Technisches Anwendungsgebiet
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Die Erfindung befaßt sich mit Luftkompressoren und insbesondere
mit einem verbesserten öllosen Luftkompressor, welcher durch
einen Universalmotor angetrieben wird.
Stand der Technik
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Verschiedene Konstruktionen für Luftkompressoren sind bekannt,
welche beispielsweise zum Betreiben von Pneumatikwerkzeugen,
Farbsprühpistolen, Luftbestäubungseinrichtungen und dergleichen
eingesetzt werden. Bei einer Bauart eines Kompressors ist ein
Kolben vorgesehen, welcher eine hin- und hergehende Bewegung in
einem Zylinder ausführt. Der Kolben ist über eine Schubstange
bzw. ein Pleuel mit einer sich exzentrisch drehenden Kurbel
verbunden, welche dem Kolben die hin- und hergehende Bewegung
erteilt. Der Kolben kann zylindrisch ausgebildet sein und im
geschlossenen Zylinder eine Gleitbewegung ausführen, wobei ein
Kolbenbolzen eine Drehverbindung zwischen dem Kolben und der
Schubstange bzw. dem Pleuel herstellt. Diese Konstruktion macht
während des Betriebs eine ständige Ölschmierung erforderlich.
Alternativ kann der Kolben starr mit der Schubstange verbunden
sein und derart ausgelegt sein, daß er eine Kipp- oder
Neigungsbewegung ausführt, wenn er in dem Zylinder hin- und hergehend
bewegt wird, wie dies beispielsweise in US-A-3,691,869, US-A-
4,028,015, US-A-4,540,352 und US-A-4,848,213 angegeben ist. Eine
federnd nachgiebige Dichtung ist fest mit dem Kolben verbunden,
um zu ermöglichen, daß dieser eine Gleitbewegung oder eine
Neigungsbewegung ausführen kann, und hierbei ein gasdichter
Abschluß zwischen dem Kolben und dem Zylinder aufrechterhalten
wird. Da die Dichtung keine konstante Schmierung erforderlich
macht, wird diese Konstruktion manchmal als ein "ölloser"
Kompressor bezeichnet. Die Standzeit der Dichtung hängt von der
maximalen Temperatur ab, welcher die Dichtung während des
Betriebs ausgesetzt ist.
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Viele Kompressoren werden mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten
bzw. niedrigen Drehzahlen durch elektrische Wechselstrommotore
der Synchronbauart angetrieben. Ein beispielsweise mit einem 60
Hz-Netz betriebener Motor arbeitet typischerweise mit einer
Drehzahl von etwa 1.700 l/min, und die Kompressorgeschwindigkeit
kann zur Übertragung über einen Antrieb aus Riemen und
Riemenscheibe bereitgestellt werden. Ein Synchronmotor hat
Schwierigkeiten beim Anlassen eines unter Last stehenden Kompressors. Der
sich hin- und hergehend bewegende Kolben und die anderen sich
bewegenden Teile für ölgeschmierte Kompressoren sind relativ
massiv und nicht für den Betrieb bei hohen Drehzahlen geeignet,
welche beispielsweise bei Asynchron-Universalmotoren erzielt
werden. Es wird davon ausgegangen, daß mit höheren Drehzahlen
arbeitende Universalmotore zum Antreiben von größeren öllosen
Kompressoren bisher nicht eingesetzt wurden, da die durch den
Motor erzeugte Wärme beträchtlicherweise die Standzeit der
Kompressorbauteile, wie Kolbengleitdichtung, und des Treibriemens
herabsetzen kann und da die Geräusche untragbar sind, welche
durch ein Zahnradübersetzungssystem bei hoher Geschwindigkeit
entstehen.
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Die US-A-4,492,533 bezieht sich auf eine Luftkompressoranordnung,
welche die Merkmale umfaßt, die im einleitenden Teil des
nachstehenden Patentanspruchs 1 angegeben sind.
Offenbarung der Erfindung
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Nach der Erfindung wird eine Luftkompressoranordnung
bereitgestellt, deren wesentliche Einzelheiten im kennzeichnenden Teil
des nachstehenden Patentanspruchs 1 angegeben sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf eine
Luftkompressoranordnung, welche einen öllosen Luftkompressor
umfaßt, der durch einen Mochgeschwindigkeits-Universalmotor
angetrieben ist. Der Kompressor und der Motor sind in einem
kompakten Gehäuse eingeschlossen. Der Universalmotor hat einen
Stator und einen Rotor, welcher auf einer Antriebswelle gelagert
ist, welche erste und zweite Enden hat. Der Kommutator und die
Bürsten sind an dem ersten Ende zusammen mit einem Kühllüfter
bzw. Kühlgebläse-Lüftrad vorgesehen. Das zweite Wellenende ist
über ein durchmesserkleines Kettenrad, einen Treibriemen, eine
durchmessergroße Riemenscheibe und einen Exzenter verbunden, um
einen Kolben in einem Zylinder hin- und hergehend zu bewegen. Der
Zylinder ist durch eine Ventilplattenanordnung und einen
Zylinderkopf abgeschlossen. Der Kolben ist mit einer Dichtung
versehen, welche im Zylinder eine Gleitbewegung ohne
Flüssigkeitsschmierung ausführt.
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Die Ventilplattenanordnung für den Luftkompressor umfaßt
neuartige Lufteinlaß- und Luftauslaßventile. Die Ventile sind
gemäß der Klappenventilbauart, der Membranventilbauart oder der
Zungenventilbauart ausgelegt. Eine Drosseleinrichtung, die an der
Ventilplatte in der Nähe des Einlaßventils angeordnet ist, stellt
eine progressiv zunehmende Ventilfelderrate bereit, wenn die
Einlaßventilauslenkung größer wird. Die Auslenkung des
Auslaßventils wird durch die Form des Zylinderkopfs begrenzt,
wodurch Ventilstoßschwingungen und entsprechende
Ventilbeanspruchungen so gering wie möglich gemacht werden.
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Ablenkeinrichtungen bzw. strömungsumlenkende Leit- und
Störeinbauteile sind vorgesehen, um den Luftstrom von dem Lüfterrad in
erste, zweite und dritte Luftströme zu trennen. Ein erster
Luftstrom geht aufeinanderfolgend über den Motor, den
Kommutator/Brüsten, zwischen dem Rotor und dem Stator durch und über die
äußeren Wände des Zylinders. Ein zweiter Luftstrom wird über die
Anordnung aus Zylinder, Zylinderkopf gelenkt, und ein dritter
Luftstrom wird über den Treibriemen gelenkt. Durch Aufteilen der
Luft in unterschiedliche Strömungswege sind der Treibriemen und
die Anordnung aus Zylinder und Zylinderkopf nicht der Wärme von
dem Motor ausgesetzt. Die Temperatur des Treibriemens und die
Temperatur der Kolbengleitdichtung werden auf einem möglichst
geringen Wert gehalten, um deren Standzeit zu verlängern. Ein
Teil der Luft, welcher über die Ventilplattenanordnung und über
den Zylinderkopf strömt, wird in einen Lufteinlaß für den
Kompressor umgeleitet. Die umgeleitete Luft ändert plötzlich ihre
Strömungsrichtungen von dem restlichen Teil der Luft im zweiten
Strom. Alle Partikel in dem zweiten Luftstrom werden von dem
Kompressoreinlaß infolge ihrer Trägheit umgeleitet. Nach dem
Kühlen des Motors und des Kompressors geht ein Teil der Luft über
ein schlangenförmiges Rohr, welches eine Verbindung zwischen dem
Luftkompressorauslaß und einer Luftleitung bzw. einem
Luftschlauch herstellt. Dieser Luftstrom kühlt die Druckluft, um die
Standzeit der Luftleitung zu verlängern und die Gefahr eines
Brandes bei einem Anwender des Luftkompressors zu reduzieren.
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Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen verbesserten,
elektrisch angetriebenen, öllosen Luftkompressor bereitzustellen.
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Weitere Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer kompakten,
öllosen Luftkompressoranordnung, welche nach der
Erfindung ausgelegt ist;
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch die
Luftkompressoranordnung entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig.
2;
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig.
2;
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Fig. 5 ist eine Ausschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in
Fig. 4, wobei aber der Kolben im oberen Totpunkt
gezeigt ist;
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Fig. 6 ist eine Unteransicht der Ventilplattenanordnung für
den Luftkompressor;
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Fig. 7 ist eine Draufsicht der Ventilplattenanordnung von
Fig. 6; und
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Fig. 8 ist eine Ausschnittsansicht durch die
Ventilplattenanordnung entlang der Linie 8-8 in Fig. 6, wobei auch
ein Teil des Zylinderkopfs in der Nähe des
Auslaßventils gezeigt ist.
Beste Ausführungsform der Erfindung
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung ist eine kompakte
Luftkompressoranordnung 20 nach der Erfindung gezeigt. Die
Luftkompressoranordnung 20 hat ein kompaktes, aus Kunststoff
hergestelltes Gehäuse 21 mit einem Stromanschlußkabel 22 (nur
teilweise gezeigt), welches sich von einem Ende 23 weg erstreckt,
und eine Druckluft-Auslaßleitung 24 (ebenfalls nur teilweise
gezeigt), welche von einem gegenüberliegenden Ende 25 abgeht. Ein
Druckregelventil 26 ist in der Luftleitung bzw. dem Luftschlauch
24 angeordnet. Die Luftkompressoranordnung 25 ist derart
ausgelegt, daß sie am Ausgang eine ungeregelte Druckluft liefert.
Das Ventil 26 ist derart eingestellt, daß man einen gewünschten
Abgabedruck erhält. Jeder überschüssige Luftdruck wird zur
Umgebung hin durch das Regelventil 26 entlastet. Das Gehäuse 21
wird von zwei Mantelhälften 27 und 28 gebildet und enthält einen
integral ausgebildeten Traggriff 29. Die Mantelhälften 27 und 28
sind fest miteinander beispielsweise mit Hilfe einer Mehrzahl von
Schrauben (nicht gezeigt) verbunden. Eine Mehrzahl von
Umgebungsluft-Einlaßschlitzen 30 ist in dem Gehäuse 21 in der Nähe des
Endes 23 ausgebildet, und eine Mehrzahl von Luftauslaßschlitzen
31 ist in dem Gehäuse 21 in der Nähe des Endes 25 ausgebildet.
Wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird, wird
Umgebungsluft über die Einlaßschlitze 30 angesaugt, um zu
bewirken, daß die innenliegenden Bauteile der
Luftkompressoranordnung 20 in einer vorbestimmten Abfolge gekühlt werden, um den
Wirkungsgrad und die Standzeit der Luftkompressoranordnung 20 zu
verbessern, und die aufgewärmte Luft wird über die Schlitze 31
abgegeben.
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Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht durch die
Luftkompressoranordnung 20. Die Anordnung 20 umfaßt einen Luftkompressor 32, welcher
mittels eines Asynchron-Universalmotors 33 angetrieben wird,
welcher sich von dem üblichen Synchronmotor unterscheidet, der
zum Antrieb von Kompressoren eingesetzt wird. Der Luftkompressor
32 und der Motor 33 sind an einem Träger 34 angebracht. Eine
Mehrzahl von federnd nachgiebigen, kissenförmigen Dämpfungsteilen
35 ist zwischen dem Träger 34 und den Mantelhälften 27 und 28
angeordnet, um den Träger 34 in dem Gehäuse 21 federnd nachgiebig
zu lagern. Die kissenförmigen Dämpfungsteile 35 sind elastomere
Isolatoren, welche die Schallübertragung und die Übertragung von
Schwingungen von dem Kompressor 33 und dem Motor 34 auf das
Gehäuse 21 reduzieren. Die kissenförmigen Dämpfungsteile 35 sind
auch zum Schutz der Luftkompressoranordnung 20 während des
Transports vorgesehen. Schrauben 36 verbinden den Universalmotor
33 fest mit dem Träger 34.
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Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, hat der Motor einen Stator
37 mit zwei Polen 38 und 39, auf die zwei Spulen 40 und 41
jeweils gewickelt sind. Die Schrauben 36 verbinden den Stator
37 und einen Motorrahmen 42 fest mit dem Träger 34. Eine Welle
43 ist in der Nähe eines Endes 44 mit Hilfe eines Lagers 45
gelagert, welches fest mit dem Rahmen 42 verbunden ist, und ist
in der Nähe eines Endes 46 mit Hilfe eines Lagers 47 gelagert,
welches fest mit dem Träger 34 verbunden ist. Ein Lüfterrad bzw.
ein Gebläserad 48 ist fest mit dem Wellenende 44 verbunden, und
ein Kettenrad 49 ist fest mit dem Wellenende 46 verbunden. Ein
Rotor 50 und ein Kommutator 51 sind auf der Welle 43 angeordnet.
Der Rotor 50 befindet sich in dem Stator 37, und der Kommutator
51 ist innerhalb des Rahmens 42 angeordnet. Zwei Bürstenhalter
52 und 53 sind auf einer Platte 54 angebracht, welche fest mit
dem Rahmen 42 verbunden ist. Federbelastete Bürsten 55 und 56 in
den Haltern 52 und 53 jeweils werden derart mit einer Druckkraft
beaufschlagt, daß sie in Kontakt mit den gegenüberliegenden
Seiten des Kommutators 51 kommen. Wenn eine Energie an den Motor
33 angelegt wird, dreht sich die Welle 43 mit einer hohen
Geschwindigkeit bzw. mit einer hohen Drehzahl, um ihrerseits das
Kettenrad 49 und das Lüfterrad 48 anzutreiben.
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Einzelheiten des Kompressors 32 sind in den Fig. 2 , 4 und 5
gezeigt. Der Kompressor 32 umfaßt im allgemeinen einen Zylinder
60, einen Kopf 61, eine Ventilplattenanordnung 62, welche
zwischen dem Zylinder 60 und dem Kopf 61 angeordnet ist, und
einen Kolben 63, welcher im Zylinder 60 mit Hilfe eines
Exzenterantriebs 64 eine hin- und hergehende Bewegung ausführt.
Der Exzenterantrieb 64 umfaßt ein Kettenrad 49, einen Treibriemen
65, eine Riemenscheibe 66, ein Lager 67, welches exzentrisch fest
mit der Riemenscheibe 66 mit Hilfe einer Schraube 68 verbunden
ist, und eine Schubstange bzw. ein Pleuel 69. Vorzugsweise sind
das Kettenrad 49 und die Riemenscheibe 66 mit Zähnen 70 und 71
jeweils versehen, welche um den Außenumfang in Abständen
angeordnet sind, und der Treibriemen 65 ist ein Zahnriemen,
welcher entsprechende Zähne 72 hat, welche einen Schlupf zwischen
dem Kettenrad bzw. dem Antriebsrad 49 und der Riemenscheibe 66
während hoher Belastungen verhindern. Die Riemenscheibe 66 ist
an einer Welle 73 angebracht, welche mit Hilfe von Lagern 74 am
Träger 34 gelagert ist. Die Lager 74 ermöglichen, daß die
Riemenscheibe 60 eine Drehbewegung um eine Achse 75 ausführen
kann, wenn der Motor 33 das Kettenrad 49 drehantreibt. Wenn sich
die Riemenscheibe 66 um die Achse 75 dreht, werden die Schraube
68, das Lager 67 und ein angebrachtes Ende 76 der Schubstange 69
um eine kreisförmige Bahn 77 bewegt.
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Der Asynchron-Universalmotor 33 arbeitet mit wesentlich höheren
Geschwindigkeiten als ein üblicher Synchronmotor. In Abhängigkeit
von der Belastung, der Auslegungsform des Motors 33 und der
Arbeitsspannung kann der Motor 33 beispielsweise zwischen
10.000 l/min und 20.000 l/min betrieben werden. Die Riemenscheibe
66 und das Kettenrad 49 sind derart bemessen und ausgelegt, daß
sie beträchtlicherweise die Geschwindigkeit reduzieren, mit der
der Kolben 63 eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Wenn
beispielsweise das Kettenrad 49 einen Durchmesser von 1 inch.
(25,4 mm) hat, und die Riemenscheibe 66 einen Durchmesser von 4
inches (etwa 100 mm) hat, wird eine Geschwindigkeit des Motors
33 von 14.000 l/min auf eine Kolbengeschwindigkeit von 3.500
Hüben pro Minute herabgesetzt.
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Der Kolben 63 ist als ein integraler Teil der Schubstange 69
ausgebildet. Eine Kompressionsgleitdichtung 78 ist an dem Kolben
63 mit Hilfe eines Halterings 79 und einer Schraube 80
angebracht. Vorzugsweise wird die Dichtung 78 aus einer
Kombination aus Bronze, Molybdändisulfid und Polytetrafluorethylen
(Teflon) gebildet, obgleich auch andere an sich bekannte
Dichtungsmaterialien hierfür eingesetzt werden können. Die
Innenwand des Zylinders 60 hat eine glatte Oberfläche, um die
Standzeit der Dichtung 78 zu verbessern. Es soll noch erwähnt
werden, daß aufgrund der integralen Auslegung des Kolbens 63 mit
der Schubstange 69 die Auslegung der Dichtung 78 wirksam sein
muß, wenn der Kolben 63 während der hin- und hergehenden Bewegung
eine Kipp- oder Neigungsbewegung ausführt.
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Der Zylinderkopf 61 ist derart ausgebildet, daß er eine
Lufteinlaßkammer
81 und eine Druckluft-Auslaßkammer 82 bildet. Eine
Dichtung 83 bildet einen luftdichten Abschluß zwischen dem Kopf
61 und der Ventilplattenanordnung 62, um einen Austritt von unter
hohem Druck stehenden Gas aus der Auslaßkammer 82 zu verhindern.
Die Einlaßkammer 81 ist mit der Umgebung über zwei
Einlaßöffnungen 84 verbunden, welche eine Verbindung von der Kammer 82
zwischen dem Kopf 61 und der Dichtung 83 zur Atmosphäre hin
herstellen. Die in die Einlaßöffnungen 84 eintretende Luft wird
nicht gefiltert. Jedoch wird die Einlaßluft ausgehend von einem
Hochgeschwindigkeitsstrom der Kühlluft umgeleitet, so daß sie
über die oberen und unteren Seiten 85 und 86 des Kopfs 61 jeweils
strömt. Die Einlaßluft muß eine beträchtliche Richtungsänderung
gegenüber dem Strom der Kühlluft erfahren. Jeglicher Staub und
andere Partikel, welche in dem Strom der Kühlluft dispergiert
sind, haben eine derart ausreichende Trägheitskraft, daß sie
versuchen, ihre Bewegung mit der Kühlluft fortzusetzen und keine
Richtungsänderung vornehmen und daher nicht in die
Einlaßöffnungen 84 eintreten. Die Auslaßkammer 82 ist über eine
Druckluft-Auslaßleitung 87 mit der Luftleitung 24 verbunden. Eine
geeignete Dichtung 88 ist zwischen der Leitung 87 und dem
Zylinderkopf 61 angeordnet. Vorzugsweise ist die Dichtung 88 von
der Bauart, welche in der US Patentanmeldung Ser.No. 07/467,799
angegeben ist. Eine Mehrzahl von Kühlrippen 89, über welche ein
Luftstrom geht, ist auf den Außenwänden des Zylinderkopfs 61 in
der Nähe der Einlaßkammer 81 und der Auslaßkammer 82 ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Winkel der Einlaßkammer 81 und der
benachbarten Rippen 84 um einen Abstand 90 von den Wänden der
Auslaßkammer 82 und den benachbarten Rippen 89 getrennt. Der Abstand
bzw. der Raum 90 vermindert die Wärmeübertragung von der heißen
Druckluft in der Auslaßkammer 82 zu der kühleren Einlaßluft in
der Einlaßkammer 81, um jegliche Verminderung des volumetrischen
Wirkungsgrades des Luftkompressors 32 zu vermeiden.
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Der Luftkompressor 32 hat eine verbesserte Ventilplattenanordnung
62, welche detailliert in den Fig. 5 bis 8 gezeigt ist. Die
Ventilplattenanordnung 62 umfaßt eine im allgemeinen ebenen
Platte 95, welche die Einlaßventile 96 und die Auslaßventile 97
trägt. Die Ventilplatte 95 ist an dem Träger 34 mit Hilfe von
vier Schrauben 98 festgeklemmt, welche durch den Kopf 61, die
Dichtung 83 und durch Öffnungen 99 in der Ventilplatte 95 gehen
und in den Träger 34 eingreifen. Ein radialer Flansch 100 am
Zylinder 60 ist zwischen der Ventilplatte 95 und dem Träger 34
gespannt, um den Zylinder 60 zu halten. Eine O-Ringdichtung 101
befindet sich in einer Ausnehmung 102 in der Ventilplatte 95, um
einen gasdichten Abschluß zwischen der Ventilplatte 95 und dem
Zylinderflansch 100 zu bilden.
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Die Ventilplatte 95 hat eine Mehrzahl von Einlaßöffnungen 103
(fünf sind gezeigt), welche normalerweise durch die Einlaßventile
96 geschlossen sind. Die Einlaßventile 96 sind von der
Membranventilbauart, der Klappenventilbauart oder der
Zungenventilbauart, und werden beispielsweise aus einem dünnen Blechteil aus
federnd nachgiebigem rostfreiem Stahl ausgebildet. Jede Öffnung
ist durch ein gesondertes, kreisförmiges Ventilteil 104
geschlossen. Finger 105 gehen strahlenförmig von einer Nabe 106 aus, um
die Ventilteile 104 zu verbinden, und diese wirken auch als
Rückholfedern. Eine Niete 107 verbindet fest die Nabe 106 mit dem
Mittelteil der Ventilplatte 95 fest. Eine
Einlaßventil-Drosseleinrichtung 108 ist zwischen der Niete 107 und der Nabe 106
gehalten. Wie am deutlichsten 6 und 8 zu ersehen ist, hat die
Drosseleinrichtung 108 eine geringfügig gekrümmte oder
schalenförmige Oberfläche 109, welche in eine Richtung gekrümmt ist, die
radial zu der Niete 107 verläuft. Die Oberfläche 109 endet an
einer Kante 110, welche einen Wenderadius hat. Wenn Luft in den
Zylinder 60 bei einem Einlaßhub des Kolbens 63 angesaugt wird,
biegen sich die Finger 105 und die Ventilelemente 104 trennen
sich von der Ventilplatte 95, um zu ermöglichen, daß Luft durch
die Einlaßöffnungen 103 strömen kann. Das Federungsvermögen der
Finger 105 verleiht denselben ein Rückholfederverhalten, um die
Ventilelemente 104 gegen die Ventilplatte 95 anzudrücken. Wenn
die Auslenkung der Ventilelemente 104 größer wird, berührt ein
größerer Teil der Finger 105 die gekrümmte Drosselfläche 109.
Hierdurch ergibt sich eine progressiv zunehmende Ventilfederrate,
welcher die Ventilelemente 104 in Richtung einer Schließstellung
drückt, in der sie auf der Ventilplatte 95 aufsitzen, und mit
einer größer werdenden Kraft bei größer werdender Auslenkung
angedrückt werden.
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Die Ventilplatte 95 hat auch eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen
111 (drei sind gezeigt), welche im Grundzustand durch die
Auslaßventile 97 geschlossen sind. Eine geringere Fläche für die
Auslaßöffnung 111 als bei der Einlaßöffnung 103 ist erforderlich,
da der Volumenstrom des komprimierten Auslaßgases kleiner als der
Volumenstrom des Einlaßgases mit Umgebungsdruck ist. Die Ventile
97 sind vorzugsweise aus einem dünnen blechförmigen Teil aus
federnd nachgiebigem, rostfreiem Stahl hergestellt. Die
Auslaßventile 97 umfassen ein gesondertes, kreisförmiges Ventilteil
112 für jede Öffnung 111. Die Ventileelemente bzw. Ventilteile
112 sind über radial verlaufende, federnd nachgiebige Finger 113
mit einer Nabe 114 verbunden. Die Nabe 114 ist fest mit einer
oberen Seite 115 der Ventilplatte 95 mit Hilfe des Niets 107
verbunden. Die Finger 113 dienen als Federn zum Andrücken der
Ventilelemente 112 gegen die Ventilplatte 95, um die Öffnungen
111 zu schließen. Wie am deutlichsten aus den Fig. 5 und 8 zu
ersehen ist, hat der Zylinderkopf 61 eine integral durch Gießen
ausgebildete ringförmige Rippe 116, welche über die
Ventilelemente 112 vorsteht und geringfügig einen Abstand hiervon
hat. Die Rippe 116 hat eine untere Fläche 117, welche geringfügig
in eine Richtung mit einem größer werdenden Abstand von dem Niet
107 gekrümmt ist. Somit liegt ein Rand 118 der unteren Fläche
117, welche dem Niet 107 am nächsten liegt, näher an den
Ventilteilen 112 als ein Rand 119 der unteren Fläche, welcher von
dem Niet 107 weiter entfernt liegt. Die Ränder 118 und 119 sind
abgerundet, um Belastungskonzentrierungen zu verhindern, wenn die
Ventilteile 112 die Rippe 116 berühren. Die Rippe 116 begrenzt
die Bewegung der Auslaßventilteile 112, um Ventilstoßschwingungen
und entsprechende Ventilbelastungen so gering wie möglich zu
machen.
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Wenn man einen Luftkompressor mit einer relativ hohen Leistung
in einem kleinen Gehäuse unterbringt, ist eine adäquate Kühlung
für die Standzeit des Kompressors 32 und des Motors 33 kritisch.
Wärmequellen im Motor 33 umfassen den Kommutator 51 und die
Bürsten 55 und 56, die Statorwicklngen 40 und 41 und die
Wicklungen im Rotor 50. Bei dem Kompressor 32 wird durch die
Luft Wärme erzeugt, wenn diese im Zylinder 60 komprimiert wird,
un d es wird auch Wärme bei dem flexiblen Treibriemen 65 erzeugt.
Das Lüfterrad 48 erzeugt einen Zwangskühlluftstrom durch das
Gehäuse 21. Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind
Ablenkeinrichtungen bzw. strömungsumlenkende Leit- und Störeinbauteile
strategisch derart plaziert, daß die Kühlluft in einige Ströme
aufgeteilt wird, um eine maximale Kühlung der kritischen Bauteile
der Luftkompressoranordnung 20 zu erreichen. Sowohl feste als
auch verstellbare Ablenkeinrichtungen werden eingesetzt, um
unterschiedliche Abmessungen von Motoren mit einer einzigen
Gehäuseauslegung erfassen zu können. Die Ablenkeinrichtungen sind
am deutlichsten in Fig. 2 und 3 gezeigt. Eine Ablenkeinrichtung
120 ist in dem Gehäuse 21 angeordnet und umgibt das Lüfterrad 48.
Die Ablenkeinrichtung 120 bildet eine Lufteinlaßkammer 121 in dem
Gehäuse 21, welche in Verbindung mit den Lufteinlaßschlitzen 30
steht. Die Ablenkeinrichtung 120 bewirkt auch, daß die Einlaßluft
von der Kammer 121 zu einer Kammer 122 strömt, welche unter
überatmosphärischem Druck durch die Drehbewegung des Lüfterrads 48
steht. Da die Anordnung 20 einen Universalmotor 33 nutzt, wird
das Lüfterrad 48 mit einer sehr hohen Drehzahl drehangetrieben,
und der erhaltene Luftstrom ist wesentlich stärker als im
Vergleich zu einem Luftkompressor, welcher mit einer niedrigeren
Drehzahl oder Geschwindigkeit arbeitet.
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Zwei Ablenkteile 123 und 124 sind in den Mantelhälften 27 und 28
jeweils angebracht und verlaufen zwischen den Mantelhälften 27
und 28 und dem Stator 37 des Motors. Wie am besten aus Fig. 3 zu
ersehen ist, wird ein Luftdurchgang 125 in dem Ablenkteil 123 in
der Nähe des Stators 37 gebildet, und es wird ein Luftdurchgang
126 in dem Ablenkteil 124 in der Nähe des Stators 37 gebildet.
Wie zuvor angegeben ist, umfaßt der Motor 33 den Stator 37, die
Wicklungen 40 und 41 und einen Rotor 50. Ein offener Durchgang
127 verläuft in einer axialen Richtung durch den Motor 33
zwischen dem Stator 37 und dem Rotor 50. Ein erster Teil der vom
Lüfterrad 48 zu der Kammer 122 gelieferten Luft strömt entlang
einem ersten Weg in Abfolge zuerst über den Kommutator 51 und die
Bürstenanordnung einschließlich der Bürsten 55 und 56 und der
Bürstenhalter 52 und 53, dann durch den Motordurchgang 127, dann
durch eine Öffnung 128 (am deutlichsten in den Fig. 4 und 5
gezeigt) in dem Träger 34, über die Wände des Zylinders 60 und
schließlich durch die Luftauslaßschlitze 31. Dieser erste
Luftstrom nimmt die Wärme von dem Motor 33 und dann von dem
Zylinder 60 auf, bevor diese durch die Gehäuseschlitze 31
ausgegeben wird.
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Ein zweiter Teil der Luft von der Kammer 122 geht durch den
Durchgang 125 der Ablenkeinrichtung 123, durch die Trägeröf fnung
128, über den Zylinderkopf 61 und wird über Gehäuseschlitze 31
ausgegeben. Der zweite Luftstrom nimmt sehr wenig Wärme von dem
Motor 33 auf und ist daher wirksamer zur Abführung von Wärme vom
Zylinderkopf 61 als wenn Luft genommen würde, die zuvor durch den
Motor 33 aufgewärmt worden ist. Ein Teil dieses kühleren
Luftstroms wird auch zu den Kompressoreinlaßöf fnungen 84
umgeleitet. Da die Kompressoreinlaßluft im wesentlichen durch den
Motor 33 nicht erwärmt wird, wird der volumentrische Wirkungsgrad
des Kompressors 32 im wesentlichen durch die Wärme des Motors 33
nicht beeinflußt.
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Ein dritter Teil der Luft von der Kammer 122 strömt durch den
Durchgang 126 in der Ablenkeinrichtung 124. Etwas von dieser Luft
strömt durch die Trägeröffnung 128. Eine obere Ablenkeinrichtung
129 erstreckt sich von dem Gehäuse 21 zu dem benachbarten Träger
34, wobei ein oberer Entlüftungsraum 130 frei bleibt, welcher
entlang des Trägers 34 verläuft. Eine untere Ablenkeinrichtung
131 erstreckt sich auch von dem Gehäuse 21 zu dem benachbarten
Träger 34, wobei ein unterer Entlüftungsraum 132 frei bleibt,
welcher sich entlang des Trägers 34 erstreckt. Luft im dritten
Strom geht auch durch die Entlüftungsräume 130 und 132 und über
den Treibriemen 65. Die Luft in dem dritten Strom wird durch den
Motor 33 nicht nennenswert erwärmt und sie hat im wesentlichen
Umgebungstemperatur, wenn sie über den Treibriemen 65 strömt und
diesen kühlt. Der dritte Strom der Luft mit Umgebungstemperatur
kühlt den Treibriemen 65, um dessen Standzeit zu verlängern.
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Eine feste Ablenkeinrichtung 133 unterteilt in der Mantelhälfte
28 zwei Kammern 134 und 134. Die Kammer 134 liegt zwischen den
Ablenkeinrichtungen 129 und 131 und dem Träger 34 auf einer
Seite, und der Ablenkeinrichtung 133 auf der anderen Seite. Die
Kammer 135 wird zwischen der Ablenkeinrichtung 133 und dem
Gehäuseende 25 gebildet. Ein Teil des Treibriemens 65 und die
Riemenscheibe 66 sind in der Kammer 134 angeordnet. Die
Druckluft-Auslaßleitung 87 verläuft von dem Kompressorkopf 61 durch
eine Schleife 136, welche in der Kammer 135 liegt und ist mit der
Leitung 24 über eine Schlauchklemme 137 verbunden. Die Leitung
87 ist vorzugsweise aus einem gut wärmeleitendem Material, wie
Aluminium, hergestellt. Die Leitungsschleife 136 in der Kammer
135 bildet einen Nachkühler für die heiße Druckluft. Etwas von
der Kühlluft, die durch das Gehäuse 21 mittels des Lüfterrads 48
zirkuliert, strömt um die Ablenkeinrichtung 133 und durch die
Kammer 136 zu den Luftauslaßschlitzen 31. Dieser Luftstrom kühlt
die Druckluft, wenn diese zu der Leitung 24 strömt. Das Kühlen
der Druckluft verlängert die Standzeit der Luftleitung 24 und
setzt auch die Außentemperatur der Leitung 24 herab, um eine
Feuergefahr zu vermeiden und hierdurch die Sicherheit zu
verbessern. Die Leitungsschleife 136 setzt auch
Schwingungsbelastungen an der Leitung 87 zwischen dem Kompressor 32 und der
Luftleitung 24 herab.
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Die Luftkompressoranordnung 20 ist derart ausgelegt, daß
unterschiedlich ausgelegte Universalmotore 33 eingesetzt werden
können. Die unterschiedlichen Motore 33 können von
unterschiedlichen Herstellern geliefert werden oder sie können
unterschiedliche Leistungsabgaben haben. Obgleich beispielsweise das Gehäuse
21 kompakt ausgelegt ist, können Universalmotoren 33 mit
Leistungen von 1/2 PS, mit 3/4 Ps oder mit 1 PS aufgenommen
werden, wobei lediglich die Auslegung und die Lage der
Ablenkeinrichtungen 120, 123 und 124 verändert zu werden brauchen. Die
Mantelhälften 27 und 28 sind mit einer Mehrzahl von Schlitzen 138
zum Anbringen der Ablenkeinrichtungen 120 in unterschiedlichen
Abständen von dem Gehäuseende 23 versehen. Durch Ändern der
Abmessungen und der Lage einer Öffnung 139 in der
Ablenkeinrichtung 120 für das Lüfterrad 48 und durch entsprechende Wahl der
Schlitze 138 für das Lagern der Ablenkeinrichtung 120 läßt sich
erreichen, daß Lüfterräder 48 mit unterschiedlichen Abmessungen
und Lagen aufgenommen werden können. In ähnlicher Weise ist eine
Mehrzahl von Schlitzen 140 in der Mantelhälfte 27 zum Anbringen
der Ablenkeinrichtung 123 in unterschiedlichen Abständen zwischen
den Gehäuseenden 23 und 25 vorgesehen. Auch ist eine Mehrzahl von
Schlitzen 141 in der Mantelhälfte 28 zum Anbringen der
Ablenkeinrichtung 124 mit unterschiedlichen Abständen zwischen den
Gehäuseenden 23 und 25 vorgesehen. Die Ablenkeinrichtungen 123
und 124 sind derart ausgebildet, daß sie an die spezielle Form
des Motors 33 angepaßt sind, welcher mit der Anordnung 20 zum
Einsatz kommt. Der Motor 33 und der Kompressor 32 sind an dem
Träger 34 angebracht und sie sind nicht in Kontakt mit dem
Gehäuse 21. Der Träger 34 ist an einer festen Stelle im Gehäuse
21 mit Hilfe der federnd nachgiebigen, kissenförmigen
Dämpfungsteile 35 angebracht. Somit beeinflussen unterschiedliche
Abmessungen und Auslegungen des Motors 33 nicht die Lagerung am
Träger 34 und auch nicht die Lagerung des Motors 33 im Gehäuse
21.