DE4018055A1 - Verfahren zur verminderung von getriebegeraeuschen bei kolbenverdichtern, sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung von Getriebegeräuschen bei Kolbenverdichtern gemäß dem Gattungs­ begriff des Patentanspruches 1.

Bei Hubkolbenverdichtern, welche von einem Motor über Zahnräder angetrieben werden, tritt das Problem von Getriebegeräuschen auf. Diese Geräusche werden durch das Aufeinanderschlagen von Zahn­ flanken hervorgerufen, wenn das Drehmoment des Verdichters nach dem Überschreiten des oberen Totpunktes sein Vorzeichen umkehrt. Diese Vorzeichenumkehr des Drehmoments ist eine Folge der Rück­ expansion des Totraumvolumens.

Um diese unerwünschte Rückexpansion zu verhindern, gibt es zwangs­ gesteuerte Ventile, welche es gestatten, die Luft im oberen Tot­ punkt des Kolbens abzublasen. Eine solche Vorrichtung ist aber störanfällig und für kleine Verdichter, wie sie als Luftpresser für die Bremsluft von Fahrzeugen verwendet werden, viel zu teuer.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde bei Kolben­ verdichtern ohne Anwendung kostspieliger Zwangsventilsteuerungen die Getriebegeräusche, wie sie beim Antrieb mittels Zahnrädern auftreten, zu vermindern.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1.

Durch die Steuerung des Abblasevorgangs des Totraumvolumens mittels des Kolbens als Steuerorgan wird ein preisgünstiges und zuverlässiges Verfahren zur Verminderung der Getriebegeräusche erzielt. Darüber hinaus wird der Liefergrad des Verdichters ohne die Verwendung teuerer, störanfälliger zwangsgesteuerter Ventile erzielt, da durch das Abblasen des Totraumvolumens bereits nach Überschreiten des oberen Totpunktes die Bildung von Unterdruck einsetzt, während bei den üblichen Verdichtern zunächst der Über­ druck des Totraumvolumens in der Nachexpansion abgebaut werden muß, ehe der Saugvorgang durch den sich einstellenden Unterdruck eingeleitet werden kann.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann Anspruch 2 entnommen werden. Die Verbindung des Totraumes über die Bohrung im Kolben, die Auslaßöffnung im Zylinder und die Verbindungsboh­ rungen stellen eine von der Herstellung her gesehen einfache und preiswerte Lösung dar, die unerwünschte Rückexpansion und die damit verbundenen Getriebegeräusche zu vermeiden. Außerdem genügt diese Lösung der Forderung nach weitestgehender Wartungs­ freiheit.

Eine vorteilhafte Weiterbildung stellt Anspruch 3 dar. Die Ver­ bindungsbohrungen können ohne wesentliche Veränderung am Ver­ dichter vorgenommen werden. Der Kolben bleibt bis auf eine nachträglich ausgeführte Bohrung unverändert. Am Zylinder bzw. am Kurbelgehäuse sind lediglich örtlich eng begrenzte Angüsse vorzunehmen, um die Verbindungsbohrungen einbringen zu können. Insgesamt gesehen ist nur ein geringer Aufwand erforderlich.

Vorteilhafte Ausbildungen sind in den weiteren Unteransprüchen 4 bis 8 enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand einer Zeichnung dargestellt.

Ein Verdichter besteht im wesentlichen aus einem Kurbelgehäuse 1 mit Zylinder 2 und einem Kolben 3, welcher durch eine Kurbel 4 und eine Pleuelstange 5 in alternierende Bewegung versetzt wird. Die Steuerung des Ansaug- und Ausschiebevorgangs der Luft wird bei Kompressoren, wie sie beispielsweise bei der Erzeugung der Bremsluft von Nutzfahrzeugen eingesetzt werden, von selbst­ steuernden Ventliorganen übernommen, um den Preis und die War­ tung zu minimieren. Wenn Verdichter dieser Bauart vom Motor unter Zwischenschaltung von Zahnrädern angetrieben werden, kommt es zu unangenehmen Getriebegeräuschen, hervorgerufen durch den Zahnflankenwechsel beim Überschreiten des oberen Totpunktes des Kolbens 3. Die in einem Totraum 6 zwischen Kolben 3 und einem Zylinderkopf 7 eingeschlossene Luft expandiert nach, so daß die in einer Verdichtungsphase getriebene Kurbel 4 nun treibend wirkt.

Durch diesen Vorzeichenwechsel des Drehmomentes erfolgt ein Wechsel der Zahnflanken. Da diese stets ein Spiel aufweisen, kommt es zum Aufeinanderschlagen der Zahnflanken, was zu den eingangs erwähnten Getriebegeräuschen führt.

Diese Nachexpansion wird erfindungsgemäß damit unterbunden, daß man den Totraum 6 mit dem unter Atmosphärendruck stehenden Kurbelgehäuse 1 verbindet. Diese Verbindung von Totraum 6 und Kurbelgehäuse 1 bewirkt einen Druckausgleich beider Räume, wo­ durch die Getriebegeräusche ursächlich behoben werden.

Konstruktiv wird dieses Verfahren dadurch realisiert, daß man den Totraum 6 über eine Bohrung 8 im Kolben 3 und Verbindungs­ bohrungen 9 und 10 bzw. 11 mit dem Kurbelgehäuse 1 verbindet. Die Steuerung des Druckausgleiches zwischen Totraum 6 und Kur­ belgehäuse 1 wird durch eine mit der Bohrung 8 verbundene Öff­ nung 12 und eine im Zylinder angeordnete Auslaßöffnung 13 be­ werkstelligt, welche einander so zugeordnet sind, daß kurz vor dem Erreichen des Kolbens 3 am oberen Totpunkt die Öffnung 12 am Umfang des Kolbens 3 mit der Auslaßöffnung 13 am Zylinder 2 in Deckung kommt, so daß für das Totraumvolumen 6 der Weg zum Kurbelgehäuse 1 freigegeben ist.

Rückströmung der verdichteten Luft aus dem Bremsluftbehälter wird durch ein als Federzunge ausgebildetes Rückschlagventil 14 verhindert. Durch die erfindungsgemäße Verbindung von Totraum 6 und Kurbelgehäuse 1 wird natürlich beiläufig auch der Liefer­ grad des Verdichters erhöht, indem eine Ventilplatte 15 durch den unmittelbar nach Überschreitung des oberen Totpunktes von Kolben 3 sich einstellenden Unterdruck öffnet. Durch die Ab­ führung des unter Verdichtungsenddruck stehenden Totraum­ volumens herrscht nämlich unmittelbar nach der Bewegungsumkehr des Kolbens annähernd Atmosphärendruck. Somit kann unmittelbar nach Bewegungsumkehr des Kolbens und der einsetzenden Volumen­ vergrößerung ein Unterdruck gebildet werden, was einen besseren Liefergrad zur Folge hat.

Um die Entlüftung des Totraumes 6 soweit als möglich in die obere Totpunktstellung des Kolbens 3 zu verlagern, ist es vor­ teilhaft, die Öffnung 12 und die Auslaßöffnung 13 als Schlitze zu gestalten, die sich in Umfangsrichtung des Kolbens 3 bzw. des Zylinders 2 erstrecken. Die Höhe der Schlitze in Achsrich­ tung des Zylinders 2 gesehen kann somit gering gehalten werden, da durch entsprechende Breite der Schlitze ein ausreichender Strömungsquerschnitt entsteht. Die Höhe der Schlitze sollte kleiner gewählt werden als die Höhe der Kolbenringe 23, um Stöße beim Überfahren der Kolbenringe 23 über die Auslaßöff­ nung 13 zu vermeiden.

Da die Öffnung 12 unterhalt der Kolbenringe 23 liegt ist es vorteilhaft, diese Öffnung 12 und die ihr zugeordnete Aus­ laßöffnung 13 auf die Seite zu verlegen, die während der Ver­ dichtungsphase durch die Schrägstellung der Pleuelstange 5 unter Pressung steht, so daß auf dieser Seite das Spiel zwischen Zylinderlauffläche 22 und Kolbenumfangsfläche 16 minimiert wird.

Eine Variante zur Verbesserung der Abdichtung besteht darin, daß ein Dichtring 17 unterhalb der Öffnung 12 vorgesehen wird. In der Zeichnung ist dieser Dichtring halbseitig dargestellt.

Die schon erwähnten Verbindungsbohrungen 9 bis 11 bestehen aus einer ersten Bohrung 9, welche etwas schräg zur Zylinder­ achse verlaufend in einen Anguß 18 am Zylinder 2 eingebracht wird.

Eine zweite Bohrung 10 wird etwa parallel zur Zylinderachse liegend in einem zweiten Anguß 19 eines Zentrierbundes 20 des Kurbelgehäuses 1 eingebracht.

Eine alternative Lösung der Verbindung von Auslaßöffnung 13 und dem Kurbelgehäuse 1 stellt die dritte Bohrung 11 dar, welche von der ersten Bohrung 9 abzweigt und den Zylinder 2 durchdringt. Die dritte Bohrung 11 kann von der Innenseite der Zylinderlauffläche 22 des Kolbens 2 her eingebracht werden. Um die erste Bohrung 9 gegen das Kurbelgehäuse abzudichten ist eine Kugel 21 oder ein Stopfen vorgesehen. Vorteil dieser Variante ist, daß am Gehäuse 1 keine Änderung zur Ableitung der verdichteten Luft aus dem Totraum 6 nötig ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verminderung von Getriebegeräuschen bei Hub­ kolbenverdichtern ohne zwangsläufige Ventilsteuerung, bei denen eine Kurbelwelle unter Zwischenschaltung von Zahn­ rädern von einem Motor antreibbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Totraum (6) eines Zylinders (2) kurz vor dem Erreichen eines Kolbens (3) in seiner oberen Totpunkt­ stellung über eine Bohrung (8) im Kolben (3) und eine mit dieser Bohrung (8) in Totpunktstellung des Kolbens (3) in Deckung befindliche Auslaßöffnung (13) im Zylinder (2) mit einem Kurbelgehäuse (1) kommuniziert, derart, daß sich die im Totraum (6) befindliche Druckluft etwa auf Atmosphären­ druck entspannen kann.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) eine Bohrung (8) aufweist, welche vom Kolbenboden ausgehend schräg durch den Kolben (3) verläuft und an der Kolbenumfangsfläche (16) in eine Öffnung (12) mündet, wobei diese Öffnung (12) auf der Seite des Kolbens liegt, welche in der Verdichtungsphase durch die Schrägstellung einer Pleuelstange (5) eine Pressung gegenüber einer Zylinderlauffläche (22) erfährt, daß die Öffnung (12) in oberer Totpunktstellung des Kolbens (3) in Deckung mit der im Zylinder befindlichen Auslaßöffnung (13) ist, wobei die Auslaßöffnung (12) so anzuordnen ist, daß sie bei unterer Totpunktlage des Kolbens (3) von diesem noch überdeckt wird, und daß diese Auslaßöffnung (13) über Ver­ bindungsbohrungen (9 bis 11) mit dem Kurbelgehäuse (1) kommuniziert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbohrungen (9 und 10) aus einer im Zylinder (2) schräg verlaufenden ersten Bohrung (9) und einer im Kurbel­ gehäuse (1) verlaufenden zweiten Bohrung (10) gebildet werden, wobei die erste Bohrung (9) von einem Auflagebund des Zy­ linders (2) ausgehend in die Auslaßöffnung (12) mündet, und daß die zweite Bohrung (10) durch einen dem Auflagebund gegenüberliegenden Zentrierbund (20) des Kurbelgehäuses (1) ins Kurbelgehäuse geführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von der ersten Bohrung (9) zum Kurbelgehäuse (1) über eine dritte Bohrung (11) herstellbar ist, und daß die erste Bohrung (9) durch eine Kugel (21) oder einen Stopfen abdichtbar ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (3) unterhalb der Öffnung (12) einen zusätzlichen Dichtring (17) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (12) und die Auslaßöffnung (13) schlitzförmig ausgebildet sind, wobei sich die Schlitze in einer zur Achse des Zylinders (2) senkrechten Ebene erstrecken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Schlitze in Achsrichtung des Zylinders (2) gesehen kleiner ist als die Höhe der Kolbenringe (23).

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) Kolbenringe (23) aufweist, welche gegen radiale Verdrehung gegenüber dem Kolben (3) gesichert sind, und daß die Kolbenringe (23) derart arretiert sind, daß eine Über­ deckung der Kolbenringstöße mit der Auslaßöffnung (13) ver­ hindert wird.