EP0804684B1 - Compressor - Google Patents

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EP0804684B1
EP0804684B1 EP95939216A EP95939216A EP0804684B1 EP 0804684 B1 EP0804684 B1 EP 0804684B1 EP 95939216 A EP95939216 A EP 95939216A EP 95939216 A EP95939216 A EP 95939216A EP 0804684 B1 EP0804684 B1 EP 0804684B1
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compressor
working medium
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/16Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18Multi-cylinder engines
    • F02B75/24Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • F02B75/246Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type with only one crankshaft of the "pancake" type, e.g. pairs of connecting rods attached to common crankshaft bearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
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    • F01B9/02Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00 with crankshaft
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    • Y10T74/18256Slidable connections [e.g., scotch yoke]

Definitions

  • the invention relates to a compressor for the compression of a working medium, in particular for production of compressed air, with at least one in a work area reciprocating piston to compress the Working medium, a drive device for reciprocation of the piston and with a feed device and a discharge device for supplying or removing the working medium, a crank loop drive being provided as the drive device.
  • Compressible substances such as gases are used as working media or vapors are used in conventional compressors mostly air is compressed. This compressed air is e.g. in trucks as a means of transmission in braking devices used.
  • the conventional plunger compressors with crank-connecting rod drive therefore require a considerable constructive Effort, a variety of components and a large one Space requirements. Furthermore, e.g. a change of location of the Inlet connection usually a complete constructive redesign of the compressor, since the piping of the inlet and the outlet pipes and the cooling pipes precisely matched due to the heat development have to be.
  • crank loop drives to use for internal combustion engines. So shows e.g. DE 32 18 311 C2 a crank loop drive, especially for a two-stroke internal combustion engine is provided which is operational even without oil lubrication is. Furthermore, DE 34 47 663 A1 describes a multi-cylinder internal combustion engine known in the implementation in a rotary motion by means of a crank loop drive he follows. Another embodiment of such a crank loop drive is described in DE 43 07 205 A1. Regarding the exact functional principle and regarding the operation of the crank loop drive can therefore full reference to the publications mentioned become.
  • crank loop drive offers the advantage that that the rotary motion of a crankshaft in a purely longitudinal motion the piston is converted. This enables one secure sealing of the sliding surface between the piston skirt and the bearing in the compressor block. If appropriate the teaching of DE-A-2 033 820, FR-A-364091 or BE-A-861533 a crank loop drive is provided as the drive device of the compressor, can be ensured that the work area opposite the crankcase is always adequately sealed, which has the decisive advantage that the work space used on both sides of the piston for the compression process and that no oil particles get into the work area can.
  • the object of the invention is to create a compressor in which the working space can be sealed in a simple manner.
  • the invention solves this problem by the subject matter of claim 1.
  • the workspace can be specified in claim 2 Development of the invention on both sides of the piston on the one hand as a pre-compression space and on the other hand as Serve the main compression space, i.e. the piston movement can e.g. serve as an ejection movement and at the same time for suction of still uncompressed working fluid on the rear of the piston.
  • the compression energy introduced into the dead volume is therefore not lost and therefore enables a significant higher efficiency or delivery rate.
  • a such an arrangement can e.g. the degree of delivery versus 55% with a conventional series compressor to 80% with Raise the crank loop compressor with pre-compression.
  • the degree of delivery is in the arrangement according to the invention determined by the volume of the pre-compression space.
  • the dead volume occurring here is due to the lower Pressure of less importance because the back-expanding Damage volume is not as extensive.
  • the working medium in the precompression room is almost completely in the Main compression space transferred and what occurs there Dead volume restores the energy introduced into it Support for the return movement of the piston and thus for the pre-compression.
  • An annular feed groove directed towards the work area according to the training specified in claim 5 the invention enables a uniform inflow of sucked in working medium in the precompression room.
  • the disc-shaped piston according to claim 7 is preferred with a large number of openings or through holes is formed, it is possible on overflow channels in the cylinder head.
  • the working medium can by the openings in the piston from the pre-compression chamber directly in be transferred to the main compression room. The constructive This reduces the effort for the cylinder head essential. Furthermore, the openings reduce the weight of the piston, which increases the size of the moving mass is lower.
  • the piston according to claim 9 at its openings preferably has a valve device allows overflow of the working medium and thereby but at the same time the pre-compression space from the main compression space be separated.
  • the working medium can only be in flow into the main compression space while the opposite direction is blocked.
  • Another advantage is that according to the claim 10 specified development of the invention by a crank loop drive without much effort two opposing ones Pistons can be driven. So it is possible with a simple construction a double compression cylinder to create and significantly increase performance.
  • This design also has the advantage that with only a few other parts e.g. a 2-, 4- or 8-cylinder version of the compressor is made possible.
  • the compressor can thus to corresponding performance requirements without major Effort to be adjusted.
  • crank loop drive allows a low one Piston speed, which enables dry running becomes. Furthermore, only small masses are moved and it there are only slight fluctuations in tangential force, which is why the strength requirements for the structure reduce.
  • the simple structure with only a few components of the compressor according to the invention allows inexpensive and easy manufacture and assembly. Like the installation space comparison with conventional compressors can also achieved a compact design with small dimensions become. Furthermore, a flexible redesign, e.g. of the Inlet device, according to the conditions of the site possible without great design effort.
  • a compressor 1 has a compressor block 2, a crank loop drive 3 and two cylinder heads 4 on.
  • the compressor block 2 has as a feed device for the working medium (namely air) an inlet pipe sleeve 5 and an inlet line system 6, and as a discharge device for the compressed or compressed working medium an outlet pipe sleeve 7 and an outlet pipe system 8; further an inner cavity 9 is provided.
  • working medium namely air
  • inlet pipe sleeve 5 and an inlet line system 6 and as a discharge device for the compressed or compressed working medium an outlet pipe sleeve 7 and an outlet pipe system 8; further an inner cavity 9 is provided.
  • the crank loop drive is in the inner cavity 9 of the compressor block 2 3 housed.
  • This has one Crank loop frame 10 on which a backdrop 11 is formed is.
  • a sliding block 12 is placed in the backdrop 11 guided.
  • the sliding block 12 is eccentrically guided on a crankshaft crank pin 13 and thus transforms e.g. through the crankshaft of an internal combustion engine a rotary motion applied to a truck in a longitudinal movement of the crank loop frame 10 around.
  • crank loop frame 10 Piston 14 attached. These lie on one axis and face each other. As a drive, a crank loop is used, the two pistons 14 lead one linear float out.
  • each of the cylinder heads 4 there is a working space 15 and an outlet duct 16 are formed.
  • a liner 17 In the work room 15 is a liner 17 attached.
  • valve lamellae are arranged such that they only one direction of flow into the working space 15 allow.
  • the piston 14 then reverses its direction of movement and moves onto the annular feed groove 6a of the inlet pipe system 6 to.
  • the valve plate 18 attached there prevents the air from flowing back. This will be pre-compressed and flows through openings 19 in the piston 14 and a valve device arranged behind it 20 in the resulting on the other side of the piston Working space.
  • the centers of the openings 19 are on the same radius around the center of the disc-shaped Piston 14 arranged and evenly distributed thereon.
  • the extent of the delivery quantity of the compressor 1 is determined by the amount of the in the 1st stage, the pre-compression stage, aspirated working medium determined. Because the working medium that is not so highly compressed at this stage Back expansion share from the dead spaces less. The order receives a much higher degree of delivery.
  • the valve plate 21 has such a bias on that they only at a certain, preset Pressure opens.
  • the compressed Air is finally expelled into the outlet duct 16 and flows through the discharge line system 8 of the compressor block 2 through the outlet pipe sleeve 7 as compressed air (Compressed air).
  • Precompaction is then carried out again during the return stroke Air through openings 19 and valve device 20 of the piston 14 inserted into the work space.
  • a second Compressors of the same type connected e.g. a 4-cylinder star arrangement are formed. From two to the Drive shaft connected 4-cylinder compressors can be used 8-cylinder compressors are trained and other possible combinations are always open. An individual Adaptation to the respective performance requirements thus possible without much effort.
  • the simple design of the compressor enables also an adaptation to individual circumstances without big design changes.
  • Another arrangement e.g. the inlet or outlet device can be easily be performed.
  • the crank loop drive 3 also has coated Backdrops 11, the dry running of the backdrop stone 12 enable.
  • pistons 30 become immediate through an off-center on a crankshaft that only is indicated indicated, mounted crank pin 33 driven.
  • Piston shaft 31 formed sliding surface 32 as a counter surface for the crank pin 33.
  • a backdrop and a sliding block are not necessary here.
  • the piston skirt 31 is in the area the sliding surface 32 formed such that a spring 34 can clamp the piston 30 against the crank pin 33. This also guarantees the piston return movement.
  • the remaining parts, in particular the compression section and the cylinders correspond to those of the first embodiment, so that reference is made to this.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter bzw. Kompressor zur Verdichtung eines Arbeitsmediums, insbesondere zur Erzeugung von Druckluft, mit zumindest einem in einem Arbeitsraum hin- und herbewegbaren Kolben zum Verdichten des Arbeitsmediums, einer Antriebseinrichtung zur Hin- und Herbewegung des Kolbens sowie mit einer Zuführeinrichtung und einer Abführeinrichtung zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Arbeitsmediums, wobei als Antriebseinrichtung ein Kurbelschleifenantrieb vorgesehen ist.The invention relates to a compressor for the compression of a working medium, in particular for production of compressed air, with at least one in a work area reciprocating piston to compress the Working medium, a drive device for reciprocation of the piston and with a feed device and a discharge device for supplying or removing the working medium, a crank loop drive being provided as the drive device.

Als Arbeitmedien werden komprimierbare Stoffe wie Gase oder Dämpfe verwendet, wobei in den herkömmlichen Kompressoren meist Luft verdichtet wird. Diese Druckluft wird z.B. in Lastkraftwagen als Übertragungsmittel in Bremseinrichtungen verwendet.Compressible substances such as gases are used as working media or vapors are used in conventional compressors mostly air is compressed. This compressed air is e.g. in trucks as a means of transmission in braking devices used.

Es sind eine Vielzahl von Tauchkolben-Kompressoren mit Kurbel-Pleuel-Antrieb bekannt. Diese Verdichter arbeiten nach dem Prinzip des Kurbeltriebs und weisen üblicherweise eine Ölschmierung auf. Aufgrund der Schwingbewegung des Pleuels ist es bei diesen Verdichtern schwierig, den arbeitsraum gegenüber dem Kurbelraum abzudichten. Deshalb gelangt Ölleckage an den Kolbenringen vorbei in den Arbeitsraum und führt insbesondere am Auslaßventil zu Ölverkokung. Als Gegenmaßnahme hierzu sind in den herkömmlichen Verdichtern Kühlungseinrichtungen notwendig. Mit diesen wird die Luft- und Bauteiltemperatur reduziert und damit auch das Maß der Ölverkokung herabgesetzt. Die Notwendigkeit einer Kühlung, die meist als Wasser- oder Luftkühlung ausgeführt ist, bedingt aber einen erheblichen konstruktiven Aufwand und einen großen Bauraumbedarf.There are a variety of plunger compressors with Crank-connecting rod drive known. These compressors work on the principle of the crank mechanism and usually have an oil lubrication. Due to the swinging movement of the Connecting rods make it difficult for these compressors to enter the work area to seal against the crankcase. Therefore came Oil leakage past the piston rings into the work area and leads to oil coking, especially at the outlet valve. As a countermeasure to this are in the conventional compressors Cooling devices necessary. With these the Reduced air and component temperature and thus that too Degree of oil coking reduced. The need for one Cooling, which is usually carried out as water or air cooling is, but requires considerable design effort and a large space requirement.

Der konstruktive Aufwand erhöht sich weiter aus der Notwendigkeit, eine Erwärmung der angesaugten Luft durch die abzuführende, komprimierte Luft zu vermeiden. Je wärmer die angesaugte Luft ist, desto geringer wird der Liefergrad der Verdichters aufgrund der mit der Temperaturerhöhung einhergehenden Volumenausdehnung des Arbeitsmediums. Deshalb wird eine größtmögliche bauliche Trennung der Zuführund Abführleitungen für das Arbeitsmedium angestrebt.The design effort increases further from the Need to heat the intake air through to avoid the compressed air to be discharged. The warmer the air sucked in, the lower the delivery rate the compressor due to the increase in temperature accompanying volume expansion of the working medium. Therefore the greatest possible structural separation of the feed and Leakage lines for the working medium are sought.

Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Kompressoren mit diesen einstufigen Verdichtern ist der niedrige Liefergrad. Dieser ist aufgrund des rückexpandlierenden Schadvolumens aus den Toträumen, der hohen Einlaßventilwiderstände wegen der notwendigen Druckstabilität des Ventils und der Aufheizung der Luft durch die ebenfalls im Zylinderkopf geführte heiße Auslaßluft begrenzt.Another disadvantage of conventional compressors with these single-stage compressors is the low delivery rate. This is due to the re-expanding damage volume from the dead spaces, the high intake valve resistances because of the necessary pressure stability of the valve and the Heating of the air through the also in the cylinder head hot exhaust air limited.

Die herkömmlichen Tauchkolben-Kompressoren mit Kurbel-Pleuel-Antrieb bedingen also einen erheblichen konstruktiven Aufwand, eine Vielzahl von Bauteilen und einen großen Bauraumbedarf. Ferner erfordert z.B. eine Lageänderung des Einlaßanschlusses meist eine völlige konstruktive Neugestaltung des Verdichters, da die Leitungsführung der Einlaß- und der Auslaßleitungen sowie der Kühlungsleitungen aufgrund der Wärmeentwicklugen genau aufeinander abgestimmt sein müssen.The conventional plunger compressors with crank-connecting rod drive therefore require a considerable constructive Effort, a variety of components and a large one Space requirements. Furthermore, e.g. a change of location of the Inlet connection usually a complete constructive redesign of the compressor, since the piping of the inlet and the outlet pipes and the cooling pipes precisely matched due to the heat development have to be.

Es ist im Stand er Technik bereits bekannt, Kurbelschleifenantriebe für Brennkraftmaschinen zu verwenden. So zeigt z.B. die DE 32 18 311 C2 einen Kurbelschleifenantrieb, der insbesondere für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine vorgesehen ist, die auch ohne Ölschmierung betriebsfähig ist. Weiterhin ist aus der DE 34 47 663 A1 eine Mehrzylinder-Brennkraftkolbenmaschine bekannt, bei der die Umsetzung in eine Drehbewegung mittels eines Kurbelschleifenantrieb erfolgt. Eine weitere Ausführungsform eines solchen Kurbelschleifenantriebs wird in der DE 43 07 205 A1 beschrieben. Bezüglich des genauen Funktionsprinzips und hinsichtlich der Arbeitsweise des Kurbelschleifenantriebs kann daher vollinhaltlich auf die genannten Druckschriften verwiesen werden.It is already known in the state of the art, crank loop drives to use for internal combustion engines. So shows e.g. DE 32 18 311 C2 a crank loop drive, especially for a two-stroke internal combustion engine is provided which is operational even without oil lubrication is. Furthermore, DE 34 47 663 A1 describes a multi-cylinder internal combustion engine known in the implementation in a rotary motion by means of a crank loop drive he follows. Another embodiment of such a crank loop drive is described in DE 43 07 205 A1. Regarding the exact functional principle and regarding the operation of the crank loop drive can therefore full reference to the publications mentioned become.

Der Kurbelschleifenantrieb bietet demmach den Vorteil, daß die Drehbewegung einer Kurbelwelle in eine reine Längsbewegung der Kolben umgewandelt wird. Dies ermöglicht ein sicheres Abdichten der Gleitfläche zwischen dem Kolbenschaft und der Lagerstelle im Verdichterblock. Wenn entsprechend der Lehre der DE-A-2 033 820, der FR-A-364091 oder der BE-A-861533 als Antriebseinrichtung des Verdichters ein Kurbelschleifenantrieb vorgesehen wird, kann sichergestellt werden, daß der Arbeitsraum gegenüber dem Kurbelraum stets ausreichend abgedichtet ist, was den entscheidenden Vorteil hat, daß der Arbeitsraum beidseits des Kolbens für den Verdichtungsvorgang genutzt werden kann und daß keine Ölpartikel in den Arbeitsraun gelangen können.The crank loop drive offers the advantage that that the rotary motion of a crankshaft in a purely longitudinal motion the piston is converted. This enables one secure sealing of the sliding surface between the piston skirt and the bearing in the compressor block. If appropriate the teaching of DE-A-2 033 820, FR-A-364091 or BE-A-861533 a crank loop drive is provided as the drive device of the compressor, can be ensured that the work area opposite the crankcase is always adequately sealed, which has the decisive advantage that the work space used on both sides of the piston for the compression process and that no oil particles get into the work area can.

Dadurch wird eine Verkokung der Ventile, insbesondere des Auslaßventils, vermieden und es kann auf eine Kühlung verzichtet werden. Der erhebliche konstruktive Aufwand zur Gestaltung des Verlaufs der Kühlungskanäle entfällt somit völlig und die Bauform vereinfacht sich wesentlich.This will cause coking of the valves, in particular of the exhaust valve, avoided and it can on cooling to be dispensed with. The considerable design effort The design of the course of the cooling channels is therefore not necessary completely and the design is significantly simplified.

Aufgabe der Erfindung ist es gegenüber der gattungsgemäßen BE-A-861 533 einen Verdichter zu schaffen, bei dem der Arbeitsraum auf einfacher Weise abdichtbar ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruches 1.Compared to the generic BE-A-861 533, the object of the invention is to create a compressor in which the working space can be sealed in a simple manner. The invention solves this problem by the subject matter of claim 1.

Der Arbeitsraum kann nach der im Anspruch 2 angegebenen Weiterbildung der Erfindung auf beiden Seiten des Kolbens zum einen als Vorverdichtungsraum und zum anderen als Hauptverdichtungsraum dienen, d.h. die Kolbenbewegung kann z.B. als Ausstoßbewegung dienen und gleichzeitig zum Ansaugen von noch unverdichtetem Arbeitsmedium auf der Kolbenrückseite.The workspace can be specified in claim 2 Development of the invention on both sides of the piston on the one hand as a pre-compression space and on the other hand as Serve the main compression space, i.e. the piston movement can e.g. serve as an ejection movement and at the same time for suction of still uncompressed working fluid on the rear of the piston.

Damit ergibt sich ein zweistufiger Verdichter, der das Arbeitsmedium zunächst vorverdichtet und anschließend in einem Hauptverdichtungshub ausstößt. Während beim herkömmlichen einstufigen Verdichter das aufgrund von Bauteiltoleranzen und der Wärmeausdehnung auftretende Totvolumen den Liefergrad wesentlich verschlechtert, ist für den zweistufigen Verdichter die Arbeit des Totvolumens nahezu unbedeutend, da die Rückexpansion des dortigen Arbeitsmediums direkt zur Vorverdichtung genutzt wird.This results in a two-stage compressor that Working medium first compressed and then in emits a main compression stroke. While the conventional single-stage compressor due to component tolerances and the thermal expansion occurring dead volume Degree of delivery deteriorated significantly, is for the two-tier Compressor the work of the dead volume almost insignificant, because the back expansion of the working medium there is direct is used for pre-compression.

Die in das Totvolumen eingebrachte Verdichtungsenergie ist somit nicht verloren und ermöglicht deshalb einen wesentlich höheren Wirkungsgrad bzw. Liefergrad. Mit einer solchen Anordnung läßt sich z.B. der Liefergrad gegenüber 55% bei einem herkömmlichen Serienkompressor auf 80% beim Kurbelschleifenkompressor mit Vorverdichtung anheben.The compression energy introduced into the dead volume is therefore not lost and therefore enables a significant higher efficiency or delivery rate. With a such an arrangement can e.g. the degree of delivery versus 55% with a conventional series compressor to 80% with Raise the crank loop compressor with pre-compression.

Der Liefergrad wird in der erfindungsgemäßen Anordnung durch das Volumen des Vorverdichtungsraumes bestimmt. Das hier auftretende Totvolumen ist aber aufgrund des niedrigeren Drucks von geringerer Bedeutung, da das rückexpandierende Schadvolumen nicht so umfangreich ist. Das Arbeitsmedium im Vorverdichtungsraum wird nahezu völlig in den Hauptverdichtungsraum übergeführt und das dort auftretende Totvolumen setzt die darin eingebrachte Energie wieder zur Unterstützung der Rückbewegung des Kolbens und somit für die Vorverdichtung ein.The degree of delivery is in the arrangement according to the invention determined by the volume of the pre-compression space. The dead volume occurring here is due to the lower Pressure of less importance because the back-expanding Damage volume is not as extensive. The working medium in the precompression room is almost completely in the Main compression space transferred and what occurs there Dead volume restores the energy introduced into it Support for the return movement of the piston and thus for the pre-compression.

Die Ausbildung in einem hintereinander geschalteten Vor- und Hauptverdichtungsraum ermöglicht eine einfache Ventilanordnung. Jeder Verdichtungsraum benötigt daher gemäß der im Anspruch 3 angegebenen Weiterbildung der Erfindung nur jeweils eine Ventileinrichtung für die Zufuhr und eine Ventileinrichtung für die Abfuhr des Arbeitsmediums. Diese Ventileinrichtungen können zudem sehr einfach und betriebssicher gestaltet werden. Der konstruktive Aufwand verringert sich somit wesentlich und die bauliche Ausführungsform vereinfacht sich hierdurch erheblich.Training in a series The pre-compression and main compression space enables easy Valve arrangement. Every compression space therefore needs the development of the invention specified in claim 3 only one valve device for the supply and a valve device for the removal of the working medium. These valve devices can also be very simple and reliable be designed. The construction effort thus significantly reduced and the structural embodiment this simplifies considerably.

Dadurch, daß der Raum beidseitig des Kolbens als Arbeitsraum Verwendung findet, ergibt sich der Vorteil, daß eine räumliche Trennung der Zuführeinrichtung von der Abführeinrichtung, wie z.B. eine Anordnung auf axial gegenüberliegenden Seiten des Kolbens gemäß der im Anspruch 4 angegebenen Weiterbildung der Erfindung, ermöglicht wird. Die Zuführeinrichtung kann also z.B. im Verdichterblock angeordnet werden, während die Abführeinrichtung im Zylinderkopf vorgesehen ist und die weitere Leitungsführung beliebig gewählt werden kann. Somit kann die Erwärmung des zugeführten Arbeitsmediums durch das aufgrund des Druckvorgangs erwärmte abgeführte Arbeitsmedium vermieden werden. Ein konstruktives Hauptproblem herkömmlicher Verdichter entfällt damit und die Bauweise des Verdichters vereinfacht sich wesentlich.The fact that the space on both sides of the piston as a working space Is used, there is the advantage that a spatial separation of the feed device from the discharge device, such as. an arrangement on axially opposite Sides of the piston according to that in claim 4 specified development of the invention, is made possible. The feed device can thus e.g. arranged in the compressor block be while the discharge device in the cylinder head is provided and the further routing as desired can be chosen. Thus, the heating of the supplied Working medium through that due to the printing process heated dissipated working medium can be avoided. A the main design problem of conventional compressors is eliminated with it and the design of the compressor simplified yourself essential.

Eine auf den Arbeitsraum hin gerichtete ringförmige Zuführnut gemäß der im Anspruch 5 angegebenen Weiterbildung der Erfindung ermöglicht ein gleichmäßiges Einströmen des angesaugten Arbeitsmediums in den Vorverdichtungsraum.An annular feed groove directed towards the work area according to the training specified in claim 5 the invention enables a uniform inflow of sucked in working medium in the precompression room.

Wenn der Kolben nach der im Anspruch 6 angegebenen Weiterbildung der Erfindung als kreisförmige Scheibe ausgebildet wird, so erlaubt dies eine einfache und kostengünstige Herstellung desselben. Ferner können die bewegten Massen und die Größe der Reibungsflächen gering gehalten werden.If the piston according to the training specified in claim 6 of the invention designed as a circular disc becomes, this allows a simple and inexpensive Manufacture of the same. Furthermore, the moving masses and the size of the friction surfaces can be kept small.

Da der scheibenförmige Kolben gemäß Anspruch 7 vorzugsweise mit einer Vielzahl von Öffnungen bzw. Durchgangslöchern ausgebildet ist, ist es möglich auf Überströmkanäle im Zylinderkopf zu verzichten. Das Arbeitsmedium kann durch die Öffnungen im Kolben vom Vorverdichtungsraum direkt in den Hauptverdichtungsraum übergeleitet werden. Der konstruktive Aufwand für den Zylinderkopf verringert sich so wesentlich. Ferner wird durch die Öffnungen eine Gewichtsverminderung des Kolbens erreicht, womit die Größe der zu bewegenden Masse geringer wird.Since the disc-shaped piston according to claim 7 is preferred with a large number of openings or through holes is formed, it is possible on overflow channels in the cylinder head. The working medium can by the openings in the piston from the pre-compression chamber directly in be transferred to the main compression room. The constructive This reduces the effort for the cylinder head essential. Furthermore, the openings reduce the weight of the piston, which increases the size of the moving mass is lower.

Eine gleichmäßige Verteilung der Öffnungen auf dem Kolben gemäß der im Anspruch 8 angegebenen Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine ausgewogene Druckverteilung auf dem Kolben. Die Belastung auf die Lagerung wird somit nicht einseitig und der Verschleiß an den Laufflächen bleibt gering.An even distribution of the openings on the piston according to the further development of the in claim 8 Invention enables a balanced pressure distribution the piston. The burden on storage is therefore not one-sided and wear on the treads remains low.

Dadurch, daß der Kolben gemäß Anspruch 9 an seinen Öffnungen vorzugsweise eine Ventileinrichtung aufweist, kann ein Überströmen des Arbeitsmediums ermöglicht und dabei aber gleichzeitig der Vorverdichtungsraum vom Hauptverdichtungsraum abgetrennt werden. Das Arbeitsmedium kann nur in den Hauptverdichtungsraum hineinströmen, während die Gegenrichtung gesperrt wird. Somit wird auf einfache Weise eine Trennung der Verdichtungsräume erreicht und gleichzeitig die Möglichkeit des direkten Übertritts des Arbeitsmediums ohne einen Umweg über Kanäle im Zylinderkopf genutzt. Damit vereinfacht sich die Bauweise des Verdichters weiter.In that the piston according to claim 9 at its openings preferably has a valve device allows overflow of the working medium and thereby but at the same time the pre-compression space from the main compression space be separated. The working medium can only be in flow into the main compression space while the opposite direction is blocked. Thus, a Separation of the compression areas achieved and at the same time the possibility of direct transfer of the working medium used without a detour via channels in the cylinder head. In order to the design of the compressor is further simplified.

Die Ausbildung der Laufbuchse als Tiefziehteil erlaubt eine kostengünstige und präzise Führung des Kolbens.The formation of the liner as a deep-drawn part allows the piston to be guided cost-effectively and precisely.

Ferner ist es dadurch möglich, die Laufbuchse einstückig mit der Ventilplatte auszubilden. Dadurch vermindert sich der Montageaufwand.It is also possible to use the liner to be formed in one piece with the valve plate. Thereby the assembly effort is reduced.

Von weiterem Vorteil ist es, daß gemäß der im Anspruch 10 angegebenen Weiterbildung der Erfindung durch einen Kurbelschleifenantrieb ohne großen Aufwand zwei gegenläufige Kolben angetrieben werden können. Somit ist es möglich mit einer einfachen Bauweise einen Doppelverdichtungszylinder zu schaffen und die Leistung wesentlich zu erhöhen.Another advantage is that according to the claim 10 specified development of the invention by a crank loop drive without much effort two opposing ones Pistons can be driven. So it is possible with a simple construction a double compression cylinder to create and significantly increase performance.

Diese Bauweise hat ferner den Vorteil, daß mit nur wenigen weiteren Teilen z.B. eine 2-, 4- oder 8-Zylinder-Version des Verdichters ermöglicht wird. Der Verdichter kann somit an entsprechende Leistungsanforderungen ohne großen Aufwand angepaßt werden.This design also has the advantage that with only a few other parts e.g. a 2-, 4- or 8-cylinder version of the compressor is made possible. The compressor can thus to corresponding performance requirements without major Effort to be adjusted.

Die Ausführung als Mehrzylinderanordnung führt weiterhin zu einem gleichmäßigeren Verlauf des Antriebsmomentes im Verhältnis zu den aufgrund der Baugröße und des konstruktiven Aufwands meist nur einzylindrig ausgeführten herkömmlichen Verdichtern.The execution as a multi-cylinder arrangement continues for a more even course of the drive torque in relation to those due to the size and construction Expenses usually only one-cylinder conventional compressors.

Ferner erlaubt der Kurbelschleifenantrieb eine geringe Kolbengeschwindigkeit, wodurch ein Trockenlauf möglich wird. Weiterhin werden nur geringe Massen bewegt und es entstehen nur geringe Tangentialkraftschwankungen, weshalb sich die Festigkeitsanforderungen an den Aufbau wesentlich mindern.Furthermore, the crank loop drive allows a low one Piston speed, which enables dry running becomes. Furthermore, only small masses are moved and it there are only slight fluctuations in tangential force, which is why the strength requirements for the structure reduce.

Der einfache und nur wenige Bauteile aufweisende Aufbau des erfindungsgemäßen Verdichters erlaubt eine kostengünstige und einfache Herstellung und Montage. Wie der Bauraumvergleich mit herkömmlichen Verdichtern zeigt, kann zudem eine kompakte Bauform mit geringen Abmessungen erreicht werden. Ferner ist eine flexible Umgestaltung, z.B. der Einlaßeinrichtung, nach den Gegebenheiten des Einsatzortes ohne großen konstruktiven Aufwand möglich.The simple structure with only a few components of the compressor according to the invention allows inexpensive and easy manufacture and assembly. Like the installation space comparison with conventional compressors can also achieved a compact design with small dimensions become. Furthermore, a flexible redesign, e.g. of the Inlet device, according to the conditions of the site possible without great design effort.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

  • Fig. 1 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Verdichters;
  • Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Verdichters mit einer vereinfachten Antriebsvorrichtung; und
  • Fig. 3 einen Bauraumvergleich mit einem herkömmlichen Kompressor.
  • The invention is explained below with reference to the description of exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows:
  • Figure 1 is a sectional view of the compressor according to the invention.
  • Figure 2 is a sectional view of a compressor with a simplified drive device. and
  • Fig. 3 shows a space comparison with a conventional compressor.
  • Gemäß Fig.1 weist ein Verdichter 1 einen Verdichterblock 2, einen Kurbelschleifenantrieb 3 und zwei Zylinderköpfe 4 auf.1, a compressor 1 has a compressor block 2, a crank loop drive 3 and two cylinder heads 4 on.

    Der Verdichterblock 2 weist als Zuführeinrichtung für das Arbeitsmedium (nämlich Luft) eine Einlaßrohrmuffe 5 und ein Einlaßleitungssystem 6, sowie als Abführeinrichtung für das komprimierte bzw. verdichtete Arbeitsmedium eine Auslaßrohrmuffe 7 und ein Auslaßleitungssystem 8 auf; ferner ist ein Innenhohlraum 9 vorgesehen.The compressor block 2 has as a feed device for the working medium (namely air) an inlet pipe sleeve 5 and an inlet line system 6, and as a discharge device for the compressed or compressed working medium an outlet pipe sleeve 7 and an outlet pipe system 8; further an inner cavity 9 is provided.

    Im Innenhohlraum 9 des Verdichterblocks 2 ist der Kurbelschleifenantrieb 3 untergebracht. Dieser weist einen Kurbelschleifenrahmen 10 auf, auf dem eine Kulisse 11 ausgebildet ist. In der Kulisse 11 wird ein Kulissenstein 12 geführt. Der Kulissenstein 12 wird durch einen außermittig auf einer Kurbelwelle gelagerten Kurbelzapfen 13 geführt und wandelt so die z.B. durch die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors eines Lastkraftwagens aufgebrachte Drehbewegung in eine Längsbewegung des Kurbelschleifenrahmens 10 um.The crank loop drive is in the inner cavity 9 of the compressor block 2 3 housed. This has one Crank loop frame 10 on which a backdrop 11 is formed is. A sliding block 12 is placed in the backdrop 11 guided. The sliding block 12 is eccentrically guided on a crankshaft crank pin 13 and thus transforms e.g. through the crankshaft of an internal combustion engine a rotary motion applied to a truck in a longitudinal movement of the crank loop frame 10 around.

    Ferner sind am Kurbelschleifenrahmen 10 zwei scheibenförmige Kolben 14 befestigt. Diese liegen auf einer Achse und stehen einander gegenüber. Da als Antrieb eine Kurbelschleife verwendet wird, führen die beiden Kolben 14 eine lineare Hin- und Herbewegung aus. Furthermore, two disc-shaped are on the crank loop frame 10 Piston 14 attached. These lie on one axis and face each other. As a drive, a crank loop is used, the two pistons 14 lead one linear float out.

    In den Zylinderköpfen 4 ist jeweils ein Arbeitsraum 15 und ein Auslaßkanal 16 ausgebildet. Im Arbeitsraum 15 ist eine Laufbuchse 17 befestigt.In each of the cylinder heads 4 there is a working space 15 and an outlet duct 16 are formed. In the work room 15 is a liner 17 attached.

    In Betrieb wird durch die Kolbenbewegung Luft in den Arbeitsraum 15 angesaugt. Die Luft strömt über die Einlaßrohrmuffe 5 und das Einlaßleitungssystem 6 über eine ringförmige Zuführnut 6a durch eine auf dem Verdichterblock 2 angeordnete Ventilplatte 18 in den Arbeitsraum 15. Auf der Ventilplatte 18 sind Ventillamellen derart angeordnet, daß sie nur eine Strömungsrichtung in den Arbeitsraum 15 hinein erlauben.In operation, the piston moves air into the Workspace 15 sucked in. The air flows through the inlet pipe sleeve 5 and the inlet line system 6 via an annular Feed groove 6a through one on the compressor block 2 arranged valve plate 18 in the work space 15. On the Valve plate 18, valve lamellae are arranged such that they only one direction of flow into the working space 15 allow.

    Der Kolben 14 kehrt dann seine Bewegungsrichtung um und bewegt sich auf die ringförmige Zuführnut 6a des Einlaßleitungssystems 6 zu. Die dort angebrachte Ventilplatte 18 verhindert ein Zurückströmen der Luft. Diese wird somit vorverdichtet und strömt durch Öffnungen 19 im Kolben 14 und eine dahinter anliegend angeordnete Ventileinrichtung 20 in den sich nun auf der anderen Seite des Kolbens ergebenden Arbeitsraum. Die Zentren der Öffnungen 19 sind auf dem gleichen Radius um das Zentrum des scheibenförmigen Kolbens 14 angeordnet und gleichmäßig darauf verteilt.The piston 14 then reverses its direction of movement and moves onto the annular feed groove 6a of the inlet pipe system 6 to. The valve plate 18 attached there prevents the air from flowing back. This will be pre-compressed and flows through openings 19 in the piston 14 and a valve device arranged behind it 20 in the resulting on the other side of the piston Working space. The centers of the openings 19 are on the same radius around the center of the disc-shaped Piston 14 arranged and evenly distributed thereon.

    Das Ausmaß der Liefermenge des Verdichters 1 wird durch die Menge des in der 1. Stufe, der Vorverdichtungsstufe, angesaugten Arbeitsmediums bestimmt. Da das Arbeitsmedium in dieser Stufe nicht so hoch verdichtet wird, ist auch der Rückexpansionsanteil aus den Toträumen geringer. Die Anordnung erhält so einen wesentlich höheren Liefergrad.The extent of the delivery quantity of the compressor 1 is determined by the amount of the in the 1st stage, the pre-compression stage, aspirated working medium determined. Because the working medium that is not so highly compressed at this stage Back expansion share from the dead spaces less. The order receives a much higher degree of delivery.

    Die auf die andere Seite des Kolbens 14 übergeströmte Luft wird dann durch die neuerliche Umkehrung der Kolbenbewegung verdichtet und gegen eine integral mit der Laufbuchse 17 ausgebildete Ventilplatte 21 gedrückt. Dies ist möglich, da auch die Lamellen der Ventileinrichtung 20 auf den Kolben 14 nur eine Strömungsrichtung in den Hauptverdichtungsraum hinein zulassen.The flow over to the other side of the piston 14 Air is then reversed by the piston movement compressed and against an integral with the liner 17 formed valve plate 21 pressed. This is possible because the fins of the valve device 20 also open the piston 14 only one direction of flow in the main compression space allow in.

    Die Ventilplatte 21 weist eine derartige Vorspannung auf, daß sie erst bei einem bestimmten, voreinstellbaren Druck öffnet. Beim Öffnen der Ventilplatte 21 wird die komprimierte Luft schließlich in den Auslaßkanal 16 ausgestoßen und strömt über das Auslaßleitungssystem 8 des Verdichterblocks 2 durch die Auslaßrohrmuffe 7 als verdichtet Luft (Druckluft) ab.The valve plate 21 has such a bias on that they only at a certain, preset Pressure opens. When opening the valve plate 21, the compressed Air is finally expelled into the outlet duct 16 and flows through the discharge line system 8 of the compressor block 2 through the outlet pipe sleeve 7 as compressed air (Compressed air).

    Da auch die Lamellen der Ventilplatte 21 nur eine Strömungsrichtung zulassen, wird ein Zurückströmen der komprimierten Luft in den Arbeitsraum 15 beim Rückhub des Kolbens 14 vermieden.Since the fins of the valve plate 21 also have only one direction of flow allow the compressed to flow back Air into the working space 15 during the return stroke of the piston 14 avoided.

    Die in den aufgrund der Bauteiltoleranzen und der Wärmeausdehnung vorliegenden Toträumen komprimierte Luft dehnt sich beim Rückhub des Kolbens 14 wieder aus und unterstützt den Rückhub und damit die Vorverdichtung der Luft auf der anderen Kolbenseite.The in due to the component tolerances and thermal expansion existing dead spaces compressed air expands back out and supported during the return stroke of the piston 14 the return stroke and thus the pre-compression of the air on the other piston side.

    Während des Rückhubs wird dann wieder vorverdichtete Luft durch die Öffnungen 19 und die Ventileinrichtung 20 des Kolbens 14 in den Arbeitsraum eingeführt.Precompaction is then carried out again during the return stroke Air through openings 19 and valve device 20 of the piston 14 inserted into the work space.

    Da der Kolben 14 eine rein lineare Bewegung ausführt, kann ein Kolbenschaft 22 problemlos im Verdichterblock 2 geführt und mittels einer Dichtungseinrichtung 23 gegenüber dem Innenholraum 9 des Verdichterblocks 2, der den Kurbelschleifenantrieb 3 beherbergt, abgedichtet werden. Somit kann vermieden werden, daß Ölpartikel in den Arbeitsraum 15 gelangen und eine Ölverkokung der Ventileinrichtungen verursachen. Damit werden Einrichtungen zum Kühlen des Verdichters nicht benötigt und der konstruktive Aufwand verringert sich bedeutend. Since the piston 14 performs a purely linear movement, can a piston shaft 22 in the compressor block 2 guided and opposite by means of a sealing device 23 the inner cavity 9 of the compressor block 2, which drives the crank loop 3 houses, be sealed. Consequently can be avoided that oil particles in the work space 15th reach and cause oil coking of the valve devices. This will provide facilities for cooling the compressor not required and the design effort is reduced significant.

    Durch eine weitere Dichtungseinrichtung 24, die umfangsseitig am Kolben 14 angeordnet ist, werden die Verdichtungsräume beidseits des Kolbens 14 gegeneinander abgedichtet.Through a further sealing device 24, the circumferential side is arranged on the piston 14, the compression spaces sealed against each other on both sides of the piston 14.

    Da diese Anordnung nur eine relativ geringe Kolbengeschwindigkeit erfordert, ist ein Trockenlauf möglich. Auch deshalb ist keine Kühlungseinrichtung notwendig und die Bauweise vereinfacht sich weiter.Because this arrangement only has a relatively low piston speed requires a dry run is possible. Also therefore no cooling device is necessary and Construction is further simplified.

    An der Antriebswelle des erfindungsgemäßen Verdichters kann problemlos mit wenigen weiteren Bauteilen ein zweiter Verdichter derselben Bauart angeschlossen und so z.B. eine 4-Zylinder-Sternanordnung gebildet werden. Aus zwei an der Antriebswelle verbundenen 4-Zylinder-Verdichtern kann ein 8-Zylinder-Verdichter ausgebildet werden und weitere Kombinationsmöglichkeiten stehen jederzeit offen. Eine individuelle Anpassung an die jeweiligen Leistungsanforderungen ist somit ohne großen Aufwand möglich.On the drive shaft of the compressor according to the invention can easily with a few other components a second Compressors of the same type connected, e.g. a 4-cylinder star arrangement are formed. From two to the Drive shaft connected 4-cylinder compressors can be used 8-cylinder compressors are trained and other possible combinations are always open. An individual Adaptation to the respective performance requirements thus possible without much effort.

    Die einfache Ausgestaltung des Verdichters ermöglicht zudem eine Anpassung an individuelle Gegebenheiten ohne große konstruktive Änderungen. Eine andere Anordnung z.B. der Einlaß- oder Auslaßeinrichtung kann ohne großen Aufwand durchgeführt werden.The simple design of the compressor enables also an adaptation to individual circumstances without big design changes. Another arrangement e.g. the inlet or outlet device can be easily be performed.

    Der Kurbelschleifenantrieb 3 weist ferner beschichtete Kulissen 11 auf, die einen Trockenlauf des Kulissensteins 12 ermöglichen.The crank loop drive 3 also has coated Backdrops 11, the dry running of the backdrop stone 12 enable.

    In Fig. 2 ist eine vereinfachte Ausführungsform eines Kurbelschleifenantriebs gezeigt; in dieser sind mit den gleichen Bezugszeichen jeweils die gleichen Teile bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform werden Kolben 30 unmittelbar durch einen außermittig auf einer Kurbelwelle, die nur angedeutet dargestellt ist, gelagerten Kurbelzapfen 33 angetrieben. In dieser Ausführungsform dient eine auf einem Kolbenschaft 31 ausgebildete Gleitfläche 32 als Gegenfläche für den Kurbelzapfen 33. Eine Kulisse und ein Kulissenstein sind hier nicht notwendig. Der Kolbenschaft 31 ist im Bereich der Gleitfläche 32 derart ausgebildet, daß eine Feder 34 den Kolben 30 gegen den Kurbelzapfen 33 spannen kann. Damit ist auch die Kolbenrückbewegung gewährleistet. Die übrigen Teile, insbesondere der Verdichtungsabschnitt und die Zylinder, entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels, so daß hierauf verwiesen wird.2 is a simplified embodiment of a Crank loop drive shown; are in this with the same reference numerals denote the same parts. In this embodiment, pistons 30 become immediate through an off-center on a crankshaft that only is indicated indicated, mounted crank pin 33 driven. In this embodiment, one on one serves Piston shaft 31 formed sliding surface 32 as a counter surface for the crank pin 33. A backdrop and a sliding block are not necessary here. The piston skirt 31 is in the area the sliding surface 32 formed such that a spring 34 can clamp the piston 30 against the crank pin 33. This also guarantees the piston return movement. The remaining parts, in particular the compression section and the cylinders correspond to those of the first embodiment, so that reference is made to this.

    In Fig. 3 ist die kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Verdichters im Bauraumvergleich mit einem herkömmlichen Verdichter derselben Leistung gezeigt. Aus diesem Vergleich wird deutlich, daß der erfindungsgemäße Verdichter wesentlich weniger Platz beansprucht.3 is the compact design of the invention Compressor in the installation space comparison with a conventional one Compressors of the same performance shown. From this comparison it is clear that the compressor according to the invention is essential takes up less space.

    Bezüglich weiterer, hier nicht näher beschriebener Merkmale, Vorteil und Wirkungen der Erfindung wird ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen.Regarding further, not described here in more detail Features, advantages and effects of the invention are made explicit referred to the drawing.

    Claims (11)

    1. Compressor (1) for compressing a working medium, in particular for producing compressed air, having at least one piston (14) which can be moved backwards and forwards in a working chamber (15) to compress the working medium, a drive device for moving the piston (14) backwards and forwards, and a supply device and a discharge device for the supply and discharge of the working medium, a crank guide drive (3) being provided as the drive device,
      characterised in that
      the piston (14) travels in a liner which is constructed as a deep-draw part integral with the valve plate (21).
    2. Compressor according to claim 1, characterised in that the working chamber (15) is divided into a pre-compression chamber and a main compression chamber by the piston (14) moving backwards and forwards.
    3. Compressor according to claim 2, characterised in that the pre-compression chamber and the main compression chamber each have only one valve device for the supply and discharge of the working medium.
    4. Compressor according to one of claims 1 to 3, characterised in that the supply and discharge device - seen in the direction of movement of the piston (14) - are arranged on opposite sides of the piston (14) of the crank guide drive (3).
    5. Compressor according to one of claims 1 to 4, characterised in that the supply device is constructed as an inlet line system (6) arranged in a compressor block (2), the inlet line system (6) being provided with an annular supply groove (6a) facing towards the working chamber.
    6. Compressor according to one of claims 1 to 5, characterised in that the piston (14) is constructed as a circular disc.
    7. Compressor according to one of claims 1 to 6, characterised in that a plurality of apertures (19) extending in the axial direction are formed in the piston (14).
    8. Compressor according to claim 7, characterised in that the centres of the apertures (19) are located on the same radius and are uniformly distributed on the piston (14) about the centre of the piston (14).
    9. Compressor according to claim 7 or 8, characterised in that the piston (14) is provided with a valve device (20) arranged at the apertures (19).
    10. Compressor according to one of claims 1 to 9, characterised in that the crank guide drive (3) drives a double compression cylinder with two oppositely acting pistons (4).
    11. Compressor according to one of claims 1 to 10, characterised in that the compressor is constructed in accordance with a modular assembly technique, for instance as a 2, 4 or 8 cylinder version.
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