstrom
des Elektromotors unter einem vorgegebenen Maximalwert gehalten
wird. Überschreitet
der Anlaufstrom des Elektromotors diesen Maximalwert, wird regelmäßig der
Elektromotor durch Auslösen
einer Sicherung vom Bordnetz getrennt. Dieser hohe Anlaufstrom ergibt
sich insbesondere, da während des
ersten Hubes die Kraft auf den Kolben durch die Verdichtung des
gasförmigen
Mediums im Arbeitsraum des Verdichters so groß wird, dass das Drehmoment
des Elektromotors nicht ausreichend ist, um diese Kraft zu überwinden.at
The design of the reciprocating compressor must be ensured during the
Starting phase, in particular during the first stroke of the piston, the starting current
the electric motor is kept below a predetermined maximum value
becomes. exceeds
the starting current of the electric motor this maximum value is regularly the
Electric motor by tripping
a fuse disconnected from the electrical system. This high starting current results
especially since, during the
first stroke the force on the piston due to the compression of the piston
gaseous
Medium in the working space of the compressor becomes so great that the torque
of the electric motor is not sufficient to overcome this force.
Aus DE 201 11 182 U1 ist
ein Federelement für
einen Kolben eines Kolbenverdichters bekannt, das zwischen einem
Kolbenteller und einem Kolbenkopf angeordnet ist. Dieses Federelement
soll während
des Anlaufens des Kolbenverdichters einen anfänglichen Druckausgleich schaffen,
so dass der Anlaufstrom eines Elektromotors begrenzt ist. Unter
anderem wird vorgeschlagen, das Federelement mit dieses durchdringende Öffnungen
auszubilden. Hierdurch wird eine gezielte Leckage erreicht. Nachteilig ist
jedoch, dass diese Leckage über
den gesamten Betriebszeitraum des Kolbenverdichters vorhanden ist,
so dass über
hiermit verbundene Verluste der Wirkungsgrad des Kolbenverdichters
erheblich reduziert ist.Out DE 201 11 182 U1 a spring element for a piston of a reciprocating compressor is known, which is arranged between a piston plate and a piston head. This spring element is intended to create an initial pressure equalization during the startup of the reciprocating compressor, so that the starting current of an electric motor is limited. Among other things, it is proposed to form the spring element with this penetrating openings. As a result, a targeted leakage is achieved. The disadvantage, however, is that this leakage over the entire period of operation of the reciprocating compressor is present, so that the losses of the associated efficiency of the reciprocating compressor is considerably reduced.
Aus EP 0 725 898 B1 ist
ein Kolben für
Kolbenverdichter für
gasförmige
Medien bekannt, der ein kolbenintegriertes Einlassventil umfasst.
Dieses Einlassventil besitzt einen beweglichen Ventildeckel, der
während
der Aufwärtsbewegung
des Kolbens schließt,
so dass eine Verdichtung stattfinden kann, und der während der
Abwärtsbewegung
des Kolbens öffnet,
so dass eine Verbindung zu einer Druckquelle gegeben ist.Out EP 0 725 898 B1 For example, a piston for piston compressors for gaseous media is known, which comprises a piston-integrated inlet valve. This inlet valve has a movable valve cover which closes during the upward movement of the piston, so that compression can take place, and during the downward movement of the piston opens, so that a connection is made to a pressure source.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenverdichter der
gattungsgemäßen Art
zu schaffen, der sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und
der einen hohen Wirkungsgrad besitzt und eine Drehmomentbegrenzung
der Antriebsmaschine gestattet.Of the
Invention is based on the object, a reciprocating compressor of
generic type
to create, which is characterized by a simple structure and
which has a high efficiency and a torque limiter
allowed the prime mover.
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Kolbenverdichter mit den im Anspruch 1 genannten
Merkmalen gelöst.
Dadurch, dass wenigstens ein Einlassventil während einer Startphase (Anlaufphase)
des Kolbenverdichters zumindest in der Kompressionsphase des Kolbenverdichters
einen definierten freien Durchlassquerschnitt aufweist und während einer
sich an die Startphase anschließenden
Betriebsphase des Kolbenverdichters der Durchlassquerschnitt verringert,
insbesondere geschlossen ist, wird vorteilhaft erreicht, dass während der Startphase
gezielt Kompressionsverluste impliziert sind, während während der Betriebsphase diese Kompressionsverluste
zumindest verringert beziehungsweise verhindert sind. Diese lediglich
in der Startphase vorgesehenen Kompressionsverluste führen dazu,
dass ein Druckausgleich für
den Arbeitsraum des Kolbenverdichters geschaffen ist, so dass der
Kolben gegen einen reduzierten Druck arbeitet. Hierdurch wird eine
Drehmomentbegrenzung der Antriebsmaschine in der Startphase erreicht,
so dass bei elektrischen Antriebsmaschinen der Anlassstrom begrenzt
ist, so dass ein Überschreiten
des vorgegebenen maximalen Anlassstromes verhindert wird. Andererseits
führt die
Verringerung des freien Durchlassquerschnittes, Idealerweise gegen
Null, während
der Betriebsphase des Kolbenverdichters dazu, dass die anfänglichen
gewünschten
Verdichterverluste während
des Betriebes vermieden sind, so dass der Kolbenverdichter sich
durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.According to the invention this
Task by a reciprocating compressor with the mentioned in claim 1
Characteristics solved.
Characterized in that at least one inlet valve during a start-up phase (start-up phase)
the reciprocating compressor, at least in the compression phase of the reciprocating compressor
has a defined free passage cross section and during a
following the start phase
Operating phase of the reciprocating compressor reduces the passage cross-section,
is closed in particular, is advantageously achieved that during the starting phase
targeted compression losses are implied while during the operational phase these compression losses
at least reduced or prevented. These only
compression losses in the starting phase lead to
that a pressure equalization for
the working space of the reciprocating compressor is created, so that the
Piston works against a reduced pressure. This will be a
Torque limitation of the prime mover reached in the starting phase,
so limited in electric drive machines, the starting current
is, so a crossing
the predetermined maximum starting current is prevented. on the other hand
leads the
Reduction of the free passage cross-section, ideally against
Zero while
the operating phase of the reciprocating compressor to the initial
desired
Compressor losses during
of the operation are avoided, so that the reciprocating compressor itself
characterized by high efficiency.
In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Einlassventil in den Kolben des Kolbenverdichters integriert ist.
Hierdurch lässt sich
in einfacher Weise die Abhängigkeit
des momentanen definierten freien Durchlassquerschnittes des Einlassventils
mit der Kolbenbewegung verknüpfen.
Insbesondere kann so die Verringerung des freien Durchlassquerschnittes
des Einlassventils mit der Dynamik des Kolbens verbunden werden,
so dass eine Selbststeuerung der Einstellung beziehungsweise der
Reduzierung des freien Durchlassquerschnittes des Einlassventils über der
Zeit möglich
ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the inlet valve is integrated in the piston of the reciprocating compressor. As a result, the dependence of the currently defined free passage cross section of the inlet valve can be linked to the piston movement in a simple manner. In particular, so can the reduction of the free En passage cross-section of the intake valve can be connected to the dynamics of the piston, so that a self-control of the setting or the reduction of the free passage area of the intake valve over time is possible.
Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.Further
preferred embodiments of the invention will become apparent from the others,
in the subclaims
mentioned features.
Die
Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:The
Invention will be described below in an embodiment with reference to the accompanying drawings
explained in more detail. It
demonstrate:
1 eine Schnittdarstellung
durch einen Kolbenverdichter mit Kolbenstellung unterer Totpunkt; 1 a sectional view through a piston compressor with piston position bottom dead center;
2 eine Schnittdarstellung
durch einen Kolbenverdichter mit Kolbenstellung oberer Totpunkt; 2 a sectional view through a piston compressor with piston position top dead center;
3 eine Explosionsdarstellung
des Kolbens; 3 an exploded view of the piston;
4 eine Detaildarstellung
des Kolbens; 4 a detailed view of the piston;
5 eine vergrößerte Detailansicht
des Kolbens; 5 an enlarged detail view of the piston;
6 eine Ansicht des Kolbens
und 6 a view of the piston and
7 eine Draufsicht auf eine
Ventilfeder. 7 a plan view of a valve spring.
1 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung durch
einen insgesamt mit 10 bezeichneten Kolbenverdichter. Der
Kolbenverdichter 10 umfasst ein Verdichtergehäuse 12,
an dem ein hier nur teilweise dargestelltes Antriebsgehäuse 14 angeflanscht
ist. Verdichtergehäuse 12 und
Antriebsgehäuse 14 können auch
einteilig ausgebildet sein. Das Antriebsgehäuse 14 nimmt einen
nicht näher
dargestellten Elektromotor 16 auf, dessen Antriebswelle 18 mit
einer Kurbelscheibe 20 kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist.
Die Kurbelscheibe 20 ist hierbei als Exzenterscheibe ausgebildet. 1 shows a partial sectional view through a total with 10 designated piston compressor. The piston compressor 10 includes a compressor housing 12 , on which a here only partly shown drive housing 14 is flanged. compressor housing 12 and drive housing 14 can also be formed in one piece. The drive housing 14 takes an unspecified electric motor 16 on, whose drive shaft 18 with a crank disc 20 positively and / or positively connected. The crank disc 20 is designed here as an eccentric disc.
Ein
Pleuel 22 ist über
ein Wälz-
oder Gleitlager 24 mit der Kurbelscheibe 20 verbunden.
Ein Verbindungsmittel 26 dient hierbei der kraftschlüssigen Verbindung
zwischen Pleuel 22 und Kurbelscheibe 20.A connecting rod 22 is via a rolling or sliding bearing 24 with the crank disc 20 connected. A lanyard 26 serves the non-positive connection between the connecting rod 22 and crank disc 20 ,
An
dem der Kurbelscheibe 20 abgewandten Ende trägt der Pleuel 22 einen
insgesamt mit 28 bezeichneten Kolben, der innerhalb eines
Zylinders 30 dicht geführt
ist. Der Zylinder 30 ist in das Verdichtergehäuse 12 eingebracht.
Der Zylinder 30 wird einerseits von dem Kolben 28 und
andererseits durch einen Deckel 32 begrenzt. Der Deckel 32 ist
fest mit dem Zylinder 30 verbunden und bildet einen Auslassstutzen 34 aus.
Der Deckel 32 umfasst ein Auslassventil 36, während der
Kolben 28 ein Einlassventil 38 umfasst. Zwischen
Kolben 28 und Deckel 32 ist ein Arbeitsraum 40 des
Kolbenverdichters 10 ausgebildet.At the crank disc 20 opposite end carries the connecting rod 22 a total of 28 designated piston, which is within a cylinder 30 is tightly guided. The cylinder 30 is in the compressor housing 12 brought in. The cylinder 30 on the one hand from the piston 28 and on the other hand by a lid 32 limited. The lid 32 is stuck to the cylinder 30 connected and forms an outlet 34 out. The lid 32 includes an exhaust valve 36 while the piston 28 an inlet valve 38 includes. Between pistons 28 and lid 32 is a workroom 40 of the reciprocating compressor 10 educated.
Eine
Längsachse 42 der
Antriebswelle 18 und eine Längsachse 44 des Lagers 24 beziehungsweise
des Verbindungsmittels 26 besitzen einen Abstand 1,
der dem halben Hub des Kolbens 28 entspricht.A longitudinal axis 42 the drive shaft 18 and a longitudinal axis 44 of the camp 24 or the connecting agent 26 have a distance 1 , the half stroke of the piston 28 equivalent.
Der
in 1 dargestellte Kolbenverdichter 10 zeigt
folgende allgemeine, an sich bekannte Funktion: Während des
bestimmungsgemäßen Einsatzes wird über den
Elektromotor 16 die Antriebswelle 18 in Rotation
versetzt. Diese nimmt die drehfest auf der Antriebswelle 18 befestigte
Kurbelscheibe 20 mit, so dass das Verbindungsmittel 26 mit
dem Lager 24 um die Antriebsachse 18 rotiert.
Der am Lager 24 befestigte Pleuel 22 erfährt somit
eine hier entsprechend dem Doppelpfeil 46 angedeutete hin-
und hergehende Hubbewegung. Der gesamte Hub des Kolbens 28 beträgt das Doppelte
des Abstandes 1.The in 1 shown piston compressor 10 shows the following general, known per se function: During the intended use is via the electric motor 16 the drive shaft 18 set in rotation. This takes the rotationally fixed on the drive shaft 18 attached crank disc 20 with, so that the lanyard 26 with the warehouse 24 around the drive axle 18 rotates. The in stock 24 fastened connecting rods 22 thus experiences a here according to the double arrow 46 indicated reciprocating stroke movement. The entire stroke of the piston 28 is twice the distance 1 ,
Durch
die Hubbewegung 46 wird der Arbeitsraum 40 des
Kolbenverdichters 10 alternierend verkleinert beziehungsweise
vergrößert. Bei
der Verkleinerung des Arbeitsraumes 40 wird ein sich im
Arbeitsraum 40 befindendes Medium, beispiels weise Luft,
verdichtet. Die Verdichtung führt
dazu, dass ein Druck p1 im Arbeitsraum 40 ansteigt.
Erreicht dieser Druck p1 einen vorgebbaren Öffnungsdruck
des Auslassventilen 36, wird das komprimierte Medium über den
Auslassstutzen 34 einem Druckziel zugeführt. während der Abwärtsbewegung
des Pleuels 22 und somit des Kolbens 28 öffnet das
Einlassventil 38, so dass ein von einer Druckquelle, beispielsweise
der Umgebungsatmosphäre
unter einem Druck p2 stehendes Medium in
den Arbeitsraum 40 gesaugt wird. Aufgrund der alternierenden
Bewegung des Kolbens 28 kann in an sich bekannter Weise
ein Verbraucher mit Druckluft versorgt werden. Derartige Verbraucher sind
beispielsweise in Kraftfahrzeugen angeordnet. Der Kolbenverdichter 10 kann
beispielsweise als Reifenreparatur-Kompressor, als Druckluftquelle
für pneumatisch
betätigbare
Stelleinrichtungen, beispielsweise Sitzverstellung, Dämpfungsvorrichtungen
oder dergleichen, dienen.By the lifting movement 46 becomes the workroom 40 of the reciprocating compressor 10 alternately reduced or enlarged. When reducing the working space 40 becomes one in the workroom 40 located medium, example, air, compressed. The compression causes a pressure p 1 in the working space 40 increases. If this pressure p 1 reaches a predefinable opening pressure of the outlet valves 36 , the compressed medium is through the outlet port 34 supplied to a printing destination. during the downward movement of the connecting rod 22 and thus the piston 28 opens the inlet valve 38 such that a medium which is under the pressure p 2 from a pressure source, for example the ambient atmosphere, enters the working space 40 is sucked. Due to the alternating movement of the piston 28 can be supplied in a conventional manner, a consumer with compressed air. Such consumers are arranged for example in motor vehicles. The piston compressor 10 For example, can serve as a tire repair compressor, as a source of compressed air for pneumatically actuated actuators, such as seat adjustment, damping devices or the like.
2 zeigt den Kolbenverdichter 10 in
einer Arbeitsstellung, bei der sich der Kolben 28 im oberen Totpunkt
befindet. Gleiche Teile wie in 1 sind
mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. 2 shows the piston compressor 10 in a working position where the piston 28 located at top dead center. Same parts as in 1 are provided with the same reference numerals and not explained again.
Anhand
dieser Darstellung wird verdeutlicht, dass der Arbeitsraum 40 des
Kolbenverdichters 10 auf sein Minimum reduziert ist, so
dass nach geöffnetem
Auslassventil 36 der Arbeitsdruck p1 am
Ausgang des Auslassstutzens 34 anliegt.On the basis of this representation, it is made clear that the working space 40 of the reciprocating compressor 10 is reduced to its minimum, so that after the exhaust valve is open 36 the working pressure p 1 at the outlet of the outlet 34 is applied.
3 zeigt in einer Explosionsdarstellung den
Kolben 28 mit dem integrierten Einlassventil 38. Der
Kolben 28 ist auf dem Pleuel 22 befestigt, das wiederum über das
Lager 24 und das Verbindungsmittel 26 mit der
Kurbelscheibe 20 verbunden ist. 3 shows in an exploded view of the piston 28 with the integrated inlet valve 38 , The piston 28 is on the connecting rod 22 attached, in turn, over the camp 24 and the connecting means 26 with the crank disc 20 connected is.
Der
Kolben 28 besteht aus einem Kolbenring 48, dessen
Außenumfangsfläche 50 in
Berührungskontakt
mit der Innenfläche
des Zylinders 30 steht. Der Kolben 28 umfasst
ferner einen scheibenförmigen
Ventilteller 52, der Durchbrüche 54 aufweist. Die Durchbrüche 54 sind
nierenförmig
um eine Verdichterachse 56 angeordnet. Der Ventilteller 52 besitzt ferner
eine zentrale Öffnung 58,
die mit einer Gewindebohrung 60 des Pleuels 22 fluchtet.
An den Ventilteller 52 schließt sich eine Ventilscheibe 62 an.
Die Ventilscheibe 62 besitzt einen Außendurchmesser, der in etwa
mit einer gedachten Umfangslinie der Durchbrüche 54 des Ventiltellers 52 um
die Verdichterachse 56 zusammenfällt. In der Ebene betrachtet fluchtet
die Oberfläche
der Ventilscheibe 62 bei zusammengebautem Kolben 28 mit
einer Auflagefläche 64 eines
ringförmigen
Innenbundes 66 des Kolbenringes 48. Auf der Ventilscheibe 62 liegt
ein Distanzring 68, auf dem wiederum ein scheibenförmiges Federelement 70 aufliegt.
Oberhalb des Federelementes 70 ist ein weiterer Ventilteller 72 angeordnet,
der ebenfalls über
den Umfang nierenförmig
ausgebildete Durchbrüche 74 aufweist.
Der Kolben 28, das heißt die
Teile 52, 62, 48, 68, 70 und 72,
sind durch eine Gewindeschraube 76 kraftschlüssig miteinander
verbunden, wobei die Gewindeschraube 76 in die Gewindebohrung 60 des
Pleuels 22 einschraubbar ist. Hierzu besitzen diese Teile
alle die Öffnung 58.The piston 28 consists of a piston ring 48 , whose outer peripheral surface 50 in contact with the inner surface of the cylinder 30 stands. The piston 28 further comprises a disk-shaped valve disk 52 , the breakthroughs 54 having. The breakthroughs 54 are kidney-shaped around a compressor axis 56 arranged. The valve plate 52 also has a central opening 58 that with a threaded hole 60 of the connecting rod 22 flees. To the valve plate 52 closes a valve disc 62 at. The valve disc 62 has an outer diameter which is approximately with an imaginary circumferential line of the apertures 54 of the valve disk 52 around the compressor axis 56 coincides. Viewed in the plane, the surface of the valve disc is aligned 62 with assembled piston 28 with a support surface 64 an annular inner collar 66 of the piston ring 48 , On the valve disc 62 is a spacer ring 68 , on the turn, a disc-shaped spring element 70 rests. Above the spring element 70 is another valve plate 72 arranged, which also has kidney-shaped breakthroughs over the circumference 74 having. The piston 28 that is the parts 52 . 62 . 48 . 68 . 70 and 72 , are by a threaded screw 76 non-positively connected to each other, wherein the threaded screw 76 into the threaded hole 60 of the connecting rod 22 can be screwed. These parts all have the opening 58 ,
Nach
weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Verbindung
der Einzelteile des Kolbens 28 auch über eine Niet-, eine Rastverbindung
oder dergleichen erfolgen.According to further embodiments, not shown, the connection of the individual parts of the piston 28 also via a rivet, a snap connection or the like.
In
den 4 und 5 sind jeweils Schnittansichten
des Kolbens 28 im Detail gezeigt. Gleiche Teile wie in
den vorhergehenden Figuren sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen
versehen und nicht nochmals erläutert.In the 4 and 5 are each sectional views of the piston 28 shown in detail. The same parts as in the preceding figures are again provided with the same reference numerals and not explained again.
Anhand
dieser Darstellungen wird deutlich, dass der Kolbenring 48 einerseits
an seiner Umfangsfläche 50 dichtend
mit dem Zylinder 30 in Kontakt steht. Die Umfangsfläche 50 ist
konvex ausgebildet, so dass im Wesentlichen eine Linienbe rührung besteht.
Diese garantiert eine besonders gute Abdichtung. Gleichzeitig wird
durch die konvexe Ausbildung das geringfügige Hin- und Herkanten des
Kolbens 28 während
der Auf- und Abbewegung nicht behindert und gleichzeitig immer eine
dichte Anlage an den Zylinder 30 gewährleistet. Der Kolbenring 48 nimmt
in seinem Innenraum die mittels Verbindungsmittel 76 gefügten Einzelteile
des Kolbens 28, nämlich
den Ventilteller 52, die Ventilscheibe 62, den
Distanzring 68, das Federelement 70 sowie den
Ventilteller 72, auf.It is clear from these illustrations that the piston ring 48 on the one hand on its peripheral surface 50 sealing with the cylinder 30 in contact. The peripheral surface 50 is convex, so that there is essentially a line touch. This guarantees a particularly good seal. At the same time by the convex training, the slight back and forth of the piston 28 during the up and down movement does not obstruct and at the same time always a tight contact with the cylinder 30 guaranteed. The piston ring 48 takes in its interior the means of connection 76 joined items of the piston 28 namely, the valve plate 52 , the valve disc 62 , the spacer ring 68 , the spring element 70 as well as the valve plate 72 , on.
Insbesondere
in der vergrößerten Darstellung
in 5 wird deutlich,
dass durch die Anordnung des Distanzringes 68 zwischen
dem Federelement 70 und der Ventilscheibe 62 ein
Ringspalt 78 mit einer Spaltweite w ausgebildet ist. Das
Federelement 70 liegt somit an seinem Außenumfang
nicht auf der Auflagefläche 64 des
Bundes 66 des Kolbenringes 48 auf. Insofern besteht – statisch
betrachtet – eine
durchgehende Verbindung über
die Durchbrüche 74,
den Ringspalt 78 und die Durchbrüche 54 zwischen der
dem Arbeitsraum 40 zugewandten Seite des Kolbens 28 und
der der Druckquelle zugewandten Seite des Kolbens 28. Zwischen
dem Außenumfang
des Federelementes 70 und der Auflagefläche 64 ist ein Ventilsitz
des Einlassventiles 38 ausgebildet. Im Ausgangszustand
ist – entsprechend
der Spaltweite w des Ringsspaltes 78 – das Einlassventil 38 nicht
komplett geschlossen.In particular, in the enlarged view in 5 becomes clear that by the arrangement of the spacer ring 68 between the spring element 70 and the valve disc 62 an annular gap 78 is formed with a gap width w. The spring element 70 is thus not on the outer periphery on the support surface 64 of the federal government 66 of the piston ring 48 on. In this respect, there is - from a static point of view - a continuous connection via the breakthroughs 74 , the annular gap 78 and the breakthroughs 54 between the work space 40 facing side of the piston 28 and the pressure source side facing the piston 28 , Between the outer circumference of the spring element 70 and the bearing surface 64 is a valve seat of the intake valve 38 educated. In the initial state is - according to the gap width w of the annular gap 78 - the inlet valve 38 not completely closed.
6 zeigt in einer Schnittansicht
eine Detailvergrößerung des
Kolbens 28 im Bereich des Verbindungsmittels 76.
Hier wird deutlich, dass nach einer weiteren Ausführungsvariante
sowohl zwischen dem Felderelement 70 und der Ventilscheibe 62 und dem
Federelement 70 und dem Ventilteller 72 jeweils ein
Distanzring 68 beziehungsweise 68' angeordnet sein kann. Ein Durchmesser
des Distanzringes 68 ist sehr viel kleiner gewählt als
ein Durchmesser des Federelementes 70. Hierdurch ergibt
sich, dass das Federelement 70 frei in den zwischen Ventilscheibe 62 und
Ventilteller 72 ausgebildeten Raum einkragt. Die Spaltweite
w wird hierbei durch die Dicke des Distanzringes 68 bestimmt. 6 shows in a sectional view an enlarged detail of the piston 28 in the area of the bonding agent 76 , Here it becomes clear that, according to a further embodiment, both between the field element 70 and the valve disc 62 and the spring element 70 and the valve plate 72 one spacer each 68 respectively 68 ' can be arranged. A diameter of the spacer ring 68 is chosen much smaller than a diameter of the spring element 70 , This results in that the spring element 70 free in the between valve disc 62 and valve plates 72 einkragt trained space. The gap width w is in this case by the thickness of the spacer ring 68 certainly.
In 7 ist in einer Draufsicht
und in einer Seitenansicht das Federelement 70 gezeigt.
Es wird deutlich, dass das Federelement 70 scheibenförmig ausgebildet
ist und in der Mitte die Durchgangsöffnung für das Verbindungsmittel 76 aufweist.
Das Federelement 70 besitzt zwei im Wesentlichen langgestreckte
Durchbrüche 80,
die sich im Wesentlichen kreisförmig
um die Durchgangsöffnung 58 erstrecken und
deren Enden in diametral gegenüber
liegenden Kreissegmenten koaxial zur Verdichterachse 56 verlaufen.
Hierdurch kommt es zur Ausbildung von Federbeinen 82, über die
ein mittlerer Bereich 84 – innerhalb der Durchbrüche 80 – mit dem
außerhalb
der Durchbrüche
liegende Bereich des Federelementes 70 verbunden ist. Entsprechend
der Größe der Kreissegmente
ergibt sich eine Länge
fs der Federbeine 82. Die Kreissegmente zur Bildung der
Federbeine 82 besitzen beispielsweise einen Winkel zwischen
1° und 90°, beispielsweise
60°.In 7 is in a plan view and a side view of the spring element 70 shown. It becomes clear that the spring element 70 is disc-shaped and in the middle of the passage opening for the connecting means 76 having. The spring element 70 has two substantially elongated openings 80 which is substantially circular about the passage opening 58 extend and their ends in diametrically opposite circular segments coaxial with the compressor axis 56 run. This leads to the formation of struts 82 , over which a middle range 84 - within the breakthroughs 80 - With the lying outside of the openings region of the spring element 70 connected is. According to the size of the circle segments results in a length fs of the struts 82 , The circle segments to form the struts 82 For example, have an angle between 1 ° and 90 °, for example, 60 °.
Wie
die Seitenansicht in 7 zeigt,
besitzt das Federelement 70 eine Dicke d.Like the side view in 7 shows, has the spring element 70 a thickness d.
Neben
der bereits erläuterten
allgemeinen Funktion zeigt der erfindungsgemäße Kolbenverdichter 10,
mit den in den 1 bis 7 gezeigten Aufbau, folgende
Wirkungsweise.In addition to the already explained general function shows the piston compressor according to the invention 10 , with the in the 1 to 7 shown construction, the following mode of action.
Wird
die Kurbelscheibe 20 über
den Elektromotor 16 in Rotation versetzt, bewegt sich aufgrund der
Kopplung des Pleuels 22 mit der Kurbelscheibe 20 der
Kolben 28 innerhalb des Zylinders 30 vom unteren
Totpunkt (1) zum oberen
Totpunkt (2). Hierbei
wird das im Arbeitsraum 40 befindliche Medium, insbesondere
Luft, verdichtet. Die Verdichtung ist dann abgeschlossen, wenn das
Auslassventil 36 öffnet
und das verdichtete Medium kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes über den
Auslassstutzen 34 zum Druckziel abgibt. Durch die Kompression
des sich im Arbeitsraum 40 befindenden Mediums wird eine
Kraft auf die Querschnittsfläche
des Kolbens 28 ausgeübt.
Diese Kraft wirkt auf das Federelement 70. In der Startphase
des Kolbenverdichters 10, das heißt, innerhalb der ersten Umdrehung
beziehungsweise der ersten Umdrehungen der Antriebswelle 18 des
Elektromotors 16 reicht diese auf das Federelement 70 wirkende
Kraft nicht aus, den Ringspalt 78 zu verschließen. Somit
besteht über
den Ringspalt 78 eine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 40 und der
Druckquelle. Dies stellt für
den Arbeitsraum 40 eine definierte, hier gewollte Leckage
dar. Diese Leckage sorgt dafür,
dass in der Startphase des Kolbenverdichters 10 der auf
den Kolben 28 wirkende Druck begrenzt ist. Hierdurch wird
das vom Elektromotor 16 aufzubringende Drehmoment zum Überwinden
dieses Druckes ebenfalls begrenzt. Dies führt dazu, dass ein Anlaufstrom
des Elektromotors 16 nicht über einen vorgebbaren Wert
ansteigt und beispielsweise eine den Elektromotor 16 elektrisch
absichernde Sicherung nicht die Spannungsversorgung unterbricht.
Während
dieser Startphase ist ein strömungsdynamischer
Staudruck auf das Federelement nicht groß genug, um den Ringspalt 78 zu
verschließen.Will the crank disc 20 over the electric motor 16 set in rotation, moving due to the coupling of the connecting rod 22 with the crank disc 20 The piston 28 inside the cylinder 30 from bottom dead center ( 1 ) to top dead center ( 2 ). Here it is in the work space 40 located medium, in particular air, compressed. The compression is then completed when the exhaust valve 36 opens and the compressed medium just before reaching top dead center via the outlet 34 to the print destination. By the compression of himself in the workroom 40 medium is a force on the cross-sectional area of the piston 28 exercised. This force acts on the spring element 70 , In the starting phase of the reciprocating compressor 10 , that is, within the first revolution or the first revolutions of the drive shaft 18 of the electric motor 16 this extends to the spring element 70 acting force, not the annular gap 78 to close. Thus, there is over the annular gap 78 a connection between the workspace 40 and the pressure source. This poses for the workroom 40 a defined, desired here leakage. This leakage ensures that in the starting phase of the reciprocating compressor 10 the on the piston 28 acting pressure is limited. This will be the electric motor 16 applied torque to overcome this pressure also limited. This causes a starting current of the electric motor 16 does not rise above a predetermined value and, for example, the electric motor 16 electrically fusing fuse does not interrupt the power supply. During this starting phase, a dynamic dynamic dynamic pressure on the spring element is not large enough to the annular gap 78 to close.
Nach
der Startphase, also bei Erreichen der Betriebsphase des Kolbenverdichters 10,
ergibt sich eine höhere
Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 28 innerhalb des Zylinders 30.After the start phase, ie when the operating phase of the reciprocating compressor is reached 10 , results in a higher speed of movement of the piston 28 inside the cylinder 30 ,
Hierdurch
wird der dynamische Staudruck (Gasimpuls) auf das Federelement 70 so
groß,
dass bei der Kompressionsphase, das heißt, der Kolben 28 bewegt
sich vom unteren Totpunkt in Richtung des oberen Totpunktes, dass
sich das Federelement 70 an die Auflagefläche 64 anlegt
und somit den Ringspalt 68 verschließt. Es wird deutlich, dass
durch Anordnung des Federelementes 70, insbesondere durch
Ausbildung des definierten Ringspaltes 78 ein Einlassventil 38 ge schaffen
ist, das während
einer Startphase des Kolbenverdichters 10 einen definierten
freien Durchlassquerschnitt zwischen Arbeitsraum 40 und
Druckquelle aufweist, während
in der sich an der Startphase anschließenden Betriebsphase dieser
freie Durchlassquerschnitt verringert, insbesondere verschlossen
wird. Hiermit wird erreicht, dass nur während der Startphase eine definierte
Leckage gegeben ist, die zur erläuterten
Verringerung des Anlassstromes des Elektromotors 16 führt. Während der
Betriebsphase ist diese definierte Leckage verringert, insbesondere
abgestellt, so dass der Kolbenverdichter 10 mit erhöhtem Wirkungsgrad
arbeiten kann.As a result, the dynamic dynamic pressure (gas pulse) on the spring element 70 so big that at the compression phase, that is, the piston 28 moves from bottom dead center in the direction of top dead center that the spring element 70 to the support surface 64 applies and thus the annular gap 68 closes. It is clear that by arranging the spring element 70 , in particular by forming the defined annular gap 78 an inlet valve 38 ge is created during a start phase of the reciprocating compressor 10 a defined free passage cross section between working space 40 and pressure source, while in the subsequent phase of the starting phase, this free passage cross-section is reduced, in particular closed. This ensures that only during the starting phase, a defined leakage is given to the explained reduction of the starting current of the electric motor 16 leads. During the operating phase, this defined leakage is reduced, in particular turned off, so that the reciprocating compressor 10 can work with increased efficiency.
Die
Einstellung des Ringspaltes kann über eine Dicke d des Distanzringes 68 in
einfacher Weise erfolgen. Ferner kann durch Einstellen einer Federkennlinie
des Federelementes 70, beispielsweise über Wahl einer Dicke d des
Federelementes 70 oder über
Wahl einer Länge
fs der Federbeine 82, der dynamische Staudruck eingestellt
werden, der überschritten
werden muss, um während
der Kompressionsphase das Einlassventil 38 zu schließen.The setting of the annular gap can over a thickness d of the spacer ring 68 done in a simple manner. Further, by adjusting a spring characteristic of the spring element 70 , For example, about the choice of a thickness d of the spring element 70 or by choosing a length fs of the struts 82 , the dynamic back pressure must be set which must be exceeded to allow the intake valve during the compression phase 38 close.
Sowohl
das Federelement 70 als auch der Distanzring 68 können in
einfacher Weise als Stanzteile, und somit kostengünstig und
für eine
Massenproduktion in geeigneter Weise hergestellt werden. Hinsichtlich
etwaiger Toleranzen oder Bearbeitungsgrate sind nur relativ geringe
Anforderungen an die Genauigkeit erforderlich.Both the spring element 70 as well as the spacer ring 68 can be produced in a simple manner as stamped parts, and thus inexpensively and for mass production in a suitable manner. Regarding any tolerances or machining burrs only relatively low accuracy requirements are required.
Ebenfalls
kann der Distanzring 68 durch Höhenaufmaß der Ventilscheibe 62 so
ersetzt werden, dass das Aufmaß der
Ventilscheibe 62 eben jenes Maß des Distanzringes darstellt
und somit das vorbestimmte Abstandsmaß (Ringspalt 78) zwischen
dem Federelement 70 und der Auflagefläche 64 gegeben ist.
Hierdurch liegen die Durchbrüche 80 des
Federelementes 70 auf der Ventilscheibe 62 auf.
Eine Leckage über
die Durchbrüche 80 ist
somit verhindert, insbesondere stark behindert.Likewise, the spacer ring 68 by height of the valve disc 62 be replaced so that the allowance of the valve disc 62 represents just that measure of the spacer ring and thus the predetermined distance (annular gap 78 ) between the spring element 70 and the bearing surface 64 given is. As a result, the breakthroughs are 80 of the spring element 70 on the valve disc 62 on. A leak over the breakthroughs 80 is thus prevented, in particular severely disabled.
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1010
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Kolbenverdichterpiston compressor
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1212
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Verdichtergehäusecompressor housing
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1414
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Antriebsgehäusedrive housing
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1616
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Elektromotorelectric motor
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1818
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Antriebswelledrive shaft
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2020
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Kurbelscheibecrank
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2222
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Pleuelpleuel
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2424
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Wälz- oder
GleitlagerRolling or
bearings
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2626
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Verbindungsmittelconnecting means
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2828
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Kolbenpiston
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3030
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Zylindercylinder
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3232
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Deckelcover
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3434
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Auslassstutzenoutlet
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3636
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Auslassventiloutlet valve
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3838
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Einlassventilintake valve
-
4040
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Arbeitsraumworking space
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4242
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Längsachse
der Antriebswellelongitudinal axis
the drive shaft
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4444
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Längsachse
des Lagerslongitudinal axis
of the camp
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4646
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Doppelpfeil/HubbewegungDouble arrow / stroke movement
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4848
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Kolbenringpiston ring
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5050
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Umfangsflächeperipheral surface
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5252
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Ventiltellervalve disc
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5454
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Durchbrüchebreakthroughs
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5656
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Verdichterachsecompressor axis
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5858
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zentrale Öffnungcentral opening
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6060
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Gewindebohrungthreaded hole
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6262
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Ventilscheibevalve disc
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6464
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Auflageflächebearing surface
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6666
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ringförmiger Innenbundring-shaped inner waistband
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68,
68'68
68 '
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Distanzringspacer
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7070
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Federelementspring element
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7272
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Ventiltellervalve disc
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7474
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Durchbrüchebreakthroughs
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7676
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Verbindungsmittel/GewindeschraubeConnecting means / screw
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7878
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Ringspaltannular gap
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8080
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Durchbrüchebreakthroughs
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8282
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FederbeineSuspensions
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8484
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mittlerer
Bereichmiddle
Area
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dd
-
Dicke
des Federelementesthickness
of the spring element
-
ww
-
Spaltweitegap width
-
fsfs
-
Länge der
FederbeineLength of
Suspensions
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p1, p2 p 1 , p 2
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