DE2905720A1

DE2905720A1 - Zylinderkopf fuer mehrstufige luftpresser

Info

Publication number: DE2905720A1
Application number: DE19792905720
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing Grad Kaltenthaler
Original assignee: Wabco Fahrzeugbremsen GmbH
Current assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Priority date: 1979-02-15
Filing date: 1979-02-15
Publication date: 1980-08-28
Also published as: GB2044365B; GB2044365A; FR2449211A1; FR2449211B1

Description

Hannover, den 5.2.1979 WP /79 - B/St

WABCO Fahrzeugfarensen GmbH

Zylinderkopf für mehrstufige Luftpresser

Die Erfindung betrifft einen mit Wasser, öl, Luft oder mit anderen Kühlmitteln gekühlten Luftpresser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der immer größer werdende Bedarf von Druckluft in Kraftfahrzeug-Druckluftbremsanlagen sowie für sogenannte Nebenverbraucher erfordern ein entsprechend größeres Volumen der Druckluftbehälter. Da Jedoch dem Einbau von größeren oder mehr Druckluftbehältern in bezug auf das Platzangebot in einen Fahrzeug Grenzen gesetzt sind, ergibt sich zwangsläufig die

03 C035/0117

Überlegung, durch Erhöhung des Förderdruckes das Behältervolumen zu reduzieren und durch Anheben des Betriebsbreinsdruckes die Bremszylinder zu verkleinern. Versuche ergaben, daß bei einer herkömmlichen Bremsanlage mit etwa 8 bar Förderdruck eine Steigerung des Förderdruckea auf etwa 18 bar bei gleicher Leistungsfähigkeit - das ursprüngliche Behältervolumen auf 50 bis 60 % reduziert oder anders formuliert - die Leistungsfähigkeit einer bestehenden herkömmlichen Anlage mit einem gegebenen Behältervolumen kann durch Umstellung auf eine Hochdruckanlage heraufgesetzt werden, wenn eine große Speicherfähigkeit z. B. bei Fahrzeugen die über Luftfederbälge Hub- und Senkvorgänge zum Wechseln von Aufliegern ausführen müssen oder wenn als weiteres Beispiel, Omnibusse mit hohem Druckluftverbrauch für Nebenverbraucher mit einer Blockierschutzanlage ausgerüstet sind.

Derzeitig werden mit einstufigen Einzylinder-Luftpressern Förderdrücke von etwa 18 bar erreicht, die jedoch bei hoher Förderleistung eine hohe Druckstutzentemperatur erreichen. Über diesen Wert hinausgehende Förderdrücke, welche z. B. aufgrund besonderer Einsatzbedingungen eines Fohrzeugs benötigt werden,oder die Reduzierung der Druckstutzentemperatur oder die Anhebung des volumetrischen Wirkungsgrades machen die Verwendung von mehrstufigen Luftpressern notwendig.

Im allgemeinen genügen für derartige Fahrzeugbremsanlagen und für die Nebenverbraucher im Fahrzeug 2-stufige Luftpresser, welche aus einer Vorverdichterstufe und einer Hochdruckstufe bestehen. Die in der ersten Stufe auf einen Zwischendruck vorverdichtete Luft wird in den Kompressionsraum der zweiten Stufe geleitet und hier auf den gewünschten Endwert verdichtet,

030035/01 1 7

Dabei ist es unumgänglich, daß zur Vermeidung von hohen Druckstutzentemperaturen die vorkomprimierte stark erhitzte Luft vor Eintritt in den Kompressionsraum der zweiten Stufe abgekühlt wird, was die Anordnung eines Zwischenkühlers notwendig macht. Die Anordnung einer derartigen Kühlanlage ist jedoch mit mehr oder weniger großen Schwierigkeiten verbunden, da der Sach- und Montageaufwand entsprechend groß ist und auch - wie eingangs erwähnt - die Platzverhältnisse in Fahrzeugen sehr beengt sind.

Durch die DE-PS 867 894 sind ZwischenkUhleranordnungen an mehrstufigen Luftpressern bekannt, bei denen aus Rohrschlangen bestehende Kühlelemente in einem um die Zylinder liegenden Wassermantel untergebracht sind. Diese Lösung ist aufwendig und teuer und vergrößert die Einbaumaße des Luftpressers erheblich. Die Zugänglichkeit zwecks Reinigungs- und Reparaturarbeiten ist außerdem sehr umständlich und der Kühleffekt im Bereich des Zylinders nicht optimal.

Ferner sind Anordnungen, z. B. aus der DE-PS 11 89 673 bekannt, die mit hinein besonderen, aus Kühlrohren bestehenden, sehr umfangreichen Kühlsystem ausgerüstet sind, welche als Vorsatz an das Zylindergehäuse des Luftpressers angebaut und mit diesem verschraubt sind und durch Leitungen verbunden werden müssen. Auch diese Lösung ist aufwendig und erfordert großen Platzbedarf, was auch für" luftgekühlte Rohrschlangen, welche ebenfalls außerhalb des Luftpressers und durch Leitungen verbunden angeordnet sind, zutrifft.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zwischenkühlung zu schaffen, welche unter Ausnutzung einer vorhandenen Kühlquelle so angeordnet ist, daß möglichst kein oder nur geringer zusätzlicher Platz beansprucht wird und welche kostengünstig sowie reparatur-

030035/0117

bzw. wartungsfreundlich und kühlungsintensiv ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführte Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die gute Kühlintensität ergibt sich dadurch, weil sich im Zylinderkopf im Bereich der Niederdruckkammer die höchsten Bauteiletemperaturen ergeben und dadurcn ein hohes Λ t (Temperaturdifferenz) zwischen Bauteile- und Kühlmitteltemperatur vorhanden ist.

Ein hohes Λ t ergibt eine gute Wärmeabführung.

Außerdem wird der Druckraum intensiv mit dem Kühlmedium umspült. Dies ist, obwohl nur ein KUhlmitteleintritt und ein Kühlmittelaustritt vorhanden, mittels eines parallelen Kühlmittelstromes innerhalb des Zylinderkopfraumes möglich.

Weiterhin sind alle Kühlmittel führenden Kanäle so verlegt, daß sie zum Wasseraustritt ansteigen und somit bei Verwendung von flüssigen Kühlmitteln eventuell vorhandene Luft ausscheiden.

Anhand der im Anhang befindlichen Abbildungen wird nachfolgend ein auf den 2-stufigen Luftpresser angewandtes Beispiel der erfindungsgemäßen Zwischenkühlung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Den Querschnitt eines wassergekühlten Zylinderkopfes mit integrierter Zwischenkühlung eines 2-stufigen Luftpressers.

030035/0117

Q₀ «fc.

Fig. 2 Den Längsschnitt des Zylinderkopfes durch die

1. Verdichtungsstufe (Niederdruck) des Luftpressers,

Fig. 3 Den Längsschnitt des Zylinderkopfes durch die

2. Verdichtungsstufe (Hochdruck) des Luftpressers.

Der Zylinderkopf 1 ist in einen Kühlmittelraum 2 und und in einen aus einer Ansaugkammer 4, einer Niederdruckkammer 5 und aus einer Hochdruckkammer 6 bestehenden Luftraum unterteilt. Der Kühlmittelraum 2 und 3 steht über seine Anschlüsse 7 und 8 mit einem Kühlsystem, beispielsweise mit dem des Motors in Verbindung. Der Druckmittelstrom wird gezielt vom Kühlmitteleingang 7, 8 ausgehend geführt und mittels einer Drossel oder Blende 9 in zwei Ströme aufgeteilt. Ein Saucanschluß 10 der Ansaugkammer 4 stellt die Verbindung zur Atmosphäre her und über einen Druckanschluß 11 der Hochdruckkammer 6 werden die Verbraucher mit Druckluft versorgt. Saugbohrungen 12 und die Druckbohrungen 13 in der zwischen dem Zylindergehäuse 14 und dem Zylinderkopf 1 angeordneten Ventilplatte 15 stellen die Verbindung über das Sauglamellenventil 16 und das DrucklamelleBventil 17 zwischen der Ansaugkammer 4 und der sich über die gesamte Zylinderkopfbreite erstreckenden Niederdruckkammer 5 der ersten Verdichtungsstufe her, während die Verbindung zwischen der Niederdruckkammer und der Hochdruckkammer 6 der zweiten Verdichtungsstufe über Bohrungen 18 und 19 in der Ventilplatte 15 sowie über die Plattenventile 20 und 21 besteht.

Die Zwischenkühlung der in der Niederdruckstufe vorkomprimierten Luft erstreckt sich erfindungsgemäß über

030035/0117

die gesamte Breite des Zylinderkopfes 1 und wird durch die KUhlwirkung des die gesamte Niederdruckkammer 5 umgebenden Kühlmittelraumes 2 und 3, welcher gleichzeitig die Aufgabe einer Zylinderkopfkühlung erfüllt, bewirkt, wobei als weitere erfindungsgemäße Maßnahme die Ableitung der Wärme durch in die Niederdruckkammer 5 hineinragenden Rippen 22 wesentlich unterstützt wird.

Die Funktion des 2-stufigen Luftpressers mit dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf ist wie folgt: über einen nicht dargestellten Filter wird Luft aus der Atmosphäre angesaugt und gelangt über den Anschluß 10 in die Ansaugkammer 4. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 23 wird über die Saugbohrungen 12 Luft durch das sich öffnende Sauglamellenventil 16 angesaugt und wird bei der Kolbenaufwärtsbewegung im Kompressionsraum zwischen Kolbenoberfläche und Unterseite der Ventilplatte 15 verdichtet und über die Druckbohrungen 13 und das sich öffnende Drucklamellenventil 17 in die Niederdruckkammer 5 gedrückt. Das dabei sich selbsttätig schließende Sauglamellenventil 16 verhindert einen Rückfluß der Druckluft in die Atmosphäre. In der sich über die gesamte Zylinderkopfbreite erstreckenden Niederdruckkammer 5 findet nun über die Wände und die Kühlrippen 22 ein Wärmeaustausch zu dem in gesamter Zylinderkopfbreite die Niederdruckkammer 5 umhüllenden Kühlwasserraum 2 und 3 statt.

Die Abwärtsbewegung des Kolbens 23 saugt die vorkomprimierte und zwischengekUhlte Luft über die Bohrung 18 und das Plattenventil 20 in den über dem Kolben 24 liegenden, nach oben von der Ventilplatte begrenzten Kompressionsraum und die durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 24 auf ihren Endwert

030035/0117

- ίο -

verdichtete Luft wird über die Bohrung 19 und Plattenventil 21 in die Hochdruckkammer 6 gedrückt» wobei das eich schließende Plattenventil 20 einen Rückfluß der Druckluft in die Niederdruckkammer 5 verhindert, über den Anschluß 11 gelangt nun die hochverdichtete Luft zu den Verbrauchern bzw. in einen oder mehrere nicht dargestellte Druckluftbehälter.

030035/0117

Claims

Hannover, den 5.2.1979 WP 3/79 - B/St

WABCO Fahrzeugbremsen GmbH

Patentansprüche

Mit Wasser, öl, Luft oder mit andern Kühlmitteln gekühlter Zylinderkopf für mehrstufige Luftpresser, der folgende Merkmale umfaßt:

a) Der Zylinderkopf besteht aus mindestens zwei Stufen, einer Vorverdichterstufe und einer Hochdruckstufe;

b) Es sind Mittel vorgesehen, um die stark erhitzte, in der Vorverdichterstufe vorverdichtete Luft vor Eintritt in die Hochdruckstufe abzukühlen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

G30035/0117

ORIGINAL INSPECTED

c) Die Saug- und Druckkammern (4, 5, 6) sowie der KUhlmittelraum (2, 3) der Vorverdichter- und Hochdruckstufe sind in einem Zylinderkopf (1) zusammengefaßt;

d) Die Niederdruckkammer (5) erstreckt sich über die gesamte Breite des Zylinderkopfes (1);

e) Die Wandung (25) der Niederdruckkammer (5) steht mit seiner gesamten Außenfläche mit dem die Niederdruckkammer (5) umgebenden KUhlmittelraum (2* 3) in direkter Berührung.

Mit Wasser, öl, Luft oder mit anderen Kühlmitteln gekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: Die Saug- und Druckkammern (4, 5» 6) und der KUhlmittelraum (2, 3) werden von Wandungen des Zylinderkopfes (1) abgegrenzt.

Mit Wasser, öl, Luft oder mit anderen Kühlmitteln gekühlter Zylinderkopf nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: Die Abgrenzung der Saug- und Druckkammern (4, 5, 6) und/oder des Kühlmittelraumes (2, 3) besteht aus Wandungen des Zylinderkopfes (1) und der Ventilplatte (15).

Mit Wasser, öl, Luft oder mit anderen Kühlmitteln gekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: Die Wandung (25) der Niederdruckkammer (5) ist mit in den Druckraum hineinragenden Rippen (22) versehen.

030035/01 1 7

5. Mit Wasser, öl, Luft oder mit anderen Kühlmitteln gekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmalt Zur Bildung von Parallelströmungen des Kühlmittels ist im KUhlmittelraum (2, 3) eine Blende oder Drossel (9) angeordnet.

6. Mit Wasser, öl, Luft oder mit anderen Kühlmitteln gekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

Die Kühlmittelführung im Kühlmittelraum (2, 3) ist derart ausgebildet, daß die bei Verwendung von flüssigen Medien in den Kammern vorhandene über das Kühlmittel eingedrungene Luft durch den Kühlmittelstrom abgeführt wird.

03 0 03 5/01 1 7