EP2245306B1 - Kompressor mit einer energiesparvorrichtung und verfahren zum energiesparenden betreiben eines kompressors - Google Patents

Kompressor mit einer energiesparvorrichtung und verfahren zum energiesparenden betreiben eines kompressors Download PDF

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EP2245306B1
EP2245306B1 EP09703163.7A EP09703163A EP2245306B1 EP 2245306 B1 EP2245306 B1 EP 2245306B1 EP 09703163 A EP09703163 A EP 09703163A EP 2245306 B1 EP2245306 B1 EP 2245306B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
compressor
shut
space
dead space
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP09703163.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2245306A1 (de
Inventor
Frédéric AMIOT
Emmanuel Fraisse
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/08—Actuation of distribution members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control
    • F04B49/03—Stopping, starting, unloading or idling control by means of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/16—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by adjusting the capacity of dead spaces of working chambers

Definitions

  • the invention relates to a compressor for generating compressed air for a commercial vehicle, wherein the compressor comprises a housing having a piston chamber and a dead space and a valve device with a shut-off for separating the dead space of the piston chamber, wherein the shut-off for opening the valve means of a valve seat in Direction of the piston chamber can be lifted.
  • the invention further relates to a method for relieving a compressor for generating compressed air for a commercial vehicle, wherein the compressor comprises a housing with a piston chamber and a dead space and a valve device with a shut-off for separating the dead space of the piston chamber, wherein the shut-off to open the Valve device is lifted from a valve seat in the direction of the piston chamber.
  • Modern commercial vehicles which are used for example in rail or road, have many compressed air consumers whose air consumption is usually satisfied by a compressed air supply system comprising a compressor.
  • This compressor is usually driven directly by the existing in the commercial vehicle combustion engine, which is also used for the propulsion of the commercial vehicle. Because the drive of the compressor is coupled directly to the internal combustion engine, the compressor constantly rotates as long as the combustion engine of the commercial vehicle rotates. In particular, the compressor works even if no air demand of the compressed air consumer is present or existing in the commercial vehicle compressed air storage are completely filled. In this case, the compressor is usually relieved to reduce energy consumption.
  • An embodiment of such a relief device is for example the GB 2 323 639 A removable.
  • the power consumption of the unloaded compressor drops from about 3 KW to less than 1 KW at 2000 rpm.
  • the existing dead space is currently about 7 ccm.
  • a maximum of about 90 cc dead space is possible because the dead space valve acts as a throttle and a larger dead space no further energy savings.
  • a further disadvantage is the high energy consumption during a delivery phase of the compressor due to the existing paragraph.
  • the US 4, 498, 848 A describes a compressor having a dead space separable by a relief valve from a compression space of the compressor.
  • the movable in the compression chamber piston is smooth on its the relief valve facing and the compression chamber limiting end face.
  • a compressor in which a valve body of an inlet valve and a valve body of an outlet valve protrude in their disengaged states at least partially in recesses provided therefor of a piston.
  • the invention has for its object to reduce the throttle effect of Schadraumventils and simultaneously to keep energy losses by a permanently existing dead space low.
  • the invention is based on the generic compressor in that the shut-off is at least partially movable into the piston chamber, wherein the lifted off the valve seat shut-off protrudes at the upper reversal point of a piston movable in the piston chamber at least partially into a recess arranged on the piston, and wherein the shut-off body in the off-hook state is flush with a valve plate.
  • the shut-off body in the off-hook state is flush with a valve plate.
  • the dead space is coupled to the atmosphere.
  • a further valve means are provided with a further shut-off body and a further piston chamber and that the further shut-off body for opening the further valve means can be lifted from a further valve seat in the direction of the further piston chamber.
  • opening valve means may be provided to relieve the compressor.
  • the further shut-off body is at least partially movable into the further piston chamber, the further shut-off body lifted from the further valve seat at least partially into a further piston movable in the further piston chamber into a further piston arranged on the further piston Recess protrudes.
  • the piston chamber and the further piston chamber are connected to one another via the dead space when the valve device and the further valve device are open.
  • a further dead space is provided, which is connectable via the further valve means with the further piston chamber.
  • the provision of a further dead space allows the separate discharge of the piston chamber and the other piston chamber.
  • the further dead space is coupled to the atmosphere.
  • the invention further provides a utility vehicle having a compressor according to the invention.
  • the generic method is further developed in that the shut-off is at least partially moved into the piston chamber, while a movable piston in the space in the vicinity of the lower reversal point, wherein the lifted from the valve seat shut-off at the upper reversal point of the piston at least partially from one of the recess arranged in the piston is received, and wherein the shut-off body in the off-hook state is flush with a valve plate.
  • the movement of the shut-off body while the piston movable in the piston chamber is near the lower turning point is particularly easy because at this time the pressure in the piston chamber is low.
  • the dead space is coupled to the atmosphere.
  • a further valve means are provided with a further shut-off body and a further piston chamber, wherein the further shut-off body is lifted to open the further valve means from a further valve seat in the direction of the further piston chamber.
  • the further shut-off body is at least partially moved into the further piston chamber, while a movable in the other piston chamber further piston in the vicinity of the lower reversal point, wherein the lifted off from the other valve seat further shut-off at the upper reversal point of further piston is at least partially received by a arranged on the further piston further recess.
  • piston chamber and the further piston chamber are connected to one another via the dead space.
  • a further dead space is provided, which is connected via the further valve means with the further piston chamber.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an unclaimed embodiment of a compressor.
  • the illustrated compressor 10 comprises a housing 14 with a piston chamber 16 in which a piston 30 movable in the piston chamber 30 is arranged, which is driven by a connecting rod 34 by a crankshaft 36, and a cylinder head 28.
  • a dead space 18th In the cylinder head 28 are a dead space 18th and a valve device 20 with a shut-off body 22 and an associated valve seat 24 behind a recess 26.
  • By switching the valve device 20 is a connection between the dead space 18 and the piston chamber 16 can be released, which will be explained in more detail below.
  • FIG. 2 shows a detailed view of an unclaimed embodiment of a cylinder head.
  • a spring 46 a support plate 48, a sealing ring 50, a valve plate 52nd and a switch room 54.
  • the recess 26 is recessed with the valve seat 24, on which the shut-off body 22 is seated in the illustrated closed state of the valve device 20.
  • the shut-off body 22 is pressed against the valve seat 24 by the spring 46 supported on the support plate 48.
  • the sealing ring 50 seals the switching chamber 54, wherein a ventilation of the switching chamber 54 causes disengagement of the shut-off body 22 in the recess 26 against the spring force of the spring 46.
  • FIG. 3 the valve device 20 is shown in the closed state, while in FIG. 4 a similar valve device 20 is shown in an open state. In the open state, the control room 54 is vented and as a result, the shut-off 22 is disengaged into the recess 26, that is lifted from the valve seat 24.
  • FIG. 5 shows a section of a compressor according to the invention.
  • the in FIG. 5 shown section of the compressor 10 differs from those in the FIGS. 1 to 4 illustrated embodiments in that no recess 26 is provided in the valve plate 52.
  • the shut-off body 22 closes flush with the valve plate 52 in the engaged state.
  • the shut-off body 22 protrudes partially into the recess 32 at the upper reversal point of the piston 30.
  • Between the recess 32 and the dead space 18 is formed when disengaging the shut-off body 22 by ventilation of the control room 54 a connection through which air can flow.
  • FIG. 6 shows a section of a second compressor according to the invention.
  • the in FIG. 6 illustrated compressor 10 is a compressor with two cylinders.
  • a further piston chamber 16 ' In addition to the already designated parts includes the in FIG. 6 illustrated compressor 10 a further piston chamber 16 ', another dead space 18', another valve means 20 'with a further shut-off body 22', another valve seat 24 'and another spring 46' and another piston 30 'with a further recess 32' ,
  • the dead space 18 is not connected to the further dead space 18 'and both dead spaces 18, 18' can be switched separately from the two valve devices 20, 20 'to relieve the two cylinders.
  • FIGs 7a, 7b and 7c show the working phases of an unclaimed unloaded compressor 10.
  • a compressor 10 is shown, the valve device 20 has been opened during the last power stroke to relieve the compressor 10.
  • air is sucked through an air inlet valve 38 from an air inlet 42 into the piston chamber 16.
  • the air outlet valve 40 remains closed and no air is conveyed into an air outlet 44.
  • the piston 30 moves again in the direction of the valve device 20, whereby the air inlet valve 38 closes due to the lack of negative pressure and the air outlet valve 40 ideally does not open due to the low pressure in the piston chamber 16. Since the valve device 20 is open, that is, the dead space 18 is connected to the piston chamber 16, the compressor 10 during this phase breathes air into the dead space 18. The air is therefore compressed into the dead space 18, wherein the achievable pressure in the ideal case below the am Air outlet 44 remaining pressure remains.
  • FIG. 8 shows an unclaimed unloaded compressor.
  • the in FIG. 8 shown compressor 10 is a compressor with two cylinders, wherein the piston chamber 16 and the other piston chamber 16 'by opening a valve means 20 and a further valve means 20' via a dead space 18 are connectable.
  • the compressor 10 is relieved, wherein during the periodic up and down movement of the piston 30 and the other piston 30', the air over the dead space 18 between the two piston chambers 16, 16 'is pumped back and forth.
  • both the air inlet valves 38, 38 'and the air outlet valves 40, 40' remain closed, since neither a negative pressure nor an overpressure is built up in the interior.
  • the illustrated compressor thus sucks no air through the two air inlets 42, 42 'in its unloaded state.
  • FIGS. 9a and 9b Two diagrams show the energy saving through compressor discharge illustrative. On the X-axis of both diagrams the compressor speed is plotted in revolutions per minute, while on the Y-axis the respective energy consumption in kilowatt hours is plotted.
  • the FIG. 9a shows four curves for a compressor with 250 cm 3 , wherein the curves 104 and 106 denote the energy consumption at a delivery pressure of 8.5 bar and 12 bar.
  • the curves 100 and 102 denote two different energy saving modes of the compressor, which can be realized by discharge. In the FIG.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug, wobei der Kompressor ein Gehäuse mit einem Kolbenraum und einem Schadraum und eine Ventileinrichtung mit einem Absperrkörper zum Trennen des Schadraums von dem Kolbenraum umfasst, wobei der Absperrkörper zum Öffnen der Ventileinrichtung von einem Ventilsitz in Richtung des Kolbenraums abhebbar ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Entlastung eines Kompressors zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug, wobei der Kompressor ein Gehäuse mit einem Kolbenraum und einem Schadraum und eine Ventileinrichtung mit einem Absperrkörper zum Trennen des Schadraums von dem Kolbenraum umfasst, wobei der Absperrkörper zum Öffnen der Ventileinrichtung von einem Ventilsitz in Richtung des Kolbenraums abgehoben wird.
  • Moderne Nutzfahrzeuge, die zum Beispiel im Schienen- oder Straßenverkehr eingesetzt werden, weisen viele Druckluftverbraucher auf, deren Luftverbrauch üblicherweise von einer Druckluftversorgungsanlage, die einen Kompressor umfasst, befriedigt wird. Dieser Kompressor wird üblicherweise direkt von der in dem Nutzfahrzeug vorhandenen Verbrennungsmaschine angetrieben, die auch für den Vortrieb des Nutzfahrzeugs eingesetzt wird. Da der Antrieb des Kompressors direkt mit der Verbrennungsmaschine gekoppelt ist, dreht der Kompressor ständig mit, solange die Verbrennungsmaschine des Nutzfahrzeugs dreht. Insbesondere arbeitet der Kompressor auch wenn kein Luftbedarf der Druckluftverbraucher vorliegt beziehungsweise die in dem Nutzfahrzeug vorhandenen Druckluftspeicher vollständig gefüllt sind. In diesem Fall wird üblicherweise der Kompressor entlastet, um den Energieverbrauch zu senken.
  • Eine Ausführungsform einer solchen Entlastungsvorrichtung ist beispielsweise der GB 2 323 639 A entnehmbar. Die Leistungsaufnahme des entlasteten Kompressors sinkt von ungefähr 3 KW auf unter 1 KW bei 2000 U/min. Der vorhandene Schadraum beträgt derzeit etwa 7 ccm. Maximal sind etwa 90 ccm Schadraum möglich, da das Schadraumventil auch als Drossel wirkt und ein größerer Schadraum keine weitere Energieeinsparung ermöglicht. Nachteilig ist weiterhin die hohe Energieaufnahme während einer Förderphase des Kompressors aufgrund des vorhandenen Absatzes.
  • Die US 4, 498, 848 A beschreibt einen Kompressor mit einem Schadraum, der durch ein Entlastungsventil von einem Verdichtungsraum des Kompressors trennbar ist. Der in dem Verdichtungsraum bewegbare Kolben ist an seiner dem Entlastungsventil zugewandten und den Verdichtungsraum begrenzenden Stirnseite glatt ausgeführt.
  • Weiterhin sind auch aus der US 3,744,934 A , der EP 0 254 524 A2 , der EP 0 119 509 A und der GB 1 270 019 A in einem Verdichtungsraum bewegbare Kolben bekannt, deren den Verdichtungsraum begrenzende Stirnwand glatt ausgeführt sind.
  • Aus der BE 540 219 A ist weiterhin ein Kompressor bekannt, bei dem ein Ventilkörper eines Einlassventils und ein Ventilkörper eines Auslassventils in ihren ausgerückten Zuständen zumindest teilweise in hierfür vorgesehene Aussparungen eines Kolbens hineinragen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drosselwirkung des Schadraumventils zu reduzieren und gleichzeitig Energieverluste durch einen permanent vorhandenen Schadraum gering zu halten.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Kompressor dadurch auf, dass der Absperrkörper zumindest teilweise in den Kolbenraum bewegbar ist, wobei der von dem Ventilsitz abgehobene Absperrkörper am oberen Umkehrpunkt eines in dem Kolbenraum bewegbaren Kolbens zumindest teilweise in eine an dem Kolben angeordnete Aussparung hineinragt, und wobei der Absperrkörper im nicht abgehobenen Zustand bündig mit einer Ventilplatte abschließt. Auf diese Weise wird der permanent vorhandene Schadraum während einer Förderphase verringert und so die Effizienz des Kompressors insgesamt gesteigert, da weniger Energie nutzlos bei der Komprimierung verloren geht. Die notwendige minimale Grundfläche der Aussparung ist zumindest gleich der Grundfläche des Absperrkörpers, während die Höhe der Aussparung zumindest gleich der Strecke ist, um die der Absperrkörper von seinem Ventilsitz abgehoben wird. Durch das Abheben des Absperrkörpers in Richtung des Kolbenraums ist die Drosselwirkung der Ventileinrichtung reduzierbar, während der permanent vorhandene Schadraum konstant bleibt. Weiterhin sind bei einer derartigen Ventileinrichtung nur noch eine Dichtung und eine Feder notwendig.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Schadraum mit der Atmosphäre gekoppelt ist. Durch die Kopplung des Schadraums mit der Atmosphäre ist eine gegenüber einem geschlossenen Schadraum weitere Absenkung der während einer Entlastungsphase auftretenden Spitzendrücke möglich, wodurch der Energieverbrauch des Kompressors weiter gesenkt werden kann.
  • Es ist auch denkbar, dass eine weitere Ventileinrichtung mit einem weiteren Absperrkörper und ein weiterer Kolbenraum vorgesehen sind und dass der weitere Absperrkörper zum Öffnen der weiteren Ventileinrichtung von einem weiteren Ventilsitz in Richtung des weiteren Kolbenraums abhebbar ist. Neben einzylindrigen Kompressoren werden auch Kompressoren mit zwei oder mehr Zylindern verwendet, wobei jeweils eine in Richtung der weiteren Kolbenräume öffnende Ventileinrichtung zur Entlastung des Kompressors vorgesehen sein kann.
  • Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass der weitere Absperrkörper zumindest teilweise in den weiteren Kolben-raum bewegbar ist, wobei der von dem weiteren Ventilsitz abgehobene weitere Absperrkörper am oberen Umkehrpunkt eines in dem weiteren Kolbenraum bewegbaren weiteren Kolbens zumindest teilweise in eine an dem weiteren Kolben angeordnete weitere Aussparung hineinragt.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Kolbenraum und der weitere Kolbenraum über den Schadraum miteinander verbunden sind, wenn die Ventileinrichtung und die weitere Ventileinrichtung geöffnet sind. Durch die Verbindung des Kolbenraums und des weiteren Kolbenraums über den Schadraum wird ein Druckaufbau während einer Entlastungsphase des Kompressors weitgehend verhindert, da die Luft zwischen dem Kolbenraum und dem weiteren Kolbenraum hin und her gepumpt werden kann.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein weiterer Schadraum vorgesehen ist, der über die weitere Ventileinrichtung mit dem weiteren Kolbenraum verbindbar ist. Das Vorsehen eines weiteren Schadraumes ermöglicht die separate Entlastung des Kolbenraums und des weiteren Kolbenraums.
  • Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der weitere Schadraum mit der Atmosphäre gekoppelt ist.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Nutzfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kompressor bereit.
  • Das gattungsgemäße Verfahren wird dadurch weiterentwickelt, dass der Absperrkörper zumindest teilweise in den Kolbenraum bewegt wird, während ein in dem Kolbenraum bewegbarer Kolben in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist, wobei der von dem Ventilsitz abgehobene Absperrkörper am oberen Umkehrpunkt des Kolbens zumindest teilweise von einer an dem Kolben angeordneten Aussparung aufgenommen wird, und wobei der Absperrkörper im nicht abgehobenen Zustand bündig mit einer Ventilplatte abschließt. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Kompressors auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt.
  • Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Das Bewegen des Absperrkörpers während der in dem Kolbenraum bewegbare Kolben in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist, ist besonders einfach, da zu diesem Zeitpunkt der Druck in dem Kolbenraum niedrig ist.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Schadraum mit der Atmosphäre gekoppelt wird.
  • Es ist auch denkbar, dass eine weitere Ventileinrichtung mit einem weiteren Absperrkörper und ein weiterer Kolbenraum vorgesehen sind, wobei der weitere Absperrkörper zum Öffnen der weiteren Ventileinrichtung von einem weiteren Ventilsitz in Richtung des weiteren Kolbenraums abgehoben wird.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der weitere Absperrkörper zumindest teilweise in den weiteren Kolben-raum bewegt wird, während ein in dem weiteren Kolbenraum bewegbarer weiterer Kolben in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist, wobei der von dem weiteren Ventilsitz abgehobene weitere Absperrkörper am oberen Umkehrpunkt des weiteren Kolbens zumindest teilweise von einer an dem weiteren Kolben angeordneten weiteren Aussparung aufgenommen wird.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kolbenraum und der weitere Kolbenraum über den Schadraum miteinander verbunden werden.
  • Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass ein weiterer Schadraum vorgesehen ist, der über die weitere Ventileinrichtung mit dem weiteren Kolbenraum verbunden wird.
  • Insbesondere kann dann vorgesehen sein, dass der weitere Schadraum mit der Atmosphäre gekoppelt wird.
  • Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Schnittansicht einer nicht beanspruchten Ausführungsform eines Kompressors;
    Figur 2
    eine Detailansicht einer nicht beanspruchten Ausführungsform eines Zylinderkopfs;
    Figur 3
    eine Detailansicht einer nicht beanspruchten Ausführungsform eines Zylinderkopfs in einer Förderphase;
    Figur 4
    eine Detailansicht einer nicht beanspruchten Ausführungsform eines Zylinderkopfs in einer Entlastungsphase;
    Figur 5
    einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Kom-pressors;
    Figur 6
    einen Ausschnitt eines zweiten erfindungsgemä-ßen Kompressors;
    Figur 7a
    eine Ansaugphase eines nicht beanspruchten entlasteten Kompressors;
    Figur 7b
    eine Komprimierungsphase eines nicht bean-spruchten entlasteten Kompressors;
    Figur 7c
    eine weitere Ansaugphase eines nicht beanspruchten entlasteten Kompressors;
    Figur 8
    einen nicht beanspruchten entlasteten Kompressor;
    Figur 9a
    ein erstes die Energieeinsparung durch Entlastung veranschaulichendes Diagramm; und
    Figur 9b
    ein zweites die Energieeinsparung durch Entlastung veranschaulichendes Diagramm. In den Zeichnungen verwendete gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichartige Teile.
  • Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer nicht beanspruchten Ausführungsform eines Kompressors. Der dargestellte Kompressor 10 umfasst ein Gehäuse 14 mit einem Kolbenraum 16 in dem ein in dem Kolbenraum 16 bewegbarer Kolben 30 angeordnet ist, der über ein Pleuel 34 von einer Kurbelwelle 36 angetrieben wird, und einen Zylinderkopf 28. In dem Zylinderkopf 28 sind ein Schadraum 18 und eine Ventileinrichtung 20 mit einem Absperrkörper 22 und einem zugehörigen Ventilsitz 24 hinter einer Ausnehmung 26 angeordnet. Durch das Schalten der Ventileinrichtung 20 ist eine Verbindung zwischen dem Schadraum 18 und dem Kolbenraum 16 freigebbar, was im Folgenden näher erläutert wird.
  • Figur 2 zeigt eine Detailansicht einer nicht beanspruchten Ausführungsform eines Zylinderkopfs. Neben den in Figur 1 bezeichneten Teilen sind eine Feder 46, eine Stützplatte 48, ein Dichtring 50, eine Ventilplatte 52 und ein Schaltraum 54 bezeichnet. In die Ventilplatte 52 ist die Ausnehmung 26 mit dem Ventilsitz 24 eingelassen, auf den der Absperrkörper 22 in dem dargestellten geschlossenen Zustand der Ventileinrichtung 20 aufsitzt. Dabei wird der Absperrkörper 22 von der sich an der Stützplatte 48 abstützen Feder 46 gegen den Ventilsitz 24 gepresst. Der Dichtring 50 dichtet den Schaltraum 54 ab, wobei eine Belüftung des Schaltraumes 54 ein Ausrücken des Absperrkörpers 22 in die Ausnehmung 26 entgegen der Federkraft der Feder 46 bewirkt.
  • Die Figuren 3 und 4 zeigen weitere Detailansichten einer nicht beanspruchten Ausführungsform eines Zylinderkopfs in einer Förder- beziehungsweise Entlastungsphase. Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Bestandteile des Zylinderkopfs 28 sind im Wesentlichen mit den in Figur 2 bereits bezeichneten Teilen identisch. In Figur 3 ist die Ventileinrichtung 20 im geschlossenen Zustand dargestellt, während in Figur 4 eine gleichartige Ventileinrichtung 20 in einem geöffneten Zustand dargestellt ist. In dem geöffneten Zustand ist der Schaltraum 54 belüftet und in Folge dessen der Absperrkörper 22 in die Ausnehmung 26 ausgerückt, das heißt von dem Ventilsitz 24 abgehoben.
  • Figur 5 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Kompressors. Der in Figur 5 dargestellte Ausschnitt des Kompressors 10 unterscheidet sich von den in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen dadurch, dass in der Ventilplatte 52 keine Ausnehmung 26 vorgesehen ist. Der Absperrkörper 22 schließt im eingerückten Zustand bündig mit der Ventilplatte 52 ab. Um dennoch ein Ausrücken des Absperrkörpers 22 zu ermöglichen, ist eine Aussparung 32 in dem Kolben 30 vorgesehen, in die der Absperrkörper 22 ausrückbar ist. In seinem ausgerückten Zustand ragt der Absperrkörper 22 am oberen Umkehrpunkt des Kolbens 30 teilweise in die Aussparung 32 hinein. Zwischen der Aussparung 32 und dem Schadraum 18 entsteht beim Ausrücken des Absperrkörpers 22 durch Belüftung des Schaltraumes 54 eine Verbindung, durch die Luft strömen kann.
  • Figur 6 zeigt einen Ausschnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Kompressors. Der in Figur 6 dargestellte Kompressor 10 ist ein Kompressor mit zwei Zylindern. Neben den bereits bezeichneten Teilen umfasst der in Figur 6 dargestellte Kompressor 10 einen weitern Kolbenraum 16', einen weiteren Schadraum 18', eine weitere Ventileinrichtung 20' mit einem weiteren Absperrkörper 22', einem weiteren Ventilsitz 24' und einer weiteren Feder 46' und einen weiteren Kolben 30' mit einer weiteren Aussparung 32'. In der dargestellten Ausführungsform des Kompressors 10 ist der Schadraum 18 nicht mit dem weiteren Schadraum 18' verbunden und beide Schadräume 18, 18' können separat von den beiden Ventileinrichtungen 20, 20' zur Entlastung der beiden Zylinder geschaltet werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die beiden Schadräume 18, 18' miteinander verbunden sind, wodurch bei gleichzeitiger Öffnung der Ventileinrichtung 20 und der weiteren Ventileinrichtung 20' eine Verbindung zwischen dem Kolbenraum 16 und dem weiteren Kolbenraum 16' entsteht, über die Luft strömen kann. Diese Möglichkeit wird im Zusammenhang mit Figur 8 näher beschrieben.
  • Die Figuren 7a, 7b und 7c zeigen die Arbeitsphasen eines nicht beanspruchten entlasteten Kompressors 10. In Figur 7a ist ein Kompressor 10 dargestellt, dessen Ventileinrichtung 20 während des letzten Arbeitstaktes zur Entlastung des Kompressors 10 geöffnet wurde. Während einer ersten Ansaugphase, bei der sich der Kolben 30 von der Ventileinrichtung 20 wegbewegt, wird Luft durch ein Lufteinlassventil 38 von einem Lufteinlass 42 in den Kolbenraum 16 gesaugt. Während dieser Phase bleibt das Luftauslaufventil 40 geschlossen und es wird keine Luft in einen Luftauslass 44 gefördert.
  • Im Anschluss an diese erste Ansaugphase bewegt sich der Kolben 30 wieder in Richtung der Ventileinrichtung 20, wobei sich das Lufteinlassventil 38 aufgrund des fehlenden Unterdrucks schließt und das Luftauslassventil 40 sich aufgrund des niedrigen Druckes in dem Kolbenraum 16 idealerweise nicht öffnet. Da die Ventileinrichtung 20 geöffnet, das heißt der Schadraum 18 mit dem Kolbenraum 16 verbunden ist, atmet der Kompressor 10 während dieser Phase Luft in den Schadraum 18. Die Luft wird daher in den Schadraum 18 hineinkomprimiert, wobei der erreichbare Druck im Idealfall unterhalb des am Luftauslass 44 anstehenden Drucks verbleibt.
  • Bei der in Figur 7c gezeigten weiteren Ansaugphase bewegt sich der Kolben wieder, wie in Figur 7a, von der Ventileinrichtung 20 weg, jedoch bleibt nun sowohl das Lufteinlassventil 38 als auch das Luftauslassventil 40 geschlossen. Während der weiteren Ansaugphase wird die in den Schadraum hineinkomprimierte Luft wieder zurück in den Kolbenraum 16 expandiert.
  • Figur 8 zeigt einen nicht beanspruchten entlasteten Kompressor. Der in Figur 8 dargestellte Kompressor 10 ist ein Kompressor mit zwei Zylindern, wobei der Kolbenraum 16 und der weitere Kolbenraum 16' durch das Öffnen einer Ventileinrichtung 20 und einer weiteren Ventileinrichtung 20' über einen Schadraum 18 verbindbar sind. Im Inneren des Kolbenraums 16 und des weiteren Kolbenraums 16' sind über Pleuel 34 bzw. 34' mit einer Kurbelwelle 36 gekoppelte Kolben 30 bzw. 30' angeordnet. Wenn sowohl die Ventileinrichtung 20 als auch die weitere Ventileinrichtung 20' geöffnet sind, ist der Kompressor 10 entlastet, wobei während der periodischen Auf- und Abbewegung des Kolbens 30 und des weiteren Kolbens 30' die Luft über den Schadraum 18 zwischen den beiden Kolbenräumen 16, 16' hin und her gepumpt wird. Im Idealfall bleiben dabei sowohl die Lufteinlassventile 38, 38' als auch die Luftauslassventile 40, 40' geschlossen, da weder ein Unterdruck noch ein Überdruck im Inneren aufgebaut wird. Der dargestellte Kompressor saugt also keine Luft durch die beiden Lufteinlässe 42, 42' in seinem entlasteten Zustand.
  • Die Figuren 9a und 9b zeigen zwei die Energieeinsparung durch Kompressorentlastung veranschaulichende Diagramme. Auf der X-Achse beider Diagramme ist die Kompressordrehzahl in Umdrehungen pro Minute aufgetragen, während auf der Y-Achse der jeweilige Energieverbrauch in Kilowattstunden aufgetragen ist. Die Figur 9a zeigt vier Kurven für einen Kompressor mit 250 cm3, wobei die Kurven 104 und 106 den Energieverbrauch bei einem Förderdruck von 8,5 bar beziehungsweise 12 bar bezeichnen. Die Kurven 100 und 102 bezeichnen zwei unterschiedliche Energiesparmodi des Kompressors, die durch Entlastung realisierbar sind. Die in Figur 9b aufgetragenen vier Kurven gehören zu einem Kompressor mit 360 cm3, wobei die oberen beiden Kurven 112, 114 wieder einem Förderdruck von 8,5 bar beziehungsweise 12 bar entsprechen und die unteren beiden Kurven 108, 110 wieder zwei unterschiedliche durch Entlastung realisierbare Energiesparmodi des Kompressors bezeichnen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kompressor
    12
    Nutzfahrzeug
    14
    Gehäuse
    16
    Kolbenraum
    16'
    weiterer Kolbenraum
    18
    Schadraum
    18'
    weiterer Schadraum
    20
    Ventileinrichtung
    20'
    weitere Ventileinrichtung
    22
    Absperrkörper
    22'
    weiterer Absperrkörper
    24
    Ventilsitz
    24'
    weiterer Ventilsitz
    26
    Ausnehmung
    28
    Zylinderkopf
    30
    Kolben
    30'
    weiterer Kolben
    32
    Aussparung
    32'
    weitere Aussparung
    34
    Pleuel
    34'
    Pleuel
    36
    Kurbelwelle
    38
    Lufteinlassventil
    38'
    Lufteinlassventil
    40
    Luftauslassventil
    40'
    Luftauslassventil
    42
    Lufteinlass
    42'
    Lufteinlass
    44
    Luftauslass
    46
    Feder
    46'
    weitere Feder
    48
    Stützplatte
    50
    Dichtring
    52
    Ventilplatte
    54
    Schaltraum
    100
    225 ccm Kompressor in einem Energiesparmodus
    102
    225 ccm Kompressor in einem Energiesparmodus
    104
    225 ccm Kompressor bei 8,5 bar Druck
    106
    225 ccm Kompressor bei 12 bar Druck
    108
    360 ccm Kompressor in einem Energiesparmodus
    110
    360 ccm Kompressor in einem Energiesparmodus
    112
    360 ccm Kompressor bei 8,5 bar Druck
    114
    360 ccm Kompressor bei 12 bar Druck

Claims (15)

  1. Kompressor (10) zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug (12), wobei der Kompressor (10)
    - ein Gehäuse (14) mit einem Kolbenraum (16) und einem Schadraum (18) und
    - eine Ventileinrichtung (20) mit einem Absperrkörper (22) zum Trennen des Schadraums (18) von dem Kolbenraum (16) umfasst, wobei
    - der Absperrkörper (22) zum Öffnen der Ventileinrichtung (20) von einem Ventilsitz (24) in Richtung des Kolbenraums (16) abhebbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper (22) zumindest teilweise in den Kolbenraum (16) bewegbar ist, wobei der von dem Ventilsitz (24) abgehobene Absperrkörper (22) am oberen Umkehrpunkt eines in dem Kolbenraum (16) bewegbaren Kolbens (30) zumindest teilweise in eine an dem Kolben (30) angeordnete Aussparung (32) hineinragt, und wobei der Absperrkörper (22) im nicht abgehobenen Zustand bündig mit der Ventilplatte (52) abschließt.
  2. Kompressor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadraum (18) mit der Atmosphäre gekoppelt ist.
  3. Kompressor (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    - dass eine weitere Ventileinrichtung (20') mit einem weiteren Absperrkörper (22') und ein weiterer Kolbenraum (16') vorgesehen sind und
    - dass der weitere Absperrkörper (22') zum Öffnen der weiteren Ventileinrichtung (20') von einem weiteren Ventilsitz (24') in Richtung des weiteren Kolbenraums (16') abhebbar ist.
  4. Kompressor (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Absperrkörper (22') zumindest teilweise in den weiteren Kolbenraum (16') bewegbar ist, wobei der von dem weiteren Ventilsitz (24') abgehobene weitere Absperrkörper (22') am oberen Umkehrpunkt eines in dem weiteren Kolbenraum (16') bewegbaren weiteren Kolbens (30') zumindest teilsweise in eine an dem weiteren Kolben (30') an-geordnete weitere Aussparung (32') hineinragt.
  5. Kompressor (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (16) und der weitere Kolbenraum (16') über den Schadraum (18) miteinander verbunden sind, wenn die Ventileinrichtung (20) und die weitere Ventileinrichtung (20') geöffnet sind.
  6. Kompressor (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Schadraum (18') vorgesehen ist, der über die weitere Ventileinrichtung (20') mit dem weiteren Kolbenraum (16') verbindbar ist.
  7. Kompressor (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schadraum (18') mit der Atmosphäre gekoppelt ist.
  8. Nutzfahrzeug (12) mit einem Kompressor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Verfahren zur Entlastung eines Kompressors (10) zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug (12), wobei der Kompressor (10)
    - ein Gehäuse (14) mit einem Kolbenraum (16) und einem Schadraum (18) und
    - eine Ventileinrichtung (20) mit einem Absperrkörper (22) zum Trennen des Schadraums (18) von dem Kolbenraum (16) umfasst, wobei
    - der Absperrkörper (22) zum Öffnen der Ventileinrichtung (20) von einem Ventilsitz (24) in Richtung des Kolbenraums (16) abgehoben wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper (22) zumindest teilweise in den Kolbenraum (16) bewegt wird, während ein in dem Kolbenraum (16) bewegbarer Kol-ben (30) in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist, wobei der von dem Ventilsitz (24) abgehobene Absperrkörper (22) am oberen Umkehrpunkt des Kolbens (30) zumindest teilweise von einer an dem Kolben (30) angeordneten Aussparung (32) aufgenommen wird, und wobei der Absperrkörper (22) im nicht abgehobenen Zustand bündig mit einer Ventilplatte (52) abschließt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadraum (18) mit der Atmosphäre gekoppelt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Ventileinrichtung (20') mit einem weiteren Absperrkörper (22') und ein weiterer Kolbenraum (16') vorgesehen sind, wobei der weitere Absperrkörper (22') zum Öffnen der weiteren Ventileinrichtung (20') von einem weiteren Ventilsitz (24') in Richtung des weiteren Kolbenraums (16') abgehoben wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Absperrkörper (22') zumindest teilweise in den weiteren Kolbenraum (16') bewegt wird, während ein in dem weiteren Kolbenraum (16') bewegbarer weiterer Kolben (30') in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist, wobei der von dem weiteren Ventilsitz (24') abge-hobene weitere Absperrkörper (22') am oberen Umkehrpunkt des weiteren Kolbens (30') zumindest teilweise von einer an dem weiteren Kolben (30') angeordneten weite-ren Aussparung (32') aufgenommen wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (16) und der weitere Kolbenraum (16') über den Schadraum (18) miteinander verbunden werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Schadraum (18') vorgesehen ist, der über die weitere Ventileinrich-tung (20') mit dem weiteren Kolbenraum (16') verbunden wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schadraum (18') mit der Atmosphäre gekoppelt wird.
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