DE19715291A1

DE19715291A1 - Zweistufiger Kompressor

Info

Publication number: DE19715291A1
Application number: DE1997115291
Authority: DE
Inventors: Henning Prof Dr Ing Gold
Original assignee: PNP Luftfedersysteme GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2017-04-12
Also published as: DE19715291C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweistufigen Kolbenkompressor mit einem Niederdruckzylinder, in dem ein Niederdruckkolben geführt ist, und einem zum Niederdruckzylinder koaxialen Hochdruckzylinder, in dem ein Hochdruckkolben geführt ist und der über einen Überströmkanal mit dem Kompressionsraum des Niederdruckzylinders verbunden ist, wobei zwischen dem Einlaß und dem Kompres sionsraum des Niederdruckzylinders und zwischen dem Überströmkanal und dem Kompressionsraum des Hochdruckzylinders je ein Rückschlagventil angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor ist insbesondere bestimmt für den Einbau in Fahrzeugen mit Luftfeder und/oder Luftdämpfung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenkompressor zu schaffen, der seiner Bauweise kompakt ausgebildet ist, aus wenigen Teilen besteht, leicht montier bar ist und betriebssicher ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Niederdruckkolben mit dem Hochdruckkolben über eine Kolbenstange einstückig verbunden ist und der Überströmkanal durch den Niederdruckkolben, die Kolbenstange und den Hoch druckkolben hindurch geführt ist und das Rückschlagventil vor dem Kompressions raum des Hochdruckzylinders im Hochdruckkolben angeordnet ist.

Dadurch, daß die beiden Kolben mit der Kolbenstange ein Teil bilden und der Überströmkanal vom Niederdruckzylinder in den Hochdruckzylinder durch dieses Teil hindurchgeführt ist, kann der Kolbenkompressor sehr klein und das Kompres sorgehäuse sehr einfach ausgebildet werden. Der Hochdruckzylinder, der Nieder druckzylinder und das zwischen beiden Zylindern befindliche Kurbelgehäuse können in einem Arbeitsgang in ein Werkstück eingearbeitet werden, wobei dann nur der Niederdruckzylinder durch einen Zylinderdeckel zu verschließen ist.

Zweckmäßigerweise kann im Niederdruckkolben mindestens ein mit dem Einlaß verbundener Durchlaß angeordnet sein, indem sich das Rückschlagventil vor dem Kompressionsraum des Niederdruckzylinders befindet. Bei dieser Ausführungsform sind alle dem Verschleiß unterliegenden Teile am Doppelkolben angebracht, so daß das Kompressorgehäuse sehr einfach gestaltet werden kann.

Um den zweistufigen Kompressor zusammen mit dem antreibenden Elektromotor ohne Schwierigkeiten in einem Fahrzeug unterbringen zu können, sind die Außen maße des Kompressorgehäuses nicht größer als die des antreibenden Elektromotors.

Vorteilhafterweise wird das Kompressorgehäuse unmittelbar am Lagerschild des antreibenden Elektromotors befestigt. Ferner kann die Kurbel, deren Zapfen in der Mitte der beiden Kolben an der Kolbenstange angreift, unmittelbar auf der Welle des Elektromotors angebracht werden, so daß auch Lager für eine Kurbelwelle entfallen und die Lager der Motorwelle auch die Kurbel des Kompressors tragen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 3 bis 13.

In der folgenden Beschreibung werden zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsge mäßen zweistufigen Kolbenkompressors unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Schnittansicht des Kompressors nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht nach der Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der Zylinderdeckel-Befestigung,

Fig. 4 eine Schnittansicht durch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemä ßen zweistufigen Kolbenkompressors.

Der Kolbenkompressor nach den Fig. 1 und 2 hat ein kreisscheibenförmiges Zylin dergehäuse 1, dessen Zylinderachse koaxial ist zur Achse der Kurbelwelle 7. Rechtwinklig zur Achse der Kurbelwelle 7 verläuft die Achse des Niederdruckzylin ders 2 und des Hochdruckzylinders 3. Zwischen Niederdruckzylinder 2 und Hoch druckzylinder 3 befindet sich ein Raum 32, der als Kurbelgehäuse genutzt werden kann.

Der im Niederdruckzylinder 2 geführte Niederdruckkolben 4 ist über eine Kolben stange 6 einstückig mit dem im Hochdruckzylinder 3 geführten Hochdruckkolben 5 verbunden. Durch den Niederdruckkolben 4, die Kolbenstange 6 und den Hoch druckkolben 5 hindurch ist ein Überströmkanal 14 geführt. Vor dem Kompressions raum des Hochdruckzylinders 3 ist im Hochdruckkolben 4 ein Rückschlagventil 15 angeordnet.

Wie die Fig. 2 zeigt, mündet in den Kurbelraum 32 zwischen Niederdruckzylinder 2 und Hochdruckzylinder 3 ein Einlaß 12, durch den Luft angesaugt wird, wenn der Niederdruckkolben den Kompressionsraum des Niederdruckzylinders 2 vergrößert. Durch das im Niederdruckzylinder entstehende Vakuum öffnet das Rückschlagventil 13 im Niederdruckkolben 4. Verkleinert der Niederdruckkolben 4 den Kompressi onsraum im Niederdruckzylinder 2, dann strömt bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks Luft durch den Überströmkanal 14 in den Kompressionsraum des Hoch druckzylinders 3. Dabei öffnet das Rückschlagventil 15 im Hochdruckkolben 5, bis der Überströmvorgang beendet ist. Beim Verdichten im Hochdruckteil ist das Rückschlagventil 15 geschlossen und bei Erreichen des vorgegebenen Hochdrucks öffnet das Auslaßventil 16.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist die Breite der die Kolben 4 und 5 verbindenden Kolbenstan ge 6 nur wenig kleiner als der Durchmesser des Hochdruckzylinders 3. In der Kolbenstange 6 ist eine rechtwinklig zur Zylinderachse verlaufende rechteckige Ausnehmung 9 angeordnet, in der der Kurbelzapfen 8 der Kurbelwelle 7 unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 10 eingreift. Das Wälzlager 10 ist spielfrei in der Ausnehmung 9 geführt. Während einer Umdrehung der Kurbelwelle 7 bewegt sich das Wälzlager 10 quer zu der Achse der Zylinder 2 und 3.

Der Zylinderdeckel 11 liegt an einer Schulter 18 an, die am äußeren Ende des Niederdruckzylinders 2 im Kompressorgehäuse 1 eingearbeitet ist. Der Zylinderdec kel 11 wird in seiner Position durch einen Zylindermantel 17 gehalten, der von einem topfförmigen Teil 34 gebildet ist. Der Zylindermantel 17 ist über ein Dichtring gegen das Kompressorgehäuse 1 abgedichtet, so daß das topfförmige Teil 34 einen Raum 35 bildet, der als Trocknerraum für die komprimierte Luft dient.

Wie die Fig. 2 zeigt ist der Niederdruckzylinder 2 und der Hochdruckzylinder 3 von relativ viel Material umgeben. Das metallische Zylindergehäuse 1 dient damit gleichzeitig der Aufnahme von Wärme. Weil der zweistufige Kompressor nur relativ kurzzeitig in Betrieb ist, sind weitere Kühlungsmaßnahmen nicht erforderlich.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der an der Schulter 18 anliegende Zylinder deckel 11 von einem Stift 19 gehalten der in Bohrungen eingeführt ist, die in der Zylinderwandung eingearbeitet sind. Die Bohrung in der linken Zylinderwand ist ein Sackloch, während die Bohrung in der rechten Zylinderwand eine durchgehende Bohrung ist. Von dieser durchgehenden Bohrung aus kann der Stift 19 eingesteckt werden. Nach Befestigung des Kompressorgehäuses auf dem Lagerschild eines Elektromotors wird die durchgehende Öffnung abgedeckt, so daß der Stift 19 nicht verloren gehen kann.

Auf der am Stift 19 anliegenden Fläche des Zylinderdeckels 11 kann eine Schräge angeordnet sein, die bewirkt, daß beim Verdrehen des Zylinderdeckels 11 um die Zylinderachse der Zylinderdeckel 11 gegen die Schulter 18 gedrückt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird der Doppelkolben 4, 5 von einem Pleuel 24 angetrieben, das zwischen dem Kurbelzapfen 8 und einem Pleuelbolzen 25 im Niederdruckkolben 4 gelagert ist.

Bei dieser Ausführungsform ist der Einlaß 26 und ein Rückschlagventil 27 im Zylinderdeckel 11 angeordnet. Das Kompressorgehäuse 21 ist unmittelbar auf dem Lagerschild des Elektromotors 20 angeordnet, und das Wälzlager 30 des Elektromo tors 20 trägt die Kurbel oder Antriebswelle 22 des Kompressors.

Bezugszeichenliste

1

Zylindergehäuse, Kompressorgehäuse

2

Niederdruckzylinder

3

Hochdruckzylinder

4

Niederdruckkolben

5

Hochdruckkolben

6

Kolbenstange

7

Kurbelwelle

8

Kurbelzapfen

9

Ausnehmung

10

Wälzlager

11

Zylinderdeckel

12

Einlaß

13

Durchlaß mit Rückschlagventil

14

Überströmkanal

15

Hochdruckeinlaßventil

16

Auslaßventil

17

Zylindermantel

18

Schulter

19

Stift, Bolzen

20

Elektromotor

21

Zylindergehäuse

22

Antriebswelle

23

Kurbelwange

24

Pleuel

25

Pleuelbolzen

26

Einlaß

27

Einlaßventil

28

Auslaß

29

Auslaßventil

30

Wälzlager der Kurbelwelle

31

Gegengewicht

32

Kurbelgehäuse

33

Kühlrippen

34

topfförmiges Teil

35

Trocknerraum

Claims

1. Zweistufiger Kolbenkompressor mit einem Niederdruckzylinder (2), in dem ein Niederdruckkolben (4) geführt ist, und einem zum Niederdruckzylinder (2) koaxialen Hochdruckzylinder (3), in dem ein Hochdruckkolben (5) geführt ist und der über einen Überströmkanal (14) mit dem Kompressionsraum des Niederdruckzylinders (2) verbunden ist, wobei zwischen dem Einlaß (12, 26) und dem Kompressionsraum des Niederdruckzylinders (2) und zwischen dem Überströmkanal (14) und dem Kompres sionsraum des Hochdruckzylinders (3) je ein Rückschlagventil (13, 15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckkolben (4) mit dem Hochdruckkolben (5) über eine Kolbenstange (6) einstöckig verbunden ist und der Überströmkanal (14) durch den Niederdruckkolben (4), die Kolbenstange (6) und den Hochdruckkolben (5) hindurch geführt ist und das Rückschlagventil (15) vor dem Kompressionsraum des Hochdruckzylinders (3) im Hochdruckkolben (4) angeordnet ist.

2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Nieder druckkolben (4) mindestens ein mit dem Einlaß (12) verbundener Durchlaß (13) angeordnet ist, in dem sich das Rückschlagventil vor dem Kompressionsraum des Niederdruckzylinders (3) befindet.

3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der die Kolben (4, 5) verbindende Kolbenstange (6) nur wenig kleiner ist als der Durchmesser des Hochdruckzylinders (3) und in der Kolbenstange (6) eine rechtwinklig zur Zylinderachse verlaufende rechteckige Ausnehmung (9) angeordnet ist, in die der Kurbelzapfen (8) einer Kurbelwelle (7) unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers (10) eingreift, wobei das Wälzlager (10) spielfrei in der Ausnehmung (9) geführt ist.

4. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (7) koaxial zur Welle eines antreibenden Elektromotors ange ordnet ist und die größte Weite des Zylindergehäuses (1) nicht größer ist als der Durchmesser des Elektromotors (20).

5. Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinder gehäuse (1) am Lagerschild des antreibenden Elektromotors (20) befestigt ist.

6. Kolbenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (7) mit Kurbelzapfen (8) auf der Welle (22) des Elektromotors (20) angebracht ist.

7. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (1, 21) aus einem den Hochdruckzylinder (3), das Kurbelge häuse (32) und den Niederdruckzylinder (2) aufnehmenden tassenförmigen Teil besteht und einem Zylinderdeckel (11), der den Niederdruckzylinder (2) abschließt.

8. Kolbenkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder deckel (11) an einer ringsum laufenden Schulter (18) in der Bohrung für den Niederdruckzylinder (2) anliegt und von einem Zylindermantel (17) oder einem durch die Zylinderwandung gesteckten Stift (19) in dieser Position gehalten ist.

9. Kolbenkompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen seite des Zylinderdeckels (11) eine schräg verlaufende und am Stift (19) anliegende Fläche aufweist, die durch Drehung des Deckels um die Zylinderachse eine vorge spannte Anlage des Zylinderdeckels (11) an der Schulter (18) bewirkt.

10. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckzylinder (3), das Kurbelgehäuse (32) und der Niederdruckzylinder (2) in einen zylindrischen Metallkörper eingearbeitet sind, dessen Zylinderachse rechtwinklig zur Achse des Hoch- und Niederdruckzylinders (3, 2) verläuft.

11. Kolbenkompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Metallkörper von einem Zylindermantel (17) umgeben ist, der den Zylinderdeckel (11) in Schließstellung hält.

12. Kolbenkompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel (17) von einem topfförmigen Teil (34) gebildet ist, das einen Trocknerraum (35) für die verdichtete Luft bildet.

13. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (21) ein mit Kühlrippen (33) versehenes zylindrisches Teil ist, dessen Zylinderachse koaxial zur Achse des Hoch- und Niederdruckzylinders (3, 2) verläuft.