DE19847159C2

DE19847159C2 - Kompressor zur Erzeugung ölfreier Druckluft

Info

Publication number: DE19847159C2
Application number: DE19847159A
Authority: DE
Inventors: Hans Unger
Original assignee: Hans Unger
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2001-12-06
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: EP0994252A3; EP0994252B1; EP0994252A2; US6318502B1; DE19847159A1; DE59913849D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor nach dem Gattungsbegriff des Patentan spruchs 1.

Kompressoren der gattungsgemäßen Art (DE 197 06 066 A1) sind insbesondere für den Einbau in Kraftfahrzeugen geeignet. Hierbei ist vorgesehen, daß der Kompres sor an den Schmieröl- und Kühlwasserkreislauf des Fahrzeugmotors angeschlossen ist. Bei der hohen Belastung der Fahrzeugmotoren und der nicht immer gewährlei steten Wartung dieser Medien ist es jedoch nicht immer von Vorteil für den Kom pressor, an diese Kreisläufe angeschlossen zu sein. Das Kühlwasser und auch das Schmieröl werden vom Motor stark aufgeheizt. Dadurch ist die Kühlwirkung für den Kompressor oft sehr gering. Außerdem ist durch den Einbau in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugmotors der Kompressor der vom Motor abgestrahlten Wärme ausge setzt. Bei Kompressoren für die Beschaffung von ölfreier Druckluft sind trockenlau fende Kolbenringe aus Kunststoff vorgesehen. Für die Standzeit dieser Kolbenringe ist eine gute Kühlung aber von entscheidender Bedeutung.

Davon ausgehend, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Kompressor der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß eine Abführung der Wärme aus den heißen Zonen in thermisch weniger beanspruchte Bereiche erreicht wird. Es soll hierbei auch möglich sein, den Kompressor getrennt vom Antrieb eines Hauptan triebs, vorzugsweise unter Verwendung eines gesonderten Elektromotors, anzutrei ben, derart, daß der Kompressor universell einsetzbar ist. Die Kühlung soll im be sonderen so beschaffen sein, daß die Erzeugung ölfreier Druckluft bei Verwendung von Kolbenringen aus Kunststoff gewährleistet bleibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die Verwendung eines eigenen dauerhaften Schmieröl- und Kühlölkreislaufs besteht die Möglichkeit, den Kompressor z. B. an beliebiger Stelle innerhalb eines Fahrzeuges unterzubringen; in diesem Fall ist der Kompressor durch einen E-Motor angetrieben. Dies wiederum hat den Vorteil, daß der Kompressor unabhängig von der jeweiligen Drehzahl des Fahrzeugmotors eine konstante Förderleistung erbringt. Außerdem kann der Kompressor in Betrieb genommen werden, bevor der Fahr zeugmotor gestartet wird. Dies ist von Vorteil, wenn eine schnelle Fahrbereitschaft gewünscht wird.

Die integrierte Schmieröl- und Kühlölversorgung macht den Kompressor auch für den Einbau in stationäre Luftbeschaffungsanlagen besonders geeignet. Die Art der Kühlung bei gekapselter Bauweise des Kompressors macht die Verwendung von Kunststoff für wesentliche Bauteile möglich; dies betrifft insbesondere Gehäuseab schnitte, welche in Sandwich-Bauweise zwischen dem Triebwerksbereich und dem Zylinderkopf eingespannt werden können.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnah me auf die Zeichnung erläutert. Diese zeigt in Längsschnittansicht einen Kompressor gemäß der Erfindung.

Der in der Zeichnung dargestellte Axialkolbenkompressor mit Taumelscheibenantrieb weist innerhalb eines mehrteiligen Gehäuses ein ölgeschmiertes Triebwerk 1 auf, welches im wesentlichen aus einer auf einer Antriebswelle 3 gelagerten Taumel scheibe 5 und Halbkugeln 7 in Lagerpfannen 9 besteht. Das Triebwerk 1 von an sich bekannter Wirkungsweise wird verwendet, um bei Drehung der Antriebswelle 3 ge radlinige Bewegungen der Kolben 11 tragenden Kolbenstangen 13 herbeizuführen. Die Kolben wirken wechselweise gegenüber Rückschlagventilen 15 eines Zylinder kopfes 17, in welchem sich ein gemeinsamer Druckanschluß 19 befindet.

Die Lagerung der Kolbenstangen 13 erfolgt in Lagerbuchsen 21 auf der ölgeschmier ten Triebwerksseite des Kompressors, wie nachfolgend erläutert ist. Die Lagerbuch sen 21 erstrecken sich auf einem Teilkreis unter Winkelabstand zueinander parallel zur Längsachse des Kompressors durch einen mittleren Gehäuseabschnitt 23, an welchem den Kolben zugewandt ölabstreifende Abdichtelemente 25 vorgesehen sind. An der Rückseite der Kolben 11 befindliche Kammern 27 sind durch einen Rin graum 29 zu einem gemeinsamen Saugraum verbunden, in welchen ein Saugan schluß 31 mündet. Jede der an der Rückseite der Kolben 11 befindlichen Kammern 27 - als Saugraum wirkend - ist jeweils durch den Kolben von einer Druckkammer 33 getrennt, wobei jeder der Kolben ein Saugventil 35 trägt. Dieses Saugventil stellt während des Saughubes des Kolbens die Verbindung zwischen dem Saugraum und dem Druckraum her, wobei sich das Ventil bei gemäß Darstellung nach links gerich teter Bewegung des Kolbens öffnet, derart, daß Luft durch den Sauganschluß 31, den Ringraum 29 und die Kammer 27 in die Druckkammer 33 gelangt und bei nach folgender, gemäß Darstellung in der Zeichnung nach rechts gerichteter Bewegung bei sich schließendem Saugventil 35 über das in der Schnittansicht dargestellte Rückschlagventil 15 und eine gemeinsame Druckkammer 37 in den Druckanschluß 19 ausgeschoben wird.

Der Ölkreislauf des vorstehend hinsichtlich seiner wesentlichen Bauteile beschriebe nen Kompressors ist so ausgeführt, daß er die vorwiegend im Bereich des Zylinder kopfs und der Kompressionsräume anfallende Wärme auf eine möglichst große und gut leitfähige Oberfläche überträgt. Gemäß der Erfindung ist der Kompressor in zwei Volumenbereiche aufgeteilt, die mit unterschiedlichen Ölmengen dauerhaft befüllt sind. Es handelt sich um zwei Bereiche, welche in Ruhestellung des Kompressors durch Rückschlagventile 39 und 41 voneinander getrennt sind. Die Rückschlagventi le öffnen bei Betrieb des Kompressors in vorbestimmter Richtung, wie nachfolgend erläutert ist.

Die zum Betrieb des Kompressors erforderliche Ölmenge wird bei der Herstellung des Kompressors in diesen eingefüllt. Zu diesem Zweck sind im mehrteiligen Gehäu se des Kompressors Einfüllöffnungen 43 und 45 vorgesehen. Der in der Schnittdar stellung wiedergegebene rechte Bereich des Kompressors ist der mit der höheren thermischen Beanspruchung. In diesem Bereich werden alle nachfolgend erläuterten Kühlmittelräume über die Einfüllöffnung 43 zu 100% mit Öl gefüllt. Der in der Schnittzeichnung dargestellte linke Bereich, welcher im Ruhezustand mittels der Rückschlagventile gegenüber dem rechten Bereich getrennt ist, stellt im wesentlichen den Bereich des Triebwerks des Kompressors dar. Hier wird Öl über die Einfül löffnung 45 nur bis zu einem vorbestimmten Pegel eingefüllt; eine höhere Ölmenge würde unnötigerweise die Panschleistung und damit den Energieverbrauch des Kompressors erhöhen.

Nachfolgend sind die Bauteile für den Öltransport zwischen den beiden Bereichen des Kompressors erläutert:
Auf der Antriebswelle 3 des Kompressors sitzt ein Pumpenrad 47, welches mit sei nem Außenumfang in einer vom Gehäuseabschnitt 23 sich erstreckenden Buchse 49 geführt ist. Durch die Saugwirkung des Pumpenrades wird das Öl aus dem Raum 51 über das Rückschlagventil 41 in den Raum 53 gesaugt und gelangt über das Pum penrad 47 in den Raum 55, welcher die Druckseite zum Raum 53 darstellt. Die das Pumpenrad tragende Antriebswelle ist im Bereich des Raums 55 mit einer radialen Querbohrung 57 versehen, an welche sich eine durchgehende axiale Bohrung 59 in der Antriebswelle 3 anschließt. Von der Bohrung 59 zweigen am linksseitigen Ende derselben Querbohrungen 61 ab. Durch den Druck des Öls wird dieses durch die vorgenannte Querbohrung 57 in die Bohrung 59 und dann mittels der Querbohrun gen 61 in das Triebwerk 1 des Kompressors gefördert. Durch die rotierenden Bautei le des Triebwerks, im wesentlichen durch die Taumelscheibe 5, wird das Öl an die Wand des linksseitigen Gehäuseabschnitts 63 geschleudert; von dort läuft das Öl nach unten in den Ölsumpf 65. Hierbei gibt das Öl die aus dem heißen Bereich des Kompressors aufgenommene Wärme an den Gehäuseabschnitt 63 ab, derart, daß die Wärme über die dargestellten Kühlrippen 67 an die Außenluft abgeführt wird. Zu diesem Zwecke ist der Gehäuseabschnitt 63 aus einem gut wärmeleitfähigen Metall gefertigt und mit den genannten Kühlrippen versehen. Das Öl übernimmt im Trieb werk 1 gleichzeitig die Schmierung aller Lagerstellen.

Im weiteren Verlauf wird das Öl aus dem Ölsumpf 65 in Strömungsrichtung des Rückschlagventils 39 und durch dieses hindurch in einen Ringraum 69 saugt. Dieser Ringraum ist durch (nicht dargestellte) Verbindungsbohrungen in der Trennwand 71 des Gehäuses mit Ringräumen 73 verbunden, welche Zylinderlaufbuchsen 75 der Kolben 11 umgeben. Das Öl strömt um die Zylinderlaufbuchsen radial nach außen in einen Ringraum 77 und umströmt in diesem äußeren Bereich nachfolgend die Au ßenkante eines Leitblechs 79. Von dort gelangt das Öl, welches den abgedichteten Bereich der Rückschlagventile umströmt, wieder in den Raum 51.

Das Leitblech 79 erfüllt mehrere Funktionen. Zum einen bewirkt es, daß das Öl, be vor es in den Raum 51 gelangt, die Zylinderlaufbuchsen 75 allseitig umströmt. Eine weitere Funktion des Leitblechs besteht darin, daß die zur Verfügung stehende Kühlfläche zur Ableitung von Wärme vergrößert wird. Da das Leitblech 79 plan auf dem besonders heißen oberen Bereich der Zylinderlaufbuchsen 75 aufliegt, vergrö ßert es deren wärmeübertragende Oberfläche. Schließlich besorgt das Leitblech im Zentrum des Kompressors die Trennung der Räume 51 und 53 und ist als Träger bzw. Halterung für das Rückschlagventil 41 vorgesehen. Das Leitblech besteht dem nach insgesamt aus einer nahezu den gesamten Umfang des Kompressors abdec kenden Scheibe, welche der Formgebung des Zylinderkopfs angepaßt ist.

Nach Passieren der Außenkante des Leitblechs gelangt das Öl in der vorstehend genannten Weise in den Raum 51, welcher in mittiger Lage durch den Zylinderkopf boden begrenzt ist und wird nach Passieren des Rückschlagventils 41 in den Raum 53 angesaugt.

Die vorstehend anhand der Strömungsführung des Öls erläuterte intensive Art der Kühlung ermöglicht die gekapselte Bauweise des Kompressors. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse aus drei Gehäuseabschnitten, nämlich aus dem aus Druckgußmaterial oder dgl. Metall bestehenden Gehäuseabschnitt 63 und aus den vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Gehäuseabschnitten 23 und 85. Die beiden Gehäuseabschnitte 23 und 85 kommen an keiner Stelle mit der hei ßen Druckluft in Berührung, so daß es möglich ist, sie kostengünstig aus Kunststoff herzustellen, wobei in gleichfalls kostengünstiger Weise die für die Antriebswelle und die Kolbenstange nötigen Lagerbuchsen eingespritzt werden können. Die beiden vorgenannten Gehäuseabschnitte 23 und 85 aus Kunststoff sind in einer sogenann ten Sandwich-Bauweise zwischen Bauteilen aus Metall d. h. zwischen dem Gehäu seabschnitt 63 und dem Zylinderkopf 17 eingespannt, wobei die Verspannung durch Schrauben 87 erfolgt.

Ein weiterer Vorteil der intensiven Kühlung der Zylinderlaufbuchsen 75 besteht in einer Verlängerung der Standzeit der Kolbenringe 89 der Kolben 11, so daß die Kol benringezur Erzeugung ölfreier Druckluft trocken laufend ausgelegt werden können. Dies stellt einen weiteren wesentlichen Vorteil der Strömungsführung des Öls im ge kapselten Kompressor gemäß der Erfindung dar.

Bezugszeichenliste

1

Triebwerk

3

Antriebswelle

5

Taumelscheibe

7

Halbkugel

9

Lagerpfanne

11

Kolben

13

Kolbenstange

15

Rückschlagventil

17

Zylinderkopf

19

Druckanschluß

21

Lagerbuchse

23

Gehäuseabschnitt

25

Abdichtelement

27

Kammer

29

Ringraum

31

Sauganschluß

33

Druckkammer

35

Saugventil

37

Druckkammer

39

Rückschlagventil

41

Rückschlagventil

43

Einfüllöffnung

45

Einfüllöffnung

47

Pumpenrad

49

Buchse

51

Raum

53

Raum

55

Raum

57

Querbohrung

59

Bohrung

61

Querbohrung

63

Gehäuseabschnitt

65

Ölsumpf

67

Kühlrippe

69

Ringraum

71

Trennwand

73

Ringraum

75

Zylinderlaufbuchse

77

Ringraum

79

Leitblech

85

Gehäuseabschnitt

87

Schraube

89

Kolbenring

Claims

1. Kompressor zur Erzeugung ölfreier Druckluft, mit einem durch eine Antriebs welle angetriebenen, mit einer Taumelscheibe versehenen und durch Öl ge schmierten Triebwerk, welches mittels Kolbenstangen mit wechselweise ge genüber einem ölgekühlten Zylinderkopf arbeitenden Kolben in Verbindung steht, wobei das zur Kühlung der Druckseite des Kompressors dienende Öl unter vollständiger Abdichtung gegenüber der Druckluft auch zur Schmierung der Triebwerksseite verwendet wird, gekennzeichnet durch folgende Merk male:

a) das zur Kühlung und Schmierung dienende Öl ist durch eine gekapselte, im Inneren des Kompressorgehäuses im Umlauf geförderte, dauerhafte Ölmenge vorgegeben;
b) der Innenraum des Kompressors ist durch in einer Umlaufrichtung des Öls öffnende Rückschlagventile (39, 41) in den den Zylinderkopf (17) und die Kol benanordnung enthaltenden Druckbereich und den die Antriebswelle (3) mit Taumelscheibe (5) enthaltenden Triebwerksbereich unterteilt; und
c) es ist eine Pumpeinrichtung vorgesehen, welche das Öl nach Maßgabe der durch die Rückschlagventile vorgesehenen Strömungsrichtung im Umlauf zwi schen Druckbereich und Triebwerksbereich fördert.

2. Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
der Druckbereich des Kompressors und der Triebwerksbereich weisen je eine eigene Einfüllöffnung (43; 45) zur wahlweisen Befüllung auf.

3. Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
die Pumpeinrichtung für den Umlauf des Öls ist durch ein Pumpenrad (47) gebildet, welches unter Befestigung am Ende der Antriebswelle (3) im Inneren des Kompressorgehäuses den Transport des Öls nach Maßgabe der durch die Rückschlagventile (39, 41) vorgegebenen Öffnungsrichtung zwischen Druckbereich und Triebwerksbereich bewirkt.

4. Kompressor nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch folgende Merk male:

a) das Pumpenrad (47) am Ende der Antriebswelle (3) läuft innerhalb einer von einem mittleren Gehäuseabschnitt (23) des Kompressors zum Druckbereich desselben sich erstreckenden Buchse (49), welche einen Raum (53) um schließt;
b) der Raum (53) ist gegenüber dem Zylinderkopf durch ein in Richtung des Pumpenrades (47) öffnendes Rückschlagventil (41) begrenzt;
c) der an der Druckseite des Pumpenrades (47) befindliche Raum (55) steht über Querbohrungen (57) und eine die Antriebswelle axialmittig durchsetzen de, am Kopfende geschlossene Bohrung (59) und von dieser radial abzwei gende Querbohrungen (61) mit dem Inneren des den Ölsumpf (65) aufneh menden Gehäuseabschnittes (63) in Verbindung;
d) der Ölsumpf (65) steht über wenigstens ein Rückschlagventil (39) mit einer im mittleren Gehäuseabschnitt (23) befindlichen Kammer (Ringraum 69) in Ver bindung, welche an den die Zylinderlaufbuchsen (75) der Kolben (11) umge benden Raum des Druckbereichs angeschlossen ist; und
e) der die Zylinderlaufbuchsen umgebende Raum (Ringraum 73) ist durch Ver bindungen im Bereich des Zylinderkopfs an einen Raum (51) angeschlossen, welcher gegenüber dem das Pumpenrad aufnehmenden Raum (53) durch das Rückschlagventil (41) getrennt ist.

5. Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gehäuse des Kompressors aus mehreren Gehäuseab schnitten besteht, einem das Triebwerk (1) enthaltenden Gehäuseabschnitt (63) aus Metall, einem die Lagerbuchsen (21) der Kolbenstangen tragenden mittleren Gehäuseabschnitt (23) aus Kunststoff und einem den Druckbereich des Kompressors umfassenden, durch den Zylinderkopf endseitig begrenzten Gehäuseabschnitt (85) aus Kunststoff.

6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Kunststoff bestehenden Gehäuseabschnitte (23, 85) in Sandwich-Bauweise zwischen dem aus Metall bestehenden Gehäuseabschnitt (63) und dem Zy linderkopf (17) eingespannt sind.