DE4006156C2 - Kolbenverdichter, insbesondere für die Drucklufterzeugung in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Bei der Entwicklung von Kfz-Kompressoren stellt die Minimierung des Ölgehaltes in der Druckluft ein wesentliches Ziel dar. Die Entwicklung eines reinen Trockenlaufkompressors mit teflonbeschichteten Kolben, Teflonkolbenringen und lebensdauergeschmierten Wälzlagern scheidet wegen der hohen Kosten für diese Teile für die Anwendung in Kraftfahrzeugen bzw. Nutzfahrzeugen aus.

Es ist bereits bekannt (DE-OS 24 10 671, CH 674 399 A5 und EP 0 336 893 A1), Vertiefungen am Außenumfang des Kolbens eines Verdichters vorzusehen. Diese Vertiefungen dienen zum Sammeln von Leckgas bzw. Leckageöl; es ist auch bereits vorgeschlagen (DE-OS 24 10 671), einen am Zylinder geführten Dichtring mit Hilfe eines Druckmediums gegen den Kolben zu drücken.

Bei einer mit einer Vertiefung am Außenumfang versehenen Konstruktion (DE-AS 11 08 846) wird vorgeschlagen, eine zwischen Dichtungsringen des Kolbens begrenzte Kammer mit einem Sperrgas zu beaufschlagen, um eine weitgehend ölfreie Verdichtung gasförmiger Medien zu ermöglichen. Auf mit einem Energiesparsystem (ESS) mit verschiebbaren Ventillamellen ausgestattete Verdichter (EP 0372 154 B1) lassen sich derartige Anordnungen nicht ohne weiteres übertragen.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen mit einem Energiesparsystem (ESS) der angesprochenen Art versehenen Kolbenverdichter zur Erzeugung von Druckluft in Kraftfahrzeugen so auszulegen, daß mit einfachen Mitteln ein Entweichen von Öl aus dem Kurbelwellengehäuse in den Verdichtungsraum des Verdichters vermieden wird. Die Einrichtung soll sowohl in der Pumpphase des Verdichters als auch in der Leerlaufphase in gleicher Weise zuverlässig arbeiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale Patentanspruches 1.

Bei einem Kolbenverdichter mit einer Einrichtung zur Leistungseinsparung, bei welcher während der Leerlaufphase der Saugraum gegenüber dem Arbeits- bzw. Verdichtungsraum des Verdichters ständig offen ist, während der Druckraum ständig geschlossen ist, kann mit Hilfe der Druckluftsperre sowohl während der Pumpphase als auch während der Leerlaufphase ein Entweichen von Öl aus dem Kurbelwellengehäuse, d. h. ein Entlangkriechen des Öls entlang der Kolbenringe vermieden werden. Die Vorrichtung arbeitet mit sehr einfachen baulichen Mitteln, da es lediglich zweier den Saugraum bzw. den Druckraum mit dem Raum am Außenumfang des Kolbens verbindender Kanäle unter Verwendung von in den Kanälen befindlicher Rückschlagventile bedarf, um einen vorbestimmten Druck von beispielsweise 3 bar unabhängig von Pumpphase oder Leerlaufphase am Außenumfang des Kolbens aufzubauen und zu halten.

Die Einrichtung zur Minimierung des Ölgehaltes in der Druckluft ist in besonders vorteilhafter Weise in einer mit einer Schiebelamelle ausgestatteten Energieeinsparungsvorrichtung verwendbar, bei welcher die Sauglamelle, als Schiebelamelle wirkend, druckabhängig in eine Position verschiebbar ist, in welcher der Druckraum gegenüber dem Verdichtungsraum gesperrt ist und der Saugraum gegenüber dem Verdichtungsraum in ständig offener Verbindung steht.

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 den Kolbenverdichter nach der Erfindung in seiner Pumpphase wiedergebende Längsschnittansicht, wobei der Kolben halbseitig im Schnitt und halbseitig in Seitenansicht dargestellt ist; und

Fig. 2 ist eine der Ansicht nach Fig. 1 vergleichbare Schnittansicht unter Darstellung des Kolbenverdichters in seiner Leerlaufphase.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein an einen (nicht dargestellten) motorischen Antrieb angeschlossener Kolbenverdichter dargestellt, bei welchem in an sich bekannter Weise innerhalb eines Kurbelgehäuses 1 eine mit einem Kolben 3 verbundene Kurbelwelle 5 in druckölgeschmierten Gleitlagern 7 geführt ist. Kurbelwelle 5 und Kolben 3 stehen mittels einer Pleuelstange 9 und einem Kolbenbolzen 11 in Verbindung. Der Kolbenbolzen ist in bekannter Weise im Kolben 3 gelagert.

Zwischen dem Zylinder 13 des Kolbenverdichters und dem Zylinderkopf 15 befindet sich eine Zwischenplatte in Form eines Ventilträgers 17, an welchem z. B. ein Saugventil in Form einer Sauglamelle 19 und ein mit einem Ventilfänger 21 versehenes Druckventil in Form einer Drucklamelle 23 angeordnet sind. An der dem Ventilträger 17 zugewandten Innenseite des Zylinderkopfes 15 sind ein Saugraum 25 mit einem Sauganschluß 27 und ein Druckraum 29 mit einem Druckanschluß 31 vorgesehen; der Sauganschluß 27 wird von einem in Richtung des Saugraums sich öffnenden Rückschlagventil 33 überwacht.

Die Sauglamelle 19 ist an der Unterseite des Ventilträgers 17 gehaltert und wirkt bei normalem Betrieb gegenüber einer den Ventilträger durchsetzenden Saugbohrung 35, während die Drucklamelle 23, an der Oberseite des Ventilträgers 17 befindlich, gegenüber der Druckbohrung 37 wirkt. Bei Abwärtsbewegung des Kolbens 3 gibt die Sauglamelle 19 die Saugbohrung 35 frei, derart, daß Luft über den Sauganschluß 27 bei geöffnetem Rückschlagventil 33 in den Saugraum 25 angesaugt wird und aus diesem nach Passieren der Saugbohrung 35 in den Verdichtungsraum 39 gelangt. Die während der Saugbewegung geschlossene Drucklamelle 23 wird bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 von ihrem die Druckbohrung 37 überwachenden Sitz abgehoben, derart, daß komprimierte Luft aus dem Verdichtungsraum 39 in den Druckraum 29 und über den Druckanschluß 31 in eine Druckleitung 41 gelangt. Die Druckleitung 41 ist mit einem schematisch wiedergegebenen Druckregler 43 verbunden, an welchen ein Druckluftbehälter 45 angeschlossen ist. Der Druckluftbehälter 45 dient zur Speisung von (nicht dargestellten) Verbrauchern. Der Druckregler 43 entspricht einer an sich bekannten Ausführungsform, d. h. er schaltet bei einem bestimmten Behälterdruck ab, wobei während der Abschaltphase der Kolbenverdichter, da ständig weiterlaufend, über den am Druckregler 43 schematisch wiedergegebenen Auslaß 47 ins Freie fördert. Während dieser Abschalt- bzw. Leerlaufphase des Kolbenverdichters ist die Druckleitung 41 im wesentlichen drucklos.

Die Sauglamelle 19 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als sogenannte Schiebelamelle ausgebildet. Eine am Zylinder 13 bzw. am Ventilträger 17 vorgesehene (nicht dargestellte) Betätigungseinrichtung vermag die Sauglamelle gegen Federkraft in eine Position zu verschieben, in welcher der Querschnitt der Saugbohrung 35 freigegeben wird, d. h. ständig freiliegt, während ein an der Sauglamelle ausgebildeter Lappen bzw. Fortsatz gleichzeitig in Überlagerung mit dem Querschnitt der Druckbohrung 37 gelangt. Die Druckbohrung wird durch die Schiebelamelle also ständig geschlossen, während die Saugbohrung freigegeben wird. Die Betätigungseinrichtung für das Verschieben der als Schiebelamelle ausgebildeten Sauglamelle wird von einem Steuerdruck des Druckreglers 43 über eine (nicht dargestellte) Leitung beaufschlagt, derart, daß bei Umschalten des Druckreglers 43 ein Steuerdruck an der Betätigungseinrichtung der Sauglamelle zur Wirkung gelangt und diese gegen Federkraft in die vorbeschriebene Stellung für die Abschalt- bzw. Leerlaufphase verschiebt. In dieser Leerlaufphase wird bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 Luft im Verdichtungsraum 39 durch die geöffnete Saugbohrung 35 hindurch in den Saugraum 25 geschoben. Aus dem Saugraum 25 kann die Druckluft nicht in den Saugstutzen bzw. eine eventuell angeschlossene Saugleitung gelangen, da das Rückschlagventil 33 in dieser Strömungsrichtung sperrt. Die Druckbohrung 37 ist durch die Sauglamelle 19 während der Leerlaufphase geschlossen, d. h. daß der Druckraum 29 mittels der Druckleitung 41 und dem Anschluß 47 des Druckreglers 43 infolge dessen Umschaltung im wesentlichen entlüftet ist.

Bei dem Verdichter der vorbeschriebenen Auslegung ist es möglich, eine Minimierung des Ölgehaltes in der Druckluft zu erreichen. Es wird also verhindert, daß Öl aus dem Inneren des Kurbelwellengehäuses, d. h. aus dem Triebwerk des Kolbenverdichters in den Verdichtungsraum 39 gelangt und hierdurch zu einer Ölanreicherung der Druckluft beitragen könnte. Gemäß der Erfindung ist der Kolben 3 mit einer Druckluftsperre im Kolbenmittelteil versehen; wie dargestellt, ist am Außenumfang des Kolbens 3 eine einen Raum 49 belassende Vertiefung vorgesehen, welche sich auf beträchtlicher Achsiallänge des Kolbens 3 erstreckt. Der Raum für die Druckluftsperre verläuft fast über den ganzen Umfang des Kolbens und ist so ausgebildet, daß noch ausreichende Gleitflächen zur Abstützung der Querkraft am Kolben vorgesehen sind. Der Raum ist natürlich gegen dem Außenumfang des Kolbenbolzens und somit gegenüber dem Inneren des Verdichtertriebwerks abgedichtet. In den Raum 49 mündet an der gemäß Darstellung in Fig. 1 linken Seiten ein Kanal 51, welcher über ein Rückschlagventil 53 mit dem Druckraum 29 verbunden ist. Das Rückschlagventil öffnet in Strömungsrichtung vom Druckraum in Richtung des Raums 49, d. h. bei drucklosem Druckraum wird das Rückschlagventil 53 unter Federverspannung in eine den Querschnitt des Kanals 51 verschließende Lage gebracht. Die Axiallänge des Raums 49 ist so bemessen, daß in beiden Endlagen des Kolbens Verbindung zwischen dem Raum 49 und dem Kanal 51 besteht.

An der gemäß Fig. 1 rechten Seite des Kolbenverdichters ist eine entsprechende Anordnung vorgesehen, d. h. ein Kanal 55 stellt die Verbindung zwischen dem Raum 49 und dem Saugraum 25 her, wobei sich ein Rückschlagventil 57 innerhalb des Kanals befindet und den Querschnitt des Kanals bei Strömung vom Saugraum 25 in Richtung des Raums 49 freigibt.

In der Pumpphase des Verdichters wird die durch den Raum 49 gebildete Druckluftsperre mittels des Kanals 51 und des Rückschlagventils 53 belüftet, d. h. der in der Pumpphase im Druckraum 29 anstehende Druck wird mit Hilfe des Rückschlagventils 53 auf einen Druckwert von z. B. 3 bar reduziert und wirkt innerhalb des Raums 49. Die Kolbenringe des Kolbens 3 oberhalb der Druckluftsperre haben eine besondere Trockenlauffähgikeit und sind als Verdichtungsringe 59 ausgebildet, während die Kolbenringe unterhalb der Druckluftsperre sowohl gasdicht als auch ölabstreifend wirken, wobei der Druck im Raum 49 von z. B. 3 bar ausreicht, um das Eindringen von Öl aus dem Inneren des Kurbelwellengehäuses zu verhindern.

In der Leerlaufphase des Kolbenverdichters, wie in Fig. 2 dargestellt, befindet sich das Rückschlagventil 53 in geschlossener Lage, da im Druckraum 29, wie vorstehend beschrieben, nahezu kein Druck herrscht, während sich im Saugraum 25 infolge der Absperrung durch das Rückschlagventil 33 ein gewisser Druck von z. B. 4 bar in der oberen Totlage des Kolbens 3 aufbaut. Dieser Druck wirkt gegenüber dem Rückschlagventil 57 und öffnet dieses, wobei das Rückschlagventil 57 geeignet ist, den Druck auf ca. 3 bar zu reduzieren. Der auf 3 bar reduzierten Druck wirkt über den Kanal 55 im Raum 49 und verhindert in vorbeschriebener Weise, daß Öl aus dem Triebwerk des Verdichters entlang der Kolbenlauffläche nach oben kriechen kann.

Der Kolbenverdichter der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde anhand eines Energiesparsystem beschrieben, welches aus der verschiebbaren Sauglamelle und dem Rückschlagventil 33 gebildet ist. Es sind im Rahmen der Erfindung auch andere Ventileinrichtungen möglich, welche in der Leerlaufphase ein Zuschalten des Saugraums und ein Absperren des Druckraums herbeiführen.

Bezugszeichenliste

1 Kurbelwellengehäuse
3 Kolben
5 Kurbelwelle
7 Gleitlager
9 Pleuelstange
11 Kolbenbolzen
13 Zylinder
15 Zylinderkopf
17 Ventilträger
19 Sauglamelle
21 Ventilfänger
23 Drucklamelle
25 Saugraum
27 Sauganschluß
29 Druckraum
31 Druckanschluß
33 Rückschlagventil
35 Saugbohrung
37 Druckbohrung
39 Verdichtungsraum
41 Druckleitung
43 Druckregler
45 Druckluftbehälter
47 Auslaß
49 Raum
51 Kanal
53 Rückschlagventil
55 Kanal
57 Rückschlagventil
59 Verdichtungsring

Claims (4)

1. Kolbenverdichter, insbesondere für die Drucklufterzeugung in Kraftfahrzeu­ gen, mit einer Einrichtung zur Leistungseinsparung, mittels welcher in der Leerlaufphase des Verdichters der Saugraum gegenüber der Saugleitung ver­ schlossen und gegenüber dem Verdichtungsraum ständig geöffnet ist, wäh­ rend der Druckraum des Verdichters gegenüber dem Verdichtungsraum stän­ dig geschlossen und gegenüber der Druckleitung ständig geöffnet ist, und mit einer Einrichtung, welche zu einer Minimierung des Ölgehaltes in der Druckluft beiträgt, mit einer am Außenumfang des Kolbens (3) vorgesehenen Vertie­ fung, welche einen zur Aufnahme eines Sperrgases dienenden Raum (49) zwischen dem Kolben (3) und der Zylinderinnenwand des Verdichters bildet, wobei sowohl der Druckraum (29) als auch der Saugraum (25) des Verdich­ ters je mittels eines Kanals (51, 55) an den als Druckluftsperre gegenüber Öl wirkenden Raum (49) angeschlossen sind und sich in den Kanälen jeweils ein in Richtung des Raums (49) gegen Federkraft öffnendes Rückschlagventil (53, 57) befindet.

2. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (49) eine derartige Axiallage besitzt, daß sowohl in der unteren Totlage (UT) als auch in der oberen Totlage (OT) des Kolbens jeweils Verbindung zu den Kanälen (51, 55) besteht.

3. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (53 bzw. 57) den Druck im Druckraum während der Pumpphase bzw. den Druck im Saugraum (25) während der Leerlaufphase auf einen vorbestimmten Druck (z. B. 3 bar) reduziert.

4. Kolbenverdichter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenringe oberhalb des die Druckluftsperre bildenden Raums (49) als Verdichtungsringe mit Trockenlauffähigkeit ausgebildet sind, und daß die Kolbenringe unterhalb des Raums (49) sowohl gasdichtend als auch ölabstreifend wirken.