DE3909531A1 - Einrichtung zur leistungseinsparung bei kolbenverdichtern, insbesondere fuer die drucklufterzeugung in kraftfahrzeugen - Google Patents
Einrichtung zur leistungseinsparung bei kolbenverdichtern, insbesondere fuer die drucklufterzeugung in kraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Leistungseinsparung
gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Bei Hubkolbenkompressoren, wie sie z. B. zur Erzeugung von Druckluft
für Druckluftanlagen in Kraftfahrzeugen verwendet werden, sind
verschiedenartige Mittel zur Leistungseinsparung bekannt. Zur
Regelung der Fördermenge derartiger Verdichter bzw. zur Regelung des
Druckes im nachgeschalteten Verbraucher ist es bei derartigen
Einrichtungen zur Leistungseinsparung bekannt, das Ansaugventil des
Verdichters aufzustoßen, wenn ein vorbestimmter Druck erreicht ist
und dieser als Steuerdruck auf ein Betätigungselement für das
Ansaugventil einwirkt. Ventileinrichtungen dieser Art sind als
"Covernor"-Einrichtungen bekannt.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 33 29 790), die
Sauglamelle des Verdichters mittels eines im Ventilträger geführten
Betätigungskolbens parallel zur Ebene des Ventilträgers zwischen
Pumpstellung und Leerlaufstellung zu verschieben, wobei in der
Pumpstellung die Saugöffnungen des Verdichters in Überlappung mit
der Sauglamelle sind, während sie in der Leerlauf- oder
Abschaltstellung wenigstens teilweise freiliegen. In dieser Stellung
pumpt der Kolben des nach wie vor laufenden Kompressors leer d. h.
Luft wird aus dem Saugraum des Zylinderkopfes durch die wenigstens
teilweise offen liegenden Saugöffnungen hindurch in den
Verdichtungsraum angesaugt und wieder durch die Saugöffnungen in den
Saugraum zurückgeschoben. Gleichzeitig wird jedoch nach wie vor eine
gewisse Verdichtungsarbeit geleistet, in dem Sinne, daß ein wenn
auch geringer Anteil von Luft während des Verdichtungshubes durch
die gegenüber dem Verdichtungsraum offenen Drucköffnungen in den
Druckraum gedrückt wird, wobei das Druckventil an der Oberseite der
Ventilträger- bzw. Zwischenplatte nach wie vor bei einem bestimmten
Druckniveau öffnet. Aus dem Druckraum gelangt Druckluft in den
Druckregler und wird dort über das Entlastungsventil in die
Atmosphäre abgeblasen. Dies bedeutet also, daß ein Anteil der
während des Saugtaktes angesaugten Luft den Zylinderraum durch die
Saugöffnungen verläßt, während ein nach wie vor bestehender Anteil
der Luft durch die Drucköffnungen ausgeschoben wird. Während dieses
Betriebszustandes besitzt Öl im Kurbelgehäuse die Neigung, infolge
des reduzierten Druckniveaus im Verdichtungsraum entlang der
Kolbenringe nach oben zu kriechen, so daß das Öl schließlich in den
Verdichtungsraum gelangen kann und zu einer gewissen Anreicherung
der Luft mit Öl beiträgt. Bei längerem Betrieb mit hohen
Temperaturen ist folglich erhöhter Kohleanfall in Kauf zu nehmen.
Bei geöffnetem Saugventil, d. h. bei in Leerlaufstellung befindlicher
Sauglamelle, wird bei weiterlaufendem Antrieb für den
Kolbenverdichter nach wie vor Saugarbeit verrichtet, d. h. Luft wird
über die Saugleitung, den geöffneten Sauganschluß und das in
Leerlaufstellung befindliche Saugventil in den Verdichtungsraum des
Verdichters angesaugt und wird wenigstens teilweise in die
Saugleitung wieder zurückgeschoben, wenn der Kolben des Verdichters
Verdichtungsarbeit leistet. Die in den Verdichtungsraum angesaugte
Luft wird mit den Ölpartikeln befrachtet, welche infolge des
reduzierten Druckniveaus im Zylinderraum entlang der Kolbenringe in
Richtung des Verdichtungsraumes kriechen; diese mit Ölpartikeln
befrachtete Luft wird durch die Saugleitung wenigstens teilweise
wieder ausgeschoben, so daß in der Saugleitung befindliche
Papierfilter durch die Ölpartikel verunreinigt werden. Sollte an die
Saugleitung parallel zum Kolbenverdichter ein Turbolader
angeschlossen sein, welcher durch seine Saugwirkung einen gewissen
Unterdruck innerhalb der Saugleitung erzeugt, dann besteht außerdem
die Gefahr, daß die Ölpartikel der in der Saugleitung befindlichen
Luft in den Turbolader gelangen und dort zu starken Verkokungen
beitragen. Derartige Verkokungen sind natürlich in hohem Maße
unerwünscht.
Bei Verwendung von der Saugleitung vorgeschalteten Ölbadluftfiltern
ist es bei in der Leerlaufphase in der Saugleitung pulsierenden
Luftvolumen auch möglich, daß Öl aus dem Ölbadluftfilter in die
Atmosphäre abgesprüht wird. Dies wiederum führt zu einer starken
Verschmutzung der Umgebung der Filteranlage als auch des
Verdichters, da teilweise äußerst kurze Baulängen der Saugleitungen
existieren.
Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen
Kolbenverdichter der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß in
der Abschalt- bzw. Leerlaufphase eine möglichst optimale, d. h.
vollständige Leistungseinsparung erzielt wird; es soll
sichergestellt sein, daß auf der Druckseite des Verdichters kein
unnötiges Luftvolumen verschoben wird, andererseits soll
sichergestellt werden, daß nicht unnötigeweiser Öl aus dem
Kurbelgehäuse in den Verdichtungsraum gelangen und von dort zu einer
Ölanreicherung der Luft in der Saugleitung beitragen kann. Es soll
auch insbesondere bei an die Saugleitung des Kolbenverdichters
parallel angeschalteten Turboladern oder Kompressoren verhindert
werden, daß bei diesen durch Ansaugen von mit Öl befrachteter Luft
unter Einwirkung hoher Temperaturen Verkokungen auftreten.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem
Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.
Durch die in Leerlaufstellung sich vollziehende Verschiebung der
Sauglamelle in die geöffnete Lage, durch die des weiteren sich
vollziehende, wenigstens teilweise Schließung der Drucköffnungen des
Verdichters und durch die Verwendung des Rückschlagventils innerhalb
des Zylinderkopfes ist eine Optimierung der zur Leistungseinsparung
dienenden Mittel erreicht; in der Leerlaufphase wird durch die
verschiebbare Sauglamelle in Verbindung mit dem Rückschlagventil im
Zylinderkopf sichergestellt, daß die Saugleitung und gegebenenfalls
an die Saugleitung angeschlossene Filter und/oder Kompressoranlagen
unbeeinflußt bleiben vom weiteren Leerlauf des Kolbens des
Verdichters. Durch die gleichzeitige, wenigstens teilweise
vollzogene Schließung der Drucköffnungen des Kolbenverdichters wird
außerdem erreicht, daß ein unnötiges Abblasen von Luft stattfindet.
Als Folge davon ist es nur erforderlich, ein den Leckageverlusten
entsprechendes geringes Volumen über das im Zylinderkopf befindliche
Rückschlagventil anzusaugen, wenn der Kolben des Verdichters in
Leerlaufstellung der Sauglamelle eine Saugbewegung vollzieht. Bei
vollständig geschlossenen Drucköffnungen des Verdichters reduziert
sich die zusätzlich anzusaugende Luftmenge aus der Saugleitung auf
das tatsächlich existierende Leckagevolumen im Zylinder bzw. im
Verdichtungsraum.
Die Sauglamelle kann als Schiebelamelle mit Hilfe der
Betätigungseinrichtung unter Steuerung durch den Druckregler aus
ihrer Betriebsstellung, d. h. Pumpstellung, in die Leerlauf- oder
Abschaltstellung verschoben werden, in welcher die Saugbohrungen
entweder teilweise oder vollständig freigelegt werden, derart, daß
die in den Verdichtungsraum angesaugte Luft wieder in den Saugraum
zurückströmen kann. Die hierdurch erzielbare Leistungseinsparung
liegt in der Größenordnung von 60%. In vorteilhafter Weise ist die
Sauglamelle so ausgebildet, daß in der Leerlaufphase die
Druckbohrungen je nach Bedarf ganz oder teilweise verschlossen
werden; ein unnötiges Verschieben eines Volumenanteils von Luft in
den Druckraum findet folglich nicht statt. Außerdem entsteht ein
gewisser Staudruck im Verdichtungsraum, welcher dazu beiträgt, daß
das Öl aus dem Kurbelgehäuse, welches die Neigung besitzt, entlang
der Kolbenringe in den Zylinderraum zu gelangen, zurückgeschoben
wird. Das teilweise oder vollständige Abdecken der Drucköffnungen
trägt somit zu einer weiteren Optimierung in der erzielbaren
Leistungseinsparung bei.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren
Patentansprüchen aufgeführt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Teilseitenansicht
eines Hubkolbenverdichters unter Darstellung des
Betätigungskolbens für die Einrichtung zur
Leistungseinsparung;
Fig. 2 ist eine Unteransicht des Ventilträgers mit an diesem
geführter Sauglamelle unter Darstellung der
Pumpstellung;
Fig. 3 ist eine der Fig. 2 vergleichbare Ansicht unter
Darstellung der Abschalt- oder Leerlaufstellung, in
welcher die Saugöffnungen wenigstens teilweise
freigelegt und die Drucköffnungen durch die
Sauglamelle überdeckt sind;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht von Linie IV-IV in Fig. 1
unter Darstellung des in einer Bohrung des Zylinders
geführten Betätigungskolbens, dessen am Außenumfang
mit diesem verbundener Mitnahmestift sich durch ein
strichpunktiert wiedergegebenes Langloch an der
Oberseite des Zylinders erstreckt;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht eins Hubkolbenverdichters
nach der Erfindung unter Darstellung des im
Zylinderkopf befindlichen Rückschlagventils, wobei
sich die Schnittebene durch zwei der Saugöffnungen
des Verdichters erstreckt und die Drucköffnungen
nicht dargestellt sind; und
Fig. 6 ist eine der Fig. 5 vergleichbare Ansicht eines
Hubkolbenverdichters als Zweizylinder-Ausführung.
Bei der in Fig. 1 teilweise geschnitten wiedergegebenen Teilansicht
eines Kolbenverdichters sind ein Zylinder 1, ein Ventilträger 3 und
ein strichpunktiert angedeuteter Zylinderkopf 5 vorgesehen. Der
Ventilträger 3 des Kolbenverdichters ist in bekannter Weise als
Zwischenplatte ausgebildet, an deren Unterseite ein Ventilglied in
Form einer Sauglamelle 7 (Fig. 2 und 3) und an deren Oberseite ein
(nicht dargestelltes) Ventilglied, z. B. in Form einer Drucklamelle
vorgesehen sind. Der Sauglamelle 7 sind Saugöffnungen 9 zugeordnet,
welche die Zwischenplatte durchdringen und an ihrer Oberseite in
einem Saugraum des Zylinderkopfes 5 münden. Die Sauglamelle 7 liegt
beim dargestellten Ausführungsbeispiel flächig an der Unterseite des
Ventilträgers 3 an, wobei im montierten Zustand zwischen Ober- und
Unterseite des Ventilträgers 3 und Zylinderkopf 5 bzw. Zylinder 1
Flachdichtungen eingelegt sind. Im zusammengesetzten Zustand
besitzen (nicht dargestellte) Schraubbolzen z. B. die in Fig. 1 mit
den Bohrungen 8 wiedergegebene Anordnung, derart, daß sowohl der
Zylinderkopf 5 als auch der Zylinder 1 gegen die zwischengelegten
Dichtungen an den Ventilträger 3 angezogen werden können. Fig. 2 und
Fig. 3 geben im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Drucköffnungen
11 wieder, welchen an der dem Zylinderkopf 5 zugewandten Seite des
Ventilträgers 3 ein an sich bekanntes Druckventil (nicht
dargestellt) zugeordnet ist. Es kann sich hier um eine in einem
Ventilfänger gehalterte Drucklamelle handeln. Wie nachfolgend im
weiteren erläutert ist, können die Drucköffnungen 11 gemäß der
Erfindung in gleicher Weise wie die Saugöffnungen 9 von der
Sauglamelle 7 freigelegt oder von ihr überdeckt werden.
Die an der Unterseite des Ventilträgers 3 befindliche, d. h. zwischen
diesem und dem Zylinder 1 gehalterte Sauglamelle 7 kann zwischen
zwei Positionen verschoben werden, nämlich der in Fig. 2
dargestellten Pumpstellung und der in Fig. 3 wiedergegebenen
Abschaltstellung (Leerlauf des Verdichters). Die Sauglamelle 7
besitzt z. B. Kreisringform mit einer mittleren Ausnehmung 13 und ist
an ihrem gemäß Darstellung rechten Ende in etwa rechteckig
ausgebildet, d. h. sie weist eine Befestigungslasche 15 auf, welche
durch zwei Langlöcher 17 und 19 durchsetzt ist. Das Langloch 17 ist
geschlossen und das Langloch 19 ist gegenüber dem Ende der
Befestigungslasche keilförmig geöffnet. Die Sauglamelle 7 ist an vom
Ventilträger 30 sich erstreckenden Stiften 21 und 23 gehaltert,
welche in den Langlöchern 17 und 19 geführt sind, derart, daß die
Sauglamelle 7 parallel zur Längsachse dieser Langlöcher
Verschiebebewegungen ausführen kann. In der in Fig. 2 wiedergegebenen
Pumpstellung überdeckt der kreisringförmige Abschnitt der
Sauglamelle 7 Saugöffnungen 9, während die Drucköffnungen 11
freigelegt sind. In dieser Position wirkt die Sauglamelle 7 in
herkömmlicher Weise gegenüber den Saugöffnungen 9, d. h. während des
Saugtaktes hebt sich die Sauglamelle elastisch von den Saugöffnungen
9 ab, so daß zu verdichtende Luft in das Innere des
Verdichtungsraums im Zylinder angesaugt werden kann, während die
Sauglamelle 7 während des Verdichtungstaktes gegen die Saugöffnungen
9 angedrückt wird und die vorher geöffnete Verbindung geschlossen
ist. Die an der Oberseite des Ventilträgers 3 befindliche, nicht
dargestellte Drucklamelle arbeitet in entsprechender Weise gegenüber
den Drucköffnungen 11. Während des Saugtaktes schließt die
Drucklamelle gegenüber den Drucköffnungen 11 und während des
eigentlichen Arbeitshubes des Kolbens im Zylinder öffnet die
Drucklamelle in herkömmlicher Weise, so daß Druckluft aus dem
Verdichtungsraum durch die Drucköffnungen hindurch ausgeschoben
werden kann. In der in Fig. 3 wiedergegebenen Abschaltstellung ist
die Sauglamelle 7 unter Einwirkung der nachfolgend beschriebenen
Betätigungseinrichtung in eine Position relativ zum Ventilträger 3
verschoben, in welcher einige der Saugöffnungen 9 vollständig
freigelegt sind und einige teilweise überdeckt sind, während
erfindungsgemäß gleichzeitig die Drucköffnungen 11 durch eine am
Innenumfang ausgebildete Dichtlasche 25 der Sauglamelle überdeckt
sind. Die Dichtlasche 25 kann die Drucköffnungen auch teilweise
überdecken.
Wie die Fig. 1 und die Fig. 4 erkennen lassen, ist im Zylinder 1, d. h.
an einem Seitenbereich desselben, ein Betätigungskolben 27
vorgesehen, welcher in einer stufenweise abgesetzten Bohrung 29
geführt und gegen die Kraft einer Feder 31 verschiebbar ist. Der
Betätigungskolben 27 ist mittels des Druckmitteleinlasses 33 am
Zylinder mit Steuerdruck, vorzugsweise mit Steuerdruck aus einem dem
Kolbenverdichter nachgeschalteten Druckregler beaufschlagbar, um
eine Längsbewegung innerhalb der Bohrung 29 zu vollführen. Der
Betätigungskolben 27 trägt einen in Richtung des Ventilträgers 30
sich erstreckenden Mitnahmestift 35, welcher in einem an der
Oberseite des Zylinders 1 mündenden Langloch 37 (Fig. 5) geführt ist.
Zweckmäßigerweise ist die dem Zylinder zugewandte Unterseite des
Ventilträgers 3 mit einer der Baulänge des Langloches 37
entsprechenden Vertiefung 39 versehen, so daß die
Verschiebebewegungen des Mitnahmestiftes 35 bei ausreichender Länge
desselben sichergestellt sind. Der Betätigungskolben 27 weist an
seinem Umfang zwei Dichtungen 41 und 43 auf, zwischen welchen sich
der Mitnahmestift 35 vom Betätigungskolben erstreckt, d. h., daß der
axiale Bereich zwischen den beiden Dichtungen gegenüber Außenluft
abgedichtet ist, also auch gegenüber dem Bohrungsende, in welchem
sich die Feder 31 befindet.
Die an der Unterseite des Ventilträgers 3 befindliche Sauglamelle 7
trägt einen Übersetzungshebel 45, welcher mittels eines Stifts 47 an
der Sauglamelle angelenkt ist; der Übersetzungshebel 45 kann somit
relativ zur Sauglamelle 7 Bewegungen um die Längsachse des Stifts 47
vollführen. Der Übersetzungshebel ist fernerhin mittels des im
Langloch 19 geführten Stifts 23 am Ventilträger 3 angelenkt, d. h.,
daß der Übersetzungshebel um die Längsachse des Stifts 23 schwenkbar
ist, wenn die Sauglamelle aus der in Fig. 2 dargestellten Position in
die in Fig. 3 wiedergegebene Position verschoben wird. Am
Übersetzungshebel 45 ist außerdem ein Auge 49 vorgesehen, d. h. eine
Öffnung, welche vorbestimmten Abstand gegenüber den Stiften 23 und
47 besitzt und zur Aufnahme des Mitnahmestiftes 35 dient. Übt der
Mitnahmestift 35 in der Darstellung nach Fig. 2 infolge seines
Eingriffs in das Auge 49 bei Aktivierung des Betätigungskolbens 27
eine nach oben gerichtete Verschiebebewegung aus, dann ist der
Übersetzungshebel 45 folglich gezwungen, sich um die durch den Stift
23 verlaufende Längsachse zu verschwenken; diese Schwenkbewegung ist
ermöglicht, da sich die Sauglamelle 7 infolge des
Langloch-Eingriffes 17, 21 bzw. 19, 23 in Längsrichtung verschieben
läßt. Bei dieser Verschiebebewegung der Sauglamelle vollführt der
Übersetzungshebel 45 eine Relativ-Drehbewegung sowohl gegenüber der
Sauglamelle als auch gegenüber dem Ventilträger 3, wodurch er die in
Fig. 3 wiedergegebene Position in der Abschaltstellung einnimmt. Eine
der Vertiefung 39 vergleichbare Vertiefung 51 ist zweckmäßigerweise
an der Unterseite des Ventilträgers 3 vorgesehen, um in gleicher
Weise wie beim Mitnahmestift 35 dem Stift 47 eine gewisse Baulänge
geben zu können. Hierdurch besteht ausreichender Freiraum für die
bogenförmige Bahn des Stifts 47, wenn dieser aus der Position nach
Fig. 2 in die Position nach Fig. 3 relativ zum Ventilträger bewegt
wird.
Wie Fig. 1 und 4 veranschaulichen, steht für den Betätigungskolben 27
ausreichender Bauraum im Zylinder 1 des Verdichters zur Verfügung;
folglich kann auch der Durchmesser des Betätigungskolbens
ausreichend groß gewählt werden, um die zum Verschwenken des
Übersetzungshebels 25 und damit zum Verschieben der Sauglamelle 7
erforderliche Kraft zu vermitteln. Im Besonderen ist der Bereich des
Betätigungskolbens im Zylinder 1 nicht denjenigen thermischen
Belastungen ausgesetzt, welche unmittelbar im Ventilträger 3
existieren. Auch dies ist von besonderem Vorteil im Hinblick auf die
im Dauerbetrieb existierenden thermischen Belastungen. Grundsätzlich
kann der Betätigungskolben 27 auch im Zylinderkopf 5 geordnet
werden, wobei das den Übersetzungshebel 45 betätigende Element
hierbei den Ventilträger 3 durchsetzt. Auch bei Anordung des
Betätigungskolbens 27 im Zylinderkopf 5 steht weit mehr Bauraum als
im Ventilträger 3 selbst zur Verfügung, mit der Folge, daß
ausreichend große Durchmesser und somit ausreichend große Axialkraft
des Betätigungskolbens erzielbar sind.
Bei Kolbenverdichtern der in Rede stehenden Art treten hohe
Temperaturen auf, welche bei der Verdichtung ölhaltiger Luft zu
Verkokungen führen; Kohleteilchen können sich folglich im Bereich
des Saug- und Verdichtungsraumes im Zylinder, im Bereich des
Ventilträgers als auch im Zylinderkopf ablagern. Um das Eindringen
derartiger Kohleteilchen in das Langloch 37 zu vermeiden, ist die
Ausgestaltung des Übersetzungshebels 45 und dessen Drehposition so
gewählt, daß das Langloch 37 in allen Betriebsstellungen überdeckt
ist. Somit ist auch der zwischen den beiden Dichtungen 41 und 43
bestehende Raum innerhalb der Bohrung 29 gegenüber dem Eindringen
schädlicher Verbrennungsteilchen geschützt.
Der Kolbenverdichter weist erfindungsgemäß im weiteren ein im
Zylinderkopf 5 befindliches Rückschlagventil 53 auf, welches sich in
der Verbindung zwischen dem in Fig. 5 gezeigten Sauganschluß 55 des
Kolbenverdichters und dem Ventilträger 3 befindet. Das
Rückschlagventil 53 ist vorzugsweise als Lamellen-Rückschlagventil
ausgebildet, welches aus einer Ventillamelle 57 und aus einem
Ventilfänger 59 gebildet ist. Die Ventillamelle und der Ventilfänger
sind mittels einer Befestigungsschraube 61 im Inneren des
Zylinderkopfes 5 befestigt; der Ventilfänger in Form eines
Stahlblechteils stützt in bekannter Weise die Öffnungsbewegungen der
aus Ventilstahl bestehenden Ventillamelle 57 ab. Die Ventillamelle
wirkt gegenüber einer Öffnung 63, welche in einer baulich mit dem
Zylinderkopf integrierten Platte 65 ausgebildet ist.
Das vorstehend erläuterte Rückschlagventil 53 ist im
Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bei einem Kolbenverdichter der
vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1-4 erläuterten
Konstruktion verwirklicht, wobei die Schnittansicht gemäß Fig. 5 (bei
anders gewählter Dimensionierung) durch zwei der in Fig. 3
wiedergegebenen Saugöffnungen 9 verläuft. Die in Fig. 5 gleichfalls
im Schnitt wiedergegebene Sauglamelle 7 ist in der vorstehend näher
erläuterten Weise mit Hilfe des Übersetzungshebels 45 betätigbar,
wobei der an der Sauglamelle geführte Stift 47 in mittiger Lage des
Lamellenkörpers angreift.
Das Rückschlagventil 53 begrenzt zwischen sich und dem Ventilträger
3 den Saugraum 67, derart, daß in geschlossener Lage des
Rückschlagventils eine Verbindung zwischen dem Saugraum 67 und dem
Sauganschluß 55 gesperrt ist.
Die unter Bezugnahme auf eine Einzylinderkonstruktion beschriebene
Verwendung des Rückschlagventils ist in besonders vorteilhafter
Weise auch bei Mehrzylinder-Konstruktionen einsetzbar, wobei durch
die im Zylinderkopf integrierte Bauweise der Rückschlagventile
vermieden wird, daß mehrere Sauganschlüsse erforderlich sind. Gemäß
Fig. 6 sind bei einer Zweizylinder-Konstruktion zwei
Rückschlagventile der in Rede stehenden Art vorgesehen, welche
jeweils für sich einen Saugraum begrenzen. Oberhalb der
Rückschlagventile ist eine gemeinsame Saugkammer 69 vorgesehen,
welcher ein einzelner Sauganschluß 71 zugeordnet ist. Wie im Falle
der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die im Ventilträger
befindlichen Drucköffnungen und der Druckanschluß des Zylinderkopfes
nicht dargestellt.
Der Wirkungsweise des Kolbenverdichters unter Verwendung der
vorstehend erläuterten Einrichtung zur Leistungseinsparung ist wie
folgt:
Im normalen Pumpbetrieb des Kolbenverdichters befindet sich die
Sauglamelle 7 in der in Fig. 2 wiedergegebenen Relativposition
gegenüber den Saugöffnungen 9 und den Drucköffnungen 11. In dieser
Position arbeiten die Sauglamelle und die Drucklamelle in normaler
Weise, d. h. während eines Saugtaktes des im Zylinder arbeitenden, in
Fig. 5 angedeuteten Kolbens 73 hebt die Sauglamelle 7 von den
Saugöffnungen 9 ab. In gleicher Weise öffnet unter der Sogwirkung
das Rückschlagventil 53, so daß der Verdichtungsraum 75 oberhalb des
Kolbens 73 mit Luft gefüllt wird. Während des Verdichtungstaktes des
Kolbens 73 schließt die Sauglamelle 7 selbsttätig und wird
zusätzlich unter dem Druck der verdichteten Luft an die
Saugöffnungen 9 angepreßt; die (nicht dargestellte) Drucklamelle des
Druckventils öffnet hingegen, so daß die verdichtete Luft aus dem
Verdichtungsraum 75 nach Passieren der Drucköffnungen 11 in den
(nicht dargestellten) Druckanschluß des Kolbenverdichters und von
dort zum Druckregler und nachgeordneten Verbrauchern gelangt.
Während des vorstehend erläuterten Saugtaktes wird Luft über den
Sauganschluß 55 bzw. 71, über die vorgeschaltete Saugleitung und die
an sich bekannte Filtereinrichtung angesogen, wobei durch den im
Zylinder entstehenden Unterdruck zusätzlich das Rückschlagventil 53
öffnet. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens im Zylinder schließt
das Rückschlagventil 53 in gleicher Weise wie das eigentliche
Saugventil, welches durch die Sauglamelle 7 und die Saugöffnungen 9
gebildet ist.
Bei Erreichen eines bestimmten Druckes, welcher im Druckregler zur
Wirkung gelangt, wird die Sauglamelle 7 mit Hilfe des vom
Druckregler abgeleiteten Steuerdruckes aus ihrer Betriebs-, d. h.
Pumpstellung nach Fig. 2 in die Abschaltstellung bzw.
Leerlaufstellung nach Fig. 3 verschoben. Die Saugöffnungen 9 werden
hierdurch so weit geöffnet, daß die vom Kolben des Verdichters
angesaugte Luft während des Verdichtungshubes in den in Fig. 5 und 6
der Zeichnung wiedergegebenen Saugraum 67 zurückströmen kann. Das
Rückschlagventil 53 verhindert ein weiteres Rückströmen in Richtung
des Sauganschlusses 55 bzw. 71; in der Abschaltphase kann folglich
keine Luft in die Saugleitung und in das der Saugleitung
vorgeschaltete Filtersystem geschoben werden. Pulsationsbewegungen
in der Saugleitung des Kolbenverdichters und damit verbundener
Verlust an Energie sind somit trotz geöffneter Sauglamelle
ausgeschaltet.
Um die Sauglamelle in die Abschalt- bzw. Leerlaufstellung zu
verschieben, ist der Steuerdruck des Druckreglers (nicht
dargestellt) über den Druckmitteleinlaß 33 am verhältnismäßig großen
Querschnitt des Betätigungskolbens 27 wirksam und verschiebt diesen
in der Darstellung nach Fig. 4 nach oben gerichtet, wodurch der durch
das Langloch 37 an der Oberseite des Zylinders sich ertreckende
Mitnahmestift 35 unter Führung des Auges 49 des Übersetzungshebels
45 diesen um die Drehachse des Stifts 23 verdreht, so daß die
Sauglamelle 7 aus der Position nach Fig. 2 in die Position nach Fig. 3
verschwenkt wird. Die Drucköffnungen 11 werden hierbei teilweise
oder ganz von der Dichtlasche 25 der Sauglamelle abgedeckt, so daß
während des Verdichtungshubes des Kolbens bei geöffneten
Saugöffnungen 9 innerhalb des Verdichtungsraumes 75 und dem Saugraum
67 ein gewisser Staudruck entsteht. Dieser Staudruck trägt dazu bei,
daß entlang der (nicht dargestellten) Kolbenringe des
Verdichterkolbens nach oben kriechendes Öl in das Kurbelgehäuse
zurückgeschoben wird. Eine unnötige Anreicherung der Luft mit Öl aus
dem Kurbelgehäuse ist hierdurch ausgeschlossen. In der Leerlaufphase
wird also der Ölverbrauch des Verdichters durch einen entsprechenden
Staudruck gering gehalten. Es ist auch möglich, die Drucköffnungen
11 nur teilweise durch die Sauglamelle abzudecken, was durch eine
entsprechende Formgebung der Dichtlasche 25 erzielt wird. Bei
teilweiser Abdeckung der Drucköffnungen gelangt eine geringe Menge
von Druckluft in die zum Druckregler führende Druckleitung, wobei
durch die Funktion des Rückschlagventils 53 sichergestellt ist, daß
bei geöffneten Saugöffnungen 9 die erforderliche Füllmenge für den
Kolbenverdichter jeweils zur Verfügung steht. In jedem Fall ist
mittels des Rückschlagventils 53 verhindert, daß Luft während des
Verdichtungshubes in die Saugleitung und somit in den
vorgeschalteten Filter, z. B. einen Papierfilter, zurückströmen kann.
Das Öffnen der Saugöffnungen, das Schließen der Drucköffnungen und
der Einsatz des Rückschlagventils tragen somit infolge ihres
funktionellen Ineinandergreifens dazu bei, daß der Energieverlust
auf ein Minimum reduzierbar ist. Gleichzeitg wird in besonders
vorteilhafter Weise verhindert, daß Ölpartikel enthaltende Luft
während des Verdichtungshubes zurück in die Saugleitung und
gegebenenfalls in einen vorgeschalteten Papierfilter oder dgl.
Filterelement und/oder einen Turbolader gelangen kann.
Die Rückführung der Sauglamelle 7 aus der Position nach Fig. 3 in die
Pumpstellung nach Fig. 2 geschieht, wenn der Druckregler bei
Druckabfall wieder zurückschaltet, wodurch der Steuerdruck
vollständig abgebaut wird, d. h. der Steuerausgang am Druckregler
wird entlüftet, so daß nunmehr der Betätigungskolben 27 unter
Einwirkung der gespannten Feder 31 in die in Fig. 4 wiedergegebene
Position zurückgeschoben wird. In entsprechender Weise verschwenkt
der Mitnahmestift 35 den Übersetzungshebel 45 aus der Position nach
Fig. 3 zurück in die Position nach Fig. 2, d. h. die Sauglamelle 7 wird
durch die am Übersetzungshebel wirkenden Kräfte zurückgezogen. Die
Saugöffnungen 9 befinden sich wieder in der funktionsbereiten
Position nach Fig. 2 und die Drucköffnungen 11 sind wieder
freigelegt.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform des Kolbenverdichters
nach der Erfindung ist eine Zweizylinder-Anordnung vorgesehen, wobei
jeder der Verdichter mit einer Anordnung der vorbeschriebenen Art
versehen ist. Die Rückschlagventile 53 der beiden Kolbenverdichter
sind in einer der Ausführungsformen nach Fig. 5 vergleichbaren Weise
vorteilhafterweise innerhalb des Zylinderkopfes angeordnet, wobei
jedem Verdichter ein einzelner Saugraum 67 zugeordnet ist. Dennoch
ist nur ein einzelner Sauganschluß 71 erforderlich, da eine
Zusammenführung der Saugräume 67 in die gemeinsame Saugkammer 69
ermöglicht ist.
Das Rückschlagventil 53, welches vorzugsweise als Lamellenventil
ausgebildet ist, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an der
einstückig mit dem Zylinderkopf gegossenen Platte 65 geführt. Es
kann auch eine gesonderte Ventilträgerplatte vorgesehen sein, an
welcher die Ventillamelle 57 des Rückschlagventils 63 angeordnet
ist. Diese Ventilträgerplatte kann mit geeigneten Mitteln in
unterschiedlichen Relativpositionen, d. h. Abstandspositionen
gegenüber dem Ventilträger 3 montierbar sein, derart, daß das
Volumen des Saugraums 67 veränderlich ist. Dies ist von Vorteil im
Hinblick auf die Zusatzfunktion des Saugraums 67, welcher bei in
Abschaltstellung befindlicher Sauglamelle 7, also bei geöffneten
Saugöffnungen 9 als zuschaltbares Volumen für den Verdichter wirkt.
In diesem Sinne nimmt der Saugraum 67 erhöhten Druck auf, der sich
bei geschlossenen Drucköffnungen 11 einstellen würde.
Um im normalen Pump- bzw. Arbeitsbetrieb des Verdichters zu
erreichen, daß nur gegen den Öffnungswiderstand der Sauglamelle 7
gearbeitet werden muß, können Mittel vorgesehen sein, welche für
diesen Fall das Rückschlagventil 53 in inaktive Position schalten.
Zu diesem Zweck kann der Betätigungskolben mit einem (nicht
dargestellten) Mechanismus verbunden sein, welcher die Ventillamelle
57 bei deren Ausgestaltung als Schiebelamelle in die geöffnete, d. h.
die Öffnung 63 freigelegte Position verschiebt, wenn gleichzeitig
die Sauglamelle 7 in die normale Arbeitsposition nach Fig. 2
verbracht wird.
Bezugszeichenliste
1 Zylinder
3 Ventilträger
5 Zylinderkopf
7 Sauglamelle
8 Bohrung
9 Saugöffnung
11 Drucköffnung
13 Ausnehmung
15 Befestigungslasche
17 Langloch
19 Langloch
21 Stift
23 Stift
25 Dichtlasche
27 Betätigungskolben
29 Bohrung
31 Feder
33 Druckmitteleinlaß
35 Mitnahmestift
37 Langloch
39 Vertiefung
41 Dichtung
43 Dichtung
45 Übersetzungshebel
47 Stift
49 Auge
51 Vertiefung
53 Rückschlagventil
55 Sauganschluß
57 Ventillamelle
59 Ventilfänger
61 Befestigungsschraube
63 Öffnung
65 Platte
67 Saugraum
69 Saugkammer
71 Sauganschluß
73 Kolben
75 Verdichtungsraum
3 Ventilträger
5 Zylinderkopf
7 Sauglamelle
8 Bohrung
9 Saugöffnung
11 Drucköffnung
13 Ausnehmung
15 Befestigungslasche
17 Langloch
19 Langloch
21 Stift
23 Stift
25 Dichtlasche
27 Betätigungskolben
29 Bohrung
31 Feder
33 Druckmitteleinlaß
35 Mitnahmestift
37 Langloch
39 Vertiefung
41 Dichtung
43 Dichtung
45 Übersetzungshebel
47 Stift
49 Auge
51 Vertiefung
53 Rückschlagventil
55 Sauganschluß
57 Ventillamelle
59 Ventilfänger
61 Befestigungsschraube
63 Öffnung
65 Platte
67 Saugraum
69 Saugkammer
71 Sauganschluß
73 Kolben
75 Verdichtungsraum
Claims (12)
1. Einrichtung zur Leistungseinsparung bei Kolbenverdichten,
insbesondere für die Drucklufterzeugung in Kraftfahrzeugen, mit
einer druckabhängig wirkenden Leerlaufeinrichtung für das mit einer
Sauglamelle versehene Saugventil des Kolbenverdichters,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- 1. die Leerlaufeinrichtung weist Betätigungsmittel auf, welche die Sauglamelle (7) zwischen einer die Saugöffnungen (9) überlappenden Arbeitsstellung und einer die Saugöffnungen (9) wenigstens teilweise freigebenden Abschalt- bzw. Leerlaufstellung verschieben;
- 2. die Sauglamelle (7) weist eine in ihrer Leerlaufstellung die Drucköffnungen (11) wenigstens teilweise überdeckende Dichtlasche (25) auf; und
- 3. zwischen dem Sauganschluß (55, 71) des Kolbenverdichters und dem Saugventil (Sauglamelle 7; Saugöffnungen 9) befindet sich ein in Richtung der an den Sauganschluß angeschlossenen Saugleitung sperrendes Rückschlagventil (53).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Betätigungsmittel aus einem im Bereich des Außenumfangs des
Zylinders (1) in einer Bohrung (29) desselben im wesentlichen
parallel zur Ebene des Ventilträgers (3) geführten Betätigungskolben
(27) bestehen, welcher von einem Steuerdruck beaufschlagbar ist und
mittels eines durch die Zylinderoberseite sich erstreckenden
Mitnahmestiftes (35) auf ein die Sauglamelle (7) zwischen Arbeits-
bzw. Pumpstellung und Leerlaufstellung verschiebendes
Betätigungsorgan einwirkt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sauglamelle (7) an der Unterseite des Ventilträgers (3) mittels
zweier parallel zur Bewegungsrichtung sich erstreckender Langlöcher
(17, 19) und zweier vom Ventilträger durch die Langlöcher sich
erstreckender Stifte (21, 23) längsbeweglich geführt ist, daß an der
Unterseite der Sauglamelle (7) ein parallel zu dieser sich
erstreckender Übersetzungshebel (45) angelenkt ist, welcher
gleichzeitig einen Anlenkpunkt am Ventilträger (3) im Bereich eines
der Langlöcher (19) besitzt, und daß der Betätigungskolben (27)
mittels des durch die Oberseite des Zylinders (1) sich erstreckenden
Mitnahmestiftes (35) an einem Anlenkpunkt (Auge 49) des
Übersetzungshebels (45) angreift, derart, daß der Übersetzungshebel
unter Einwirkung des Mitnahmestiftes (35) um seinen Anlenkpunkt am
Ventilträger schwenkbar ist und das mit der Sauglamelle (7)
verbundene Ende des Übersetzungshebels eine durch die Übersetzung
hervorgerufene, durch die Langlöcher geführte Bewegung vollführt.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sauglamelle (7) Kreisringform besitzt, wobei der von einer
Ausnehmung (13) durchsetzte ringförmige Bogen der Sauglamelle (7)
gegenüber den Saugöffnungen (9) im Ventilträger (3) wirkt, während
am bezüglich der Saugöffnungen entgegengesetzten Ende der
Sauglamelle eine im wesentlichen rechtwinklige, die Langlöcher
(17, 19) aufweisende und den Übersetzungshebel (45) tragende
Befestigungslasche (15) ausgebildet ist.
5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeinet, daß die Dichtlasche (25) zwischen dem ringförmigen
Bogenteil der Sauglamelle (7) und deren Befestigungslasche (15)
angeordnet ist, daß sich die Dichtlasche (25) in Richtung der
Ausnehmung (13) der Sauglamelle erstreckt und gegenüber den im
Ventilträger (3) ausgebildeten und diesen durchsetzenden
Drucköffnungen (11) zu wirken vermag, wobei in der Pumpstellung die
Drucköffnungen frei liegen und in der Leerlaufstellung der
Sauglamelle die Drucköffnungen wenigstens teilweise durch die
Dichtlasche (25) abdeckbar sind.
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (27) in der Leerlaufphase
des Druckreglers von einem Steuerdruck desselben beaufschlagbar und
gegen die Gegenkraft einer Feder (31) in seiner Bohrung (29)
verschiebbar ist, und daß sich der Mitnahmestift (35) vom
Außenumfang des mit ihm verbundenen Betätigungskolbens (27) durch
ein Langloch (37) an der Oberseite des Zylinders hindurch erstreckt
und in ein Auge (49) des Übersetzungshebels (45) eingreift.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Übersetzungshebel (45) in allen Schwenkpositionen das an der
Oberseite des Zylinders (1) zur Führung des Mitnahmestiftes (35)
vorgesehene Langloch (37) überdeckt, derart, daß der Raum des
Langloches und der darunter befindlichen, den Betätigungskolben
aufnehmenden Bohrung (29) gegenüber Fremdteilchen, so Kohlepartikel
etc. gesperrt ist.
8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß entsprechend dem Bewegungsbereich des
Mitnahmestiftes (35) an der Unterseite des Ventilträgers (3) eine
Vertiefung (39) ausgebildet ist.
9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilträger (3) und dem Zylinder
(1) eine den Außenumfang der Sauglamelle einschließlich der
Betätigungsmittel umgebende Flachdichtung eingespannt ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rückschlagventil (53) in Form eines Rückschlag-Lamellenventils
innerhalb des Zylinderkopfes (5) zwischen Sauganschluß (71) und
Ventilträger (3) angeordnet ist und zwischen sich und dem
Ventilträger einen Saugraum (67) bildet, welcher bei in
Leerlaufstellung befindlicher Sauglamelle (7) ein Zusatzvolumen
bildet.
11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Rückschlag-Lamellenventil eine Ventillamelle
(57) aufweist, welche gegenüber einer in einer Platte (65)
vorgesehenen Öffnung (63) wirkt, und daß die Platte (65) einstückig
mit dem Material des Zylinderkopfes (5) gegossen ist.
12. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei
Verwendung bei einer mehrzylindrigen Kolbenverdichteranordnung,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylindereinheit ein
Rückschlagventil (53) zugeordnet ist, und daß die Rückschlagventile
der einzelnen Zylinder über eine gemeinsame Saugkammer (69) mit
einem gemeinsamen Sauganschluß (71) in Verbindung stehen.
Priority Applications (5)
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Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3841415 | 1988-12-08 | ||
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Publications (1)
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DE3909531A1 true DE3909531A1 (de) | 1990-06-13 |
Family
ID=25874940
Family Applications (1)
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