DE2642454A1

DE2642454A1 - Verdichter

Info

Publication number: DE2642454A1
Application number: DE19762642454
Authority: DE
Inventors: Jun Rudolph Joseph Plasko
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1977-03-31
Also published as: SE429154B; US4035110A; JPS5239808A; SE7610472L; FR2324901B1; GB1491998A; JPS6112118B2; FR2324901A1; CA1057716A; IT1068580B; AU503986B2; AU1717376A

Description

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 17. September 1976

Southfield, Mich.48075, USA Anwaltsakte M-405o

Verdichter

Die Erfindung betrifft einen Verdichter für Luft mit einem zumindest einen Zylinder aufweisenden Gehäuse, mit einem verschiebbar in dem Zylinder angeordneten Kolben, mit einem Zylinderkopf für das Gehäuse, der Kühlmittel und Druckluft aufnehmende Räume aufweist, und mit Ventilen zur Steuerung der Verbindung zwischen dem Zylinder und dem druckluftaufnehmenden Raum, wobei der Zylinderkopf aufweist: eine obere Wand, eine untere Wand, eine außenliegende in Umfangsrichtung verlaufende, die obere und die untere Wand verbindende Randwand mit einer mit der Umgebungsluft in Verbindung stehenden außenliegenden Oberfläche und mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende innenliegende Trennwand, welche die obere und die untere Wand verbindet.

Im Fahrzeugbau werden schon seit vielen Jahren Verdichter für ' Druckluft bei Fahrzeugen verwendet, die mit Druckluftbremsen aus- !

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gerüstet sind. Bei dieser Art von Verdichtern für Luft stellt sich :

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immer wieder das Problem, daß durch die hohe Temperatur der abgegebenen verdichteten Luft Kohlenstoffablagerungen in den Verdichtern auftreten. Es sind schon viele Vorschläge gemacht worden, die Temperatur der Luft im Zylinderkopf herabzusetzen, und zwar insbesondere in der Umgebung der Ventile des Verdichters, wo Kohlenstoff ablagerungen sich besonders nachteilig auswirken.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, bei einem Verdichter der eingangs beschriebenen Art eine bessere Kühlung der verdichteten Luft zu bewerkstelligen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem solchen Verdichter dadurch gelöst, daß die in Umfangsrichtung verlaufende innenliegende Trennwand eine außenliegende Oberfläche aufweist, die zusammen mit der innenliegenden Oberfläche der in Umfangsrichtung verlaufenden außenliegenden Randwand den druckluftaufnehmenden Raum begrenzt, und daß die innenliegende Oberfläche der in Umfangsrichtung verlaufenden innenliegenden Trennwand zumindest teilweise den kühlmittelaufnehmenden Raum begrenzt, so daß von der in dem druckluftaufnehmenden Raum befindlichen Druckluft Wärme an das in dem kühlmittelaufnehmenden Raum befindliche Kühlmittel und durch die außenliegende Randwand hindurch an die Umgebungsluft abgegeben wird.

Der erfindungsgemäße Verdichter für Luft unterscheidet sich somit von herkömmlichen Verdichtern dadurch, daß im Zylinderkopf ein Luft-'mantel einen Raum umgibt, der mit dem Kühlmittel des Motors beschickt wird. Der mit Wasser gefüllte Raum befindet sich zudem direkt über den Zylinderbohrungen an dem Ort, an dem der größte Temperaturgradient vorliegt und an dem infolgedessen der größte Teil des War-

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meübergangs erfolgt.

Bei den Zylinderköpfen herkömmlicher Verdichter umgibt üblicherweise ein Kühlwassermantel den die verdichtete Luft aufnehmenden Auslaßraum, so daß ein Wärmeübergang im wesentlichen nur zwischen der verdichteten Luft und dem Kühlmittel erfolgen kann. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt dagegen der Wärmeübergang nicht nur zwischen der verdichteten Luft und dem Kühlmittel, sondern zugleich auch zwischen der verdichteten Luft und der Umgebungsatmosphäre. Hierdurch wird die Wirksamkeit der Kühlung erheblich verbessert.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines Verdichters für Luft

zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Verdichter von Fig. 1 längs der Linie 2-2; und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2.

In der Zeichnung ist ein Verdichter für Luft insgesamt mit 10 bezeichnet. Er weist einen Zylinderkopf 12 und einen Zylinderblock 14 auf. In dem Zylinderblock 14 sind zwei Zylinderbohrungen 16 vorgesehen, in denen jeweils ein Kolben 18 verschiebbar angeordnet ist. Es versteht sich,' daß der Verdichter auch nur einen Zylinder oder mehr als zwei Zylinder aufweisen kann. Innerhalb des Zylinder blocks ist eine Kurbelwelle 20 drehbar angeordnet, und die Kolben

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18 sind in dem Fachmanne bekannter Weise mit der Kurbelwelle 20 verbunden. Die Kurbelwelle 20 wird von dem nicht dargestellten Motor des Fahrzeuges angetrieben, auf dem der Verdichter 10 angebracht ist. Der Zylinderkopf 12 weist für jeden der Kolben 18 einen Ventilsitz 22 und einen Ventilkörper 24 auf. Durch eine Feder 26 ist jeder der Ventilkörper 24 eine Dichtstelle bildend an den zugeordneten Ventilsitz 22 angedrückt und unterbricht so die Verbindung von der variables Volumen aufweisenden Kammer oberhalb des Kolbens 18 zum Zylinderkopf 12 so lange, bis ein vorgegebener Druckwert erreicht wird. Der Ventilsitz 22 und der Ventilkörper 24 werden üblicherweise als Auslaßventil des Verdichters bezeichnet. Beim Abwärtshub des Kolbens 18 wird unter atmosphärischem Druck stehende Luft in den Zylinder angesaugt, die dann beim Aufwärtshub des Kolbens verdichtet wird.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist der Zylinderkopf 12 eine obere Wand 28, eine untere Wand 30 und eine außenliegende, in Umfangsrichtung verlaufende Randwand 32 auf. Die letztere verbindet die obere Wand 28 und die untere Wand 30 miteinander. Die obere Wand 28 und die untere Wand 30 sind ferner durch eine in Umfangsrichtung verlaufende innenliegende Trennwand verbunden, die insgesamt mit 34 bezeichnet ist. Die Trennwand 34 hat eine außenliegende Oberfläche 36, die zusammen mit der innenliegenden Oberfläche 38 der außenliegenden in umfangsrichtung verlaufenden Randwand 32 einen Sammelraum für verdichtete Luft begrenzt, der insgesamt mit 40 bezeichnet ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist der Sammelraum 40 einen ersten Raumabschnitt 42, der einen der Ventilkörper 24 des Verdich-

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ters überdeckt, einen zweiten Raumabschnitt 44, der den zweiten der Ventilkörper 24 des Verdichters überdeckt, und einen dritten Raumabschnitt 46 auf, der mit einer Auslaßöffnung 48 für verdichtete Luft in Verbindung steht. Über die Auslaßöffnung 48 ist der verdichtete Luft aufnehmende Sammelraum 40 mit einem geeigneten, nicht gezeigten Speicherbehälter verbunden, der ebenfalls auf dem Fahrzeug angebracht ist.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die in Umfangsrichtung verlaufende innenliegende Trennwand 34 auch einen in transversaler Richtung verlaufenden Wandabschnitt 50 auf, der zusammen mit der innenliegenden Oberfläche 52 der oberen Wand 28 eine dazwischenliegende Kammer begrenzt, die mit einem jeden der Raumabschnitte 42,44 und 46 des Sammelraums 40 in Verbindung steht. Die in Umfangsrichtung verlaufende innenliegende Trennwand 34 weist ferner Wandabschnitte 54,56 und 58 auf, die zusammen mit der in umfangsrichtung verlaufenden außenliegenden Randwand 32 jeweils einen der Raumabschnitte 42,44 und 46 des Sammelraums 40 für verdichtete Luft begrenzen. Die in umfangsrichtung verlaufende innenliegende Trennwand 34 ist ferner mit einer Vertiefung 60 ausgebildet, welche einen weiteren Raumabschnitt 62 des Sammelraums begrenzt, wodurch die Oberfläche des Sammelraums 40 vergrößert wird.

Die innenliegende Oberfläche 64 der in Umfangsrichtung verlaufenden innenliegenden Trennwand 34 begrenzt zusammen mit der unteren Wand 30 einen insgesamt mit 66 bezeichneten Kühlmittelraum. Der Kühlmit-^ telraum 66 befindet sich somit im wesentlichen unterhalb und im ilnneren des Sammelraums 40 für verdichtete Luft. Der Kühlmittelraum

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66 v/eist Öffnungen 68,70 und 72 auf, die mit dem Kühler des Fahrzeugs verbunden sind, so daß flüssiges Kühlmittel durch den Kühlmittelraum 66 umgewälzt werden kann.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Sammelraum 40 für verdichtete Luft im wesentlichen durch die innenliegende Oberfläche der in umfangsrichtung verlaufenden außenliegenden Randwand 32, die innenliegende Oberfläche 52 der oberen Wand 28 und die außenliegende Oberfläche 36 der in Umfangsrichtung verlaufenden innenliegenden Trennwand 34 begrenzt ist. Die außenliegenden Oberflächen der in Umfangsrichtung verlaufenden Randwand 3 2 und der oberen Wand 28 sind natürlich alle der Umgebungsatmosphare ausgesetzt. Infolgedessen kann von der im Sammelraum 40 befindlichen verdichteten Luft Wärme über die obere Wand 28 und die Randwand 32 an die Umgebungsluft abgegeben werden.

Die Form der in Umfangsrichtung verlaufenden innenliegenden Trennwand 34 ist zudem so gewählt, daß eine verhältnismäßig große Oberfläche derselben sowohl der im Sammelraum 40 befindlichen verdichteten Luft als auch dem Kühlmittel im Kühlmittelraum 66 ausgesetzt ist. Da der Wärmeübergang und damit die Geschwindigkeit, mit der die im Sammelraum 40 befindliche verdichtete Luft abgekühlt wird, von der Größe der Oberfläche abhängt, die dem Strömungsmittel in den beiden Räumen ausgesetzt ist, wird durch diese Form der Trennwand 34 der größtmögliche Wärmeaustausch zwischen dem Sammelraum 40 für verdichtete Luft und dem Kühlmittelraum 66 erhalten. Eine zusätzliche Kühlung der im Sammelraum 40 befindlichen verdichteten Luft erfolgt durch Wärmeübergang zur Umgebungsatmosphäre hin, wie 'oben schon beschrieben worden ist.

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^!Es ist darauf hinzuweisen, daß der Kühlmittelraum 66 im wesentlichen durch die innenliegende Oberfläche der unteren Wand 30 und durch die innenliegende Oberfläche 64 der innenliegenden Trennwand 34 begrenzt ist. Abgesehen von der durch die Öffnungen 68, 70 und 72 eingenommenen Fläche wird somit nur ein sehr kleiner Anteil der Randwand des Kühlmittelraums 66 durch Wandabschnitte der in Umfangsrichtung verlaufenden außenliegenden Randwand des Zylinderkopfs 12 gebildet.

Wie aus der Zeichnung gut ersichtlich ist, liegt die außenliegende Oberfläche 74 der unteren Wand 30 bei der Oberkante des Zylinderblocks 14. Wie ebenfalls aus der Zeichnung deutlich entnehmbar ist, ist der größte Teil der innenliegenden Oberfläche der unteren Wand 30 dem im Kühlmittelraum befindlichen Kühlmittel ausgesetzt. Es ist klar ersichtlich, daß der Querschnitt der Raumabschnitte 42, 44 und 46 des durch die untere Wand 30 begrenzten Raumes viel kleiner ist als der Querschnitt des Kühlmittelraums 66, der durch die innenliegende Oberfläche der unteren Wand 30 begrenzt ist. Der größere Teil der am weitesten oben gelegenen Enden der Zylinderbohrungen 16 ist somit dem in dem Kühlmittelraum 66 befindlichen Kühlmittel ausgesetzt. Da der Temperaturgradient zwischen den Zylinderbohrungen 16 und dem Kühlmittelraum 66 der größte Temperaturgradient ist, erfolgt der Austausch der größten Wärmemenge an dieser Stelle. Damit ist eine effiziente Kühlung der Zylinderbohrungen 16 und zugleich der durch die Ventilsitze 22 und die Ventilkörper 24 gebildeten Auslaßventile sichergestellt. Darüber hin-

^;aus ist aber auch die bestmögliche Kühlung der im Sammelraum 40 _; \befindlichen verdichteten Luft sichergestellt, da für einen Wärme-_:

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übergang sowohl zwischen der verdichteten Luft im Sammelraum 40 und dem Kühlmittelraum 66 als auch zwischen der verdichteten Luft im Sammelraum 40 und der Umgebungsluft gesorgt ist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.) Verdichter für Luft mit einem zumindest einen Zylinder aufweisenden Gehäuse, mit einem verschiebbar in dem Zylinder angeordneten Kolben, mit einem Zylinderkopf für das Gehäuse, der Kühlmittel und Druckluft aufnehmende Räume aufweist, und mit Ventilen zur Steuerung der Verbindung zwischen dem Zylinder und dem druckluftaufnehmenden Raum, wobei der Zylinderkopf aufweist: eine obere Wand, eine untere Wand, eine außenliegende in Umfangsrichtung verlaufende, die obere und die untere Wand verbindende Randwand mit einer mit der Umgebungsluft in Verbindung stehenden außenliegenden Oberfläche und mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende innenliegende Trennwand, welche die obere und die untere Wand verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufende innenliegende Trennwand (34) eine außenliegende Oberfläche (36) aufweist, die zusammen mit j der innenliegenden Oberfläche der in Umfangsrichtung verlaufen-⁵ den außenliegenden Randwand (32) den druckluftaufnehmenden

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Raum (40) begrenzt; und daß die innenliegende Oberfläche (64) der in ümfangsrichtung verlaufenden innenliegenden Trennwand (34) zumindest teilweise den kühlmittelaufnehmenden Raum (66) begrenzt, so daß von der in dem druckluftaufnehmenden Raum (40) befindlichen Druckluft Wärme an₄das in dem kühlmittelaufnehmenden Raum (66) befindliche Kühlmittel und durch die außenliegende Randwand hindurch an die Umgebungsluft abgegeben wird.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kühlmittelaufnehmende Raum (66) zumindest durch einen Abschnitt der außenliegenden in Ümfangsrichtung verlaufenden Randwand (32) begrenzt ist und daß zumindest eine Einlaßöffnung und zumindest eine Auslaßöffnung (Öffnungen 68,70,72) in diesem Abschnitt der Randwand (32) vorgesehen ist, über welche Kühlmittel durch den kühlmittelaufnehmenden Raum (66) umwälzbar ist.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Abschnitt der oberen Wand (28) zusammen mit der in Ümfangsrichtung verlaufenden innenliegenden Trennwand (34) und mit der außenliegenden in Ümfangsrichtung verlaufenden Randwand (32) den verdichtete Luft aufnehmenden Raum (40) begrenzt, so daß Wärme von der im druckluftaufnehmenden Raum (40) befindlichen verdichteten Luft über die obere Wand (28) abgegeben werden kann.

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4. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (22,24) in einem Abschnitt der unteren Wand (30) ange-

. ordnet sind, der zusammen mit der oberen Wand (28), der außen-

\ liegenden in Ümfangsrichtung verlaufenden Randwand (32) und der

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innenliegenden in Umfangsrichtung verlaufenden Trennwand (34) den druckluftaufnehmenden Raum (40) begrenzt.

5. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche Teil der unteren Wand (30) zusammen mit der außenliegenden Randwand (32) und der innenliegenden Trennwand (34) den kühlmittelaufnehmenden Raum (66) begrenzt.

6. Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Zylinders (16) an der Seite (74) des restlichen Teils der unteren Wand (30) anliegt, die der Seite der unteren Wand

(30) gegenüberliegt, die den kühlmittelaufnehmenden Raum (66) begrenzt.

7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Wandabschnitt (50) der innenliegenden Trennwand (34) sich bezüglich der außenliegenden in Umfangsrichtung verlaufenden Randwand (32) in transversaler Richtung erstreckt und zusammen mit den anderen Wänden den druckluftaufnehmenden Raum (44) und den kühlmittelaufnehmenden Raum (66) so begrenzt, daß diese im wesentlichen oberhalb bzw. unterhalb des in transversaler Richtung verlaufenden Wandabschnitts (50) liegen, wobei der druckluftaufnehmende Raum (40) oberhalb des transversalen Wandabschnitts (50) liegt und der kühlmittelaufnehmende Raum (66) unterhalb des transversalen Wandabschnitts (50) liegt.

8. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn-

"■ zeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufende innenliegende

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Trennwand (34) zumindest eine Eindrückung (60) aufweist, durch welche die Oberfläche der Trennwand (34) vergrößert wird.

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