EP2757264A2 - Verdichtereinheit und Kompressorsystem mit einer solchen - Google Patents

Verdichtereinheit und Kompressorsystem mit einer solchen Download PDF

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EP2757264A2
EP2757264A2 EP14000124.9A EP14000124A EP2757264A2 EP 2757264 A2 EP2757264 A2 EP 2757264A2 EP 14000124 A EP14000124 A EP 14000124A EP 2757264 A2 EP2757264 A2 EP 2757264A2
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EP
European Patent Office
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pressure
compressor unit
compressor
relief
piston
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14000124.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2757264A3 (de
Inventor
Alfred Deubler
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Duerr Dental SE
Original Assignee
Duerr Dental SE
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Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Dental SE filed Critical Duerr Dental SE
Publication of EP2757264A2 publication Critical patent/EP2757264A2/de
Publication of EP2757264A3 publication Critical patent/EP2757264A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F04B39/0027—Pulsation and noise damping means
    • 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
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/02—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids having reservoirs
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    • 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
    • F04B49/035—Bypassing
    • 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
    • F04B49/22—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 means of valves
    • F04B49/24—Bypassing
    • F04B49/243—Bypassing by keeping open the inlet valve

Definitions

  • Such compressor units are known as piston compressors.
  • piston compressors In known from the market compressor units and Compressor systems has the difficulty that the piston actuators used, for example, single-phase AC capacitor motors, only produce a limited starting torque and therefore can not start well against pressure.
  • the piston drive is cyclically activated and deactivated in a known manner as a function of the pressure prevailing in the pressure accumulator and the start-up procedure proceeds correspondingly frequently, a load-free starting is desirable.
  • this type of pressure relief is not abrupt, so that at the outlet of the compressor unit and thus at the working space still largely the operating pressure of the compressor system is applied when the piston expires without drive. This means that the piston is decelerated very quickly by the applied pressure. Depending on the applied pressure and the mass ratios of the installed components, it may happen, for example, that a motor shaft of the piston drive from an operating speed between 1400 and 2800 min -1 in less than half a revolution is slowed down to a standstill.
  • the invention is based on the recognition that a pressure relief can also take place from the working space at the outlet valve assembly, so that the piston expire without load can. In particular, it does not cause a noise, since no pressure must be drained. In this case, the pressure relief in contrast to known systems, in particular on the suction side of the compressor unit.
  • the pressure in the pressurized lines between the outlet of the compressor unit and the accumulator can be maintained, so that the compressor system is also quickly back to operating pressure.
  • the discharge flow path can also be kept open at the start of the piston and only be locked when the piston drive has reached its operating speed. Thus, the piston does not have to work against the pressure applied to the outlet when starting up.
  • the relief device comprises a relief valve arrangement in the relief flow path which assumes an open configuration during a compression stroke of the piston.
  • the discharge flow path can be selectively enabled or disabled by a corresponding control of the relief valve assembly.
  • the relief valve assembly When the relief valve assembly is formed by the inlet valve assembly, advantageously no additional components need to be installed.
  • the relief valve assembly may be a separate relief valve assembly that operates independently of the inlet valve assembly.
  • the compressor unit comprises an adjusting device, by means of which the relief valve arrangement can be brought into an open configuration such that the open configuration is maintained during a compression stroke of the piston.
  • the adjusting device operates pneumatically and has a pressure medium input.
  • the adjusting device can also be operated magnetically or mechanically.
  • the adjusting device comprises a movable actuator, by which a valve body of the relief valve assembly can be brought into an open position.
  • the actuator can be moved for example by a Bowden cable or the like.
  • a technically advantageous solution is when the relief valve assembly is designed as a leaf spring valve and the valve body as a leaf spring.
  • a leaf spring can be pushed away from an otherwise closed opening in a relatively simple manner and optionally held in this open position.
  • the compressor unit is a compressor unit according to one of claims 5 to 9, i. in particular, that it operates pneumatically, and a flow path from the pressure line or from the pressure accumulator to the pressure medium input of the adjusting device can be produced or blocked.
  • a control valve is provided, through which the flow path from the pressure line or from the pressure accumulator to the pressure medium input of the actuating device can be produced or blocked and which can assume a control position or a blocking position for this purpose.
  • the applied pressure in the pressurized lines pressure can be used to operate the actuator. There is no separate supply to operate the actuator required.
  • control valve is a 2/2-way valve and the adjusting device comprises a pressure release opening through which pressure medium can flow out of the adjusting device. This will be discussed in more detail below.
  • control valve is a 3/2-way valve and locks in its blocking position the flow path from the pressure line to the pressure medium input of the actuator and also connects the pressure medium input of the actuator with a largely pressure-free pressure relief output. This will also be explained in more detail below.
  • the compressor unit comprises the separate relief valve arrangement and a pressure control is provided by which the pressure in the pressure accumulator can be detected and which controls the separate relief valve arrangement such that it assumes its discharge position when the pressure in the accumulator exceeds a predetermined threshold , In this case, can be dispensed with an additional control valve on the accumulator.
  • the separate relief valve assembly is formed as a responsive 2/2-way valve.
  • FIG. 1 Reference is made showing a section of a gaseous working fluid compressor unit 10 used in compressor systems 12, 14, or also 128, 134 and 136, which in turn are incorporated in the FIGS. 4 and 5 and Figures 6 and 7 and 8, respectively, are discussed in more detail below.
  • the compressor unit 10 are shown schematically and only the essential components here.
  • the compressor unit 10 is designed as a compressed air compressor 16 and serves to provide compressed air as a working fluid for dental, medical or technical applications.
  • the pneumatic compressor 16 comprises a cylinder arrangement with a cylinder housing 18, in which a cylinder 20 is housed, which on an end face 22 to a crankcase 24 is open, which is connected to the cylinder housing 18.
  • a piston 26 is movable by means of a piston drive 28.
  • the piston drive 28 comprises in a manner known per se a connecting rod 30, which is coupled at one end to the piston 26 and at the opposite end with an eccentric 32.
  • the eccentric 32 is arranged in the crankcase 24 and in turn sits non-rotatably on a motor shaft 34 of an electric motor 36, which need not be further explained otherwise.
  • a cylinder inlet port 40 and a cylinder outlet port 42 are present, wherein the cylinder outlet port 42 due to the cut is not in the FIGS. 1 to 3 , but in the FIGS. 4 and 5 can be seen.
  • the end wall 38 of the cylinder 20 is formed in the present embodiment by a portion of the cylinder housing 18, that is, the cylinder 20 is hereby made as a cylinder sleeve.
  • the end wall 38 may also belong to the cylinder 20 itself, as it is a modification in the FIGS. 4 and 5 is illustrated. In this case, the cylinder 20 is cup-shaped.
  • a working chamber 44 of the cylinder 20 is now formed, the volume of which depends on the position of the piston 26 in the cylinder 20 and which is limited radially by the inner circumferential surface of the cylinder 20.
  • the cylinder inlet port 40 is connected via an intake passage 46 with the interior of the crankcase 24 of the pneumatic compressor 16.
  • a cylinder inlet port 48 is in the present embodiment by a in the crankcase 24 built-filter housing formed in which a particulate filter is installed. The suction takes place through this filter and the interior of the crankcase 24 to the intake passage 46.
  • the cylinder outlet port 42 leads via a discharge channel 50 to an outlet formed as outlet 52, the former only in the FIGS. 4 and 5 can be seen.
  • the cylinder inlet port 40 and the intake port 46 are thus portions of a flow path 54 between the inlet port 48 and the working space 44 of the cylinder 20, while the cylinder outlet port 42 and the discharge channel 50 are portions of a flow path 56 between the working space 44 and the outlet port 52 ,
  • an inlet valve assembly 58 is arranged in the flow path 54. This forms a check valve 60, which opens in the flow direction to the working space 44 and closes in the direction of the inlet port 48 through.
  • the check valve 60 is formed as a leaf spring valve 62 with a leaf spring 64 which abuts from the inside to the cylinder inlet port 40, as it is known per se.
  • an outlet valve arrangement 66 is arranged in the flow path 56 between the working space 44 and the outlet connection 52.
  • the check valve 68 is formed as a leaf spring valve 70 with a leaf spring 72 as a valve body, which rests in a manner known per se from the outside to the cylinder outlet opening 42.
  • Air is thus in a manner known per se during an intake stroke of the piston 26 on a path via the inlet valve assembly 58 is sucked into the working space 44 and pressed on a compression stroke of the piston 26 via the outlet valve assembly 66 out of the working space 44, wherein the inlet valve assembly 58 and the outlet valve assembly 66 are in opposite directions in an open and a closed configuration.
  • the compressor unit 10 further comprises a relief device 74, by means of which a discharge flow path 76 can be produced, can flow through the working fluid during a compression stroke of the piston at the outlet valve assembly 66 over from the working space 44.
  • the relief device 74 By the relief device 74, the relief flow path 76 between the working chamber 44 of the cylinder 20 and a discharge outlet 78 can be made and kept open for a predetermined period.
  • the relief device 74 is in the Figures 2 and 3 to recognize on a larger scale; For the sake of clarity, the associated components are also provided there only with reference numerals.
  • the relief port 78 is formed through the inlet port 48 and the relief flow path 76 through the flow path 54 between the cylinder inlet port 40 and the inlet port 48.
  • the relief device 74 comprises an adjusting device 80, through which the flow path between the cylinder inlet port 40 and the crankcase 24 can be opened and kept open for a predeterminable period.
  • an actuator 82 which is adjustable between a neutral position and a relief position.
  • the actuator 82 does not act on the leaf spring 64 and releases it so that it can open the cylinder inlet port 40 during a suction stroke of the piston 26 and close at a compression stroke of the piston 26.
  • the actuator 82 presses against the leaf spring 64 of the inlet valve assembly 58 such that it is held in an open position in which the cylinder inlet port 40 is released (see. FIG. 3 ).
  • the flow path 54 between the working chamber 44 and the crankcase 24 and thus the inlet port 48 is permanently open in this case and the discharge flow path 76 is established, whereby the piston 26 can move freely in the cylinder 20.
  • neutral position means all positions of the actuator 82 in which it does not affect the inlet valve assembly 58.
  • the inlet valve assembly 58 thus forms a relief valve assembly 59 disposed in the relief flowpath 76.
  • the relief valve assembly 59 may be brought into its open configuration by the actuator 80 such that the open configuration is maintained even during a compression stroke of the piston 26.
  • the actuator 82 comprises in the present embodiment, a control piston 84 which is guided in a control cylinder 86 of the adjusting device 80, and connected to the actuating piston 84 control rod 88 which protrudes outwardly from the control cylinder 86.
  • the control rod 88 is retracted in the neutral position of the actuator 82 of the leaf spring 64 away in the control cylinder 86, while it is extended in the relief position of the actuator 82 in contrast from the control cylinder 86.
  • the actuating piston 84 is spring-loaded by a spring 90 such that the actuator 82 is held in its neutral position without further force or, if appropriate, initially moved into its neutral position.
  • control cylinder 86 In order to bring the actuator 82 in its discharge position, the control cylinder 86 is connected via a control channel 92 with a pressure medium input 94, via which a pressure chamber 96 (see. FIG. 3 ) of the control cylinder 86 can be acted upon on the remote from the control rod 88 side of the actuating piston 84 with compressed air, which then acts on the control piston 84. As a result, the actuator 82 is moved against the force of the spring 90 from the neutral position to the discharge position.
  • the actuator 82 Without compressed air supply to the control cylinder 86, the actuator 82 is held by the spring force of the spring 90 in its neutral position or moves, if necessary, previously from its discharge position initially back in its neutral position.
  • the actuator 82 is thus operated pneumatically.
  • the actuator 82 may also be moved electromagnetically or mechanically, for example by means of a Bowden cable.
  • the compressor unit 10 is part of a compressor system 12, which in FIG. 4 is illustrated in which the compressor unit 10 in the form of the pneumatic compressor 16 is shown again schematically.
  • Its outlet nozzle 52 is connected via a pressure line 98 to a pressure accumulator 100, from which compressed air can be removed via a removal connection 102.
  • a check valve 104 is arranged, which closes in the direction of the compressed air compressor 16 out.
  • the pressure line 98 is connected via a branch line 106 with a control valve 108, which can assume a control or a blocking position.
  • the branch line 106 is connected to a control line 112, which leads to the pressure medium input 94 of the discharge device 74.
  • the blocking position of the control valve 108 the branch line 106 is blocked.
  • the control valve 108 is designed as a 2/2-way valve 110.
  • a flow path which is formed here by the branch line 106 and the control line 112, from the pressure line 98 to the pressure medium input 94 of the adjusting device 80 are made or blocked.
  • Its control cylinder 86 has a pressure release opening 114 in the compressor system 14, via which the pressure chamber 96 of the control cylinder 86 is open to the environment.
  • the pressure release opening 114 leads to a throttle 115, which allows a controlled outflow of the control air; As a result, the pressure in the pressure line 98 is slowly degraded.
  • the electric motor 36 is activated. Now air is in an intake stroke of the piston 26 via the inlet port 48 and the crankcase 24 and the intake passage 46 is sucked into the working chamber 44 and discharged in a compression stroke of the piston 26 from the working space 44 on the way through the outlet valve assembly 66, the discharge channel 50, the outlet port 52 and the pressure line 98 into the pressure accumulator 100.
  • a working pressure builds up in a known manner, which is detected by the pressure sensor 118 of the pressure control 116.
  • the pressure control 116 is adjusted so that the control valve 108 is brought into the control position and only then back into the blocking position when the pressure in the pressure vessel 100 drops below its predetermined threshold and the electric motor 36 is activated again.
  • the diameter of the pressure relief opening 114 is selected such that it is possible, on the one hand, to build up a pressure in the pressure chamber 96 sufficient to move the actuator 82 into its unloaded position, and, on the other hand, the outflow of compressed air from the pressure chamber 96 to take place so slowly in that the cylinder inlet opening 40 is kept permanently open so long that the piston 26 is able to leak freely until it is at a standstill.
  • a corresponding opening for example in the form of a pressure release nozzle, may also be provided elsewhere, for example in the control line 112.
  • the relief flow path 76 is thus again disabled and the inlet valve assembly 58 can again function in its basic function. If now the working pressure in the pressure accumulator 100 drops to a lower, predetermined threshold value, the electric motor 36 is reactivated and the pressure in the pressure accumulator 100 rebuilt; wherein the control valve 108, as mentioned above, has been brought back into its blocking position.
  • FIG. 5 shown compressor system 16 is opposite to the compressor system 14 after FIG. 4 slightly modified.
  • the control cylinder 86 has no pressure release opening 114.
  • the control valve 108 locks in its blocking position not only the branch line 106, but connects in this blocking position at the same time the control line 112 with a largely pressure-free pressure relief outlet 122, which in the present case is open to the environment.
  • the control valve 108 is formed in this embodiment as a 3/2-way valve 124.
  • a silencer 126 may be provided at the pressure release port 122.
  • the compressor system 16 after FIG. 5 basically works the same way as the compressor system 14 FIG. 4 , Only the pressure reduction from the pressure chamber 96 of the actuating cylinder 86 takes place here in other ways, after the discharge flow path 76 has been established.
  • the pressure chamber 96 of the actuating cylinder 86 is connected via the control line 112 to the pressure relief output 122, so that Air from the control cylinder 86 can flow back through the control line 112, whereby the pressure in the pressure chamber 96 of the control cylinder 86 decreases and the actuator 82 moves back to its neutral position.
  • the compressed air in the pressure chamber 96 can flow off sufficiently slowly after the start of the electric motor 36. This ensures that the inlet valve assembly 58 is released only delayed and the compressor unit 10 starts without pressure, as is the case when leaving.
  • the pressure-free start-up also requires less engine power at startup. Under certain circumstances, an electric motor 36 with a lower power consumption can be used.
  • control valve 108 in the present case in the form of the 2/2-way valve 110 or the 3/2-way valve 124, briefly brought into its control position and then back into its blocking position, whereby air from the working space 44th first acts on the actuator 82 and the cylinder inlet port 40 is opened.
  • the piston 26 can then be moved without load when the discharge flow path 76 is open in the further start-up procedure, until the electric motor 36 has reached a certain operating speed.
  • FIG. 6 shows a yet modified compressor system 128.
  • the control valve 108 is formed as a responsive 3/2-way valve 132, which occupies the control position as the starting position; in this is the connection line 128 with the control line 112 connected, which leads to the pressure medium input 94 of the discharge device 74.
  • the control valve 108 locks in this embodiment, on the one hand, the connecting line 128 and on the other hand connecting the control line 112 to the pressure relief output 122, as it also in the compressor system 14 after FIG. 5 the case is.
  • control valve 108 establishes a connection between the pressure vessel 100 and the discharge device 74 in its rest position, the actuator 82 remains in its extended position until the pressure in the pressure vessel 100 is below the predetermined pressure threshold.
  • a direct switching 3/2-way valve can also be used.
  • the pressure relief after switching back via a mechanical throttle nozzle so that the pressure in the control cylinder 96 slowly degrades after the start of the electric motor 36 and the suction valve for automatic opening and closing releases again.
  • FIGS. 7 and 8th each show a compressor system 134 and 136 and a respective modified compressor unit 10, in which the relief device 74 instead of the inlet valve assembly 58 each comprise a separate relief valve assembly 138 with a pressure medium input 94 which operates independently of the inlet valve assembly 58.
  • the relief valve assembly 138 is actuated there.
  • the relief flow path 76 also has a course independent of the flow path 54, and the relief outlet 78 is separate and no longer formed through the inlet port 48.
  • compressor system 134 is this instead of the control cylinder 86 with the actuator 82, a pressure-controlled 2/2-way valve 140 is provided, which is connected via the discharge outlet 78 directly to the working chamber 44 and driven by the control valve 108 in the form of responsive 3/2-way valve 132 in flow-rest position becomes.
  • the relief valve assembly 138 In its neutral position, the relief valve assembly 138 closes the relief outlet 78. In the relief position, the relief valve assembly 138 connects the relief valve assembly 78 to a relief conduit 142 which is open to the atmosphere and in which a muffler 144 may again be located.
  • compressor system 136 shown comprises the relief valve assembly 138 instead of the 2/2-way valve 140 a responsive 2/2-way valve 146.
  • a responsive 2/2-way valve 146 can be dispensed with the control valve 108 at the pressure accumulator 100; Rather, the An Anlagenverzögerte 2/2-way valve 146 is connected via the pressure control 116 to the pressure accumulator 100.
  • the 2/2-way responsive valve 146 is placed in its unloaded position and the compressor unit 10 can leak pressure-relieved.
  • the pressure relief of the working space 44 takes place on the suction side of the compressor unit 10.

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Abstract

Eine, insbesondere medizinische oder dentale, Verdichtereinheit zum Verdichten eines gasförmigen Arbeitsfluids, insbesondere von Luft, umfasst einen Zylinder (20), einen Kolben (26), der in dem Zylinder (20) mittels eines Kolbenantriebs (28) bewegbar ist und mit dem Zylinder (20) einen Arbeitsraum (44) begrenzt, eine Einlass-Ventilanordnung (58), über welche ein gasförmiges Arbeitsfluid bei einem Ansaughub des Kolbens (26) von einem Einlass (48) in den Arbeitsraum (44) hinein strömen kann, und eine Auslass-Ventilanordnung (66), über welche Arbeitsfluid bei einem Verdichtungshub des Kolbens (26) aus dem Arbeitsraum (44) heraus zu einem Auslass (52) strömen kann. Es ist eine Entlastungseinrichtung (74) vorhanden, mittels welcher ein Entlastungsströmungsweg (76) herstellbar ist, durch den Arbeitsfluid bei einem Verdichtungshub des Kolbens an der Auslass-Ventilanordnung (66) vorbei aus dem Arbeitsraum (44) abströmen kann. Außerdem ist ein, insbesondere medizinisches oder dentales, Kompressorsystem angegeben, dass eine solche Verdichtereinheit (10) umfasst, wobei ein Druckspeicher (100) über eine Druckleitung (98) und ein Rückschlagventil (104) mit dem Auslass (52) der Verdichtereinheit (10) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verdichtereinheit, insbesondere eine medizinische oder dentale Verdichtereinheit, zum Verdichten eines gasförmigen Arbeitsfluids, insbesondere von Luft, mit
    1. a) einem Zylinder;
    2. b) einem Kolben, der in dem Zylinder mittels eines Kolbenantriebs bewegbar ist und mit dem Zylinder einen Arbeitsraum begrenzt;
    3. c) einer Einlass-Ventilanordnung, über welche ein gasförmiges Arbeitsfluid bei einem Ansaughub des Kolbens von einem Einlass in den Arbeitsraum hinein strömen kann;
    4. d) einer Auslass-Ventilanordnung, über welche Arbeitsfluid bei einem Verdichtungshub des Kolbens aus dem Arbeitsraum heraus zu einem Auslass strömen kann.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Kompressorsystem, insbesondere ein medizinisches oder dentales Kompressorsystem, mit
    1. a) einer Verdichtereinheit;
    2. b) einem Druckspeicher, der über eine Druckleitung und ein Rückschlagventil mit einem Auslass der Verdichtereinheit verbunden ist.
  • Derartige Verdichtereinheiten sind als Kolbenverdichter bekannt. Bei vom Markt her bekannten Verdichtereinheiten und Kompressorsystemen besteht die Schwierigkeit, dass die verwendeten Kolbenantriebe, beispielsweise Ein-Phasen-Wechselstrom-Kondensatormotoren, nur ein begrenztes Anlaufmoment erzeugen und daher nicht gut gegen Druck anlaufen können. Da der Kolbenantrieb jedoch in bekannter Weise abhängig von dem im Druckspeicher herrschenden Druck zyklisch aktiviert und deaktiviert wird und der Anlaufvorgang entsprechend häufig abläuft, ist ein lastfreies Anlaufen wünschenswert.
  • Bei vom Markt her bekannten Kompressorsystemen wird dies dadurch erreicht, dass die druckführenden Leitungen zwischen dem Auslass der Verdichtereinheit und dem Rückschlagventil, das zum Druckspeicher führt, druckentlastet werden, wenn der Kolbenantrieb deaktiviert ist, damit kein Druck mehr gegen den Auslass der Verdichtereinheit anliegt. Hierzu ist beispielsweise ein einfaches Ablassventil vorhanden, das mechanisch oder elektrisch betätigbar ist.
  • Das Entlasten der unter Druck stehenden Leitungen ist jedoch mit einer nicht unerheblichen Geräuschentwicklung verbunden, die häufig als störend empfunden wird. Auch der an und für sich bekannte Einsatz von Schalldämpfern führt zu keiner befriedigenden Lösung.
  • Darüber hinaus erfolgt diese Art der Druckentlastung nicht schlagartig, so dass am Auslass der Verdichtereinheit und damit an deren Arbeitsraum noch weitgehend der Betriebsdruck des Kompressorsystems anliegt, wenn der Kolben antriebslos ausläuft. Dies bedeutet, dass der Kolben durch den anliegenden Druck sehr schnell abgebremst wird. Abhängig von dem anliegenden Druck und den Masseverhältnissen der verbauten Komponenten kann es beispielsweise vorkommen, dass eine Motorwelle des Kolbenantriebs von einer Betriebsdrehzahl zwischen 1400 und 2800 min-1 in weniger als einer halben Umdrehung zum Stillstand abgebremst wird.
  • Die in bekannter Weise für einen ruhigen und energieeffizienten Betrieb einer Verdichtereinheit vorhandenen Schwungund Ausgleichsmassen entwickeln dabei ein enormes Torsionsmoment, wodurch die gesamte Verdichtereinheit stark ausgelenkt wird; damit eine solche Auslenkung möglich ist und kompensiert werden kann, ist die Verdichtereinheit auf weichen Schwingungsdämpfern gelagert.
  • Im Hinblick auf die Energieeffizienz ist es zudem nachteilig, dass der Druck am Auslass der Verdichtereinheit nicht gehalten werden kann, wodurch der Druck bei jedem Wiederanlaufen des Kolbens zunächst neu aufgebaut werden muss. Gleichzeitig baut sich dieser Druck jedoch wiederum so rasch auf, dass der Kolben gegen diesen Druck arbeiten muss, bevor der Kolbenantrieb seine Betriebsdrehzahl erreicht hat, was seinerseits den Anlaufvorgang verzögert.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verdichtereinheit und ein Kompressorsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Verdichtereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
    • e) eine Entlastungseinrichtung vorhanden ist, mittels welcher ein Entlastungsströmungsweg herstellbar ist, durch den Arbeitsfluid bei einem Verdichtungshub des Kolbens an der Auslass-Ventilanordnung vorbei aus dem Arbeitsraum abströmen kann.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Druckentlastung auch aus dem Arbeitsraum an der Auslass-Ventilanordnung vorbei erfolgen kann, so dass der Kolben lastfrei auslaufen kann. Insbesondere kommt es dabei nicht zu einer Geräuschentwicklung, da kein Druck abgelassen werden muss. Dabei kann die Druckentlastung im Gegensatz zu bekannten Systemen insbesondere auf der Saugseite der Verdichtereinheit erfolgen.
  • Darüber hinaus kann der Druck in den druckführenden Leitungen zwischen dem Auslass der Verdichtereinheit und dem Druckspeicher aufrechterhalten bleiben, so dass das Kompressorsystem auch rasch wieder auf Betriebsdruck ist. Der Entlastungsströmungsweg kann auch beim Anlaufen des Kolbens offen gehalten und erst dann gesperrt werden, wenn der Kolbenantrieb seine Betriebsdrehzahl erreicht hat. So muss der Kolben beim Anlaufen nicht gegen den an dem Auslass anliegenden Druck arbeiten.
  • Es ist günstig, wenn die Entlastungseinrichtung eine Entlastungsventilanordnung in dem Entlastungsströmungsweg umfasst, welche bei einem Verdichtungshub des Kolbens eine Offenkonfiguration einnimmt. Somit kann der Entlastungsströmungsweg durch eine entsprechende Ansteuerung der Entlastungsventilanordnung wahlweise freigegeben oder gesperrt werden.
  • Wenn die Entlastungsventilanordnung durch die Einlass-Ventilanordnung ausgebildet ist, müssen vorteilhaft keine Zusatzkomponenten installiert werden. Alternativ kann die Entlastungsventilanordnung eine gesonderte Entlastungsventilanordnung sein, die unabhängig von der Einlass-Ventilanordnung arbeitet.
  • Es ist besonders günstig, wenn die Verdichtereinheit eine Stelleinrichtung umfasst, durch welche die Entlastungsventilanordnung derart in eine Offenkonfiguration bringbar ist, dass die Offenkonfiguration bei einem Verdichtungshub des Kolbens aufrechterhalten ist.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn die Stelleinrichtung pneumatisch arbeitet und einen Druckmitteleingang aufweist. Alternativ kann die Stelleinrichtung auch magnetisch oder mechanisch betrieben werden.
  • Es ist günstig, wenn die Stelleinrichtung ein bewegbares Stellglied umfasst, durch welches ein Ventilkörper der Entlastungsventilanordnung in eine Offenstellung bringbar ist. Bei einem mechanischen Betrieb kann das Stellglied beispielsweise durch einen Bowdenzug oder dergleichen bewegt werden.
  • Eine technisch günstige Lösung ist es, wenn die Entlastungsventilanordnung als Blattfederventil und der Ventilkörper als Blattfeder ausgebildet ist. Eine Blattfeder kann auf verhältnismäßig einfache Weise von einer sonst verschlossenen Öffnung weggedrückt und gegebenenfalls in dieser Offenstellung gehalten werden.
  • Besonders günstig ist es bei einem pneumatischen Betrieb, wenn das Stellglied über den Druckmitteleingang mit einem Druckmittel, insbesondere Druckluft, beaufschlagbar ist.
  • Wenn das Stellglied mittels einer Feder in eine Neutralstellung vorgespannt ist, in welcher das Stellglied den Ventilkörper der Entlastungsventilanordnung freigibt, ist sichergestellt, dass es ohne eine gezielte Ansteuerung der Stelleinrichtung zu keinem Druckabfall im Arbeitsraum kommt, bzw., dass Druck aufgebaut werden kann.
  • Die oben genannte Aufgabe wird bei einem Kompressorsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
    • c) die Verdichtereinheit eine Verdichtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.
  • Die Vorteile entsprechen den oben zur Verdichtereinheit genannten Vorteilen.
  • Es ist dabei besonders günstig, wenn die Verdichtereinheit eine Verdichtereinheit nach einen der Ansprüche 5 bis 9 ist, d.h. insbesondere, dass sie pneumatisch arbeitet, und ein Strömungsweg von der Druckleitung oder von dem Druckspeicher zu dem Druckmitteleingang der Stelleinrichtung herstellbar oder sperrbar ist.
  • Vorzugsweise ist dann ein Stellventil vorhanden, durch welches der Strömungsweg von der Druckleitung oder von dem Druckspeicher zu dem Druckmitteleingang der Stelleinrichtung herstellbar oder sperrbar ist und welches hierzu eine Steuerstellung oder eine Sperrstellung einnehmen kann. Auf diese Weise kann der in den druckführenden Leitungen anliegende Druck genutzt werden, um die Stelleinrichtung zu betreiben. Es ist keine gesonderte Versorgung zum Betrieb der Stelleinrichtung erforderlich.
  • Es kann eine Drucksteuerung vorhanden sein, durch welche der Druck im Druckspeicher erfassbar ist und welche das Stellventil derart ansteuert, dass dieses seine Steuerstellung einnimmt, wenn der Druck im Druckspeicher einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Auf diese Weise kann die Druckentlastung des Arbeitsraumes der Verdichtereinheit automatisiert erfolgen.
  • Bei einer ersten günstigen Ausbildung ist das Stellventil ein 2/2-Wegeventil und die Stelleinrichtung umfasst eine Druckablassöffnung, durch welche Druckmittel aus der Stelleinrichtung abströmen kann. Hierauf wird weiter unten nochmals im Detail eingegangen.
  • Bei einer zweiten vorteilhaften Ausbildung ist das Stellventil ein 3/2-Wegeventil und sperrt in seiner Sperrstellung den Strömungsweg von der Druckleitung zu dem Druckmitteleingang der Stelleinrichtung und verbindet außerdem den Druckmitteleingang der Stelleinrichtung mit einem weitgehend druckfreien Druckablassausgang. Auch dies wird weiter unten noch näher erläutert.
  • Es ist außerdem von Vorteil, wenn die Verdichtereinheit die gesonderte Entlastungsventilanordnung umfasst und eine Drucksteuerung vorhanden ist, durch welche der Druck im Druckspeicher erfassbar ist und welche die gesonderte Entlastungsventilanordnung derart ansteuert, dass diese ihre Entlastungsstellung einnimmt, wenn der Druck im Druckspeicher einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. In diesem Fall kann auf ein zusätzliches Steuerventil am Druckspeicher verzichtet werden.
  • Vorzugsweise ist die gesonderte Entlastungsventilanordnung als ansprechverzögertes 2/2-Wegeventil ausgebildet.
  • Nachstehend werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher-erläutert. In diesen zeigen:
    • Figur 1
    einen Schnitt einer Verdichtereinheit mit einer Entlastungseinrichtung;
    Figur 2
    eine Ausschnittsvergrößerung der Verdichtereinheit von Figur 1, wobei ein Stellglied der Entlastungseinrichtung eine Neutralstellung einnimmt;
    Figur 3
    eine der Figur 2 entsprechende Ausschnittsvergrößerung der Verdichtereinheit von Figur 1, wobei das Stellglied der Entlastungseinrichtung eine Entlastungsstellung einnimmt;
    Figur 4
    ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kompressorsystems;
    Figur 5
    ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kompressorsystems;
    Figur 6
    ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kompressorsystems;
    Figur 7
    ein viertes Ausführungsbeispiel eines Kompressorsystems mit einer abgewandelten Verdichtereinheit;
    Figur 8
    ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Kompressorsystems mit einer nochmals abgewandelten Verdichtereinheit.
  • Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen, welche einen Schnitt einer Verdichtereinheit 10 für ein gasförmiges Arbeitsfluid zeigt, die in Kompressorsystemen 12, 14 oder auch 128 bzw. 134 und 136 verwendet wird, welche ihrerseits in den Figuren 4 und 5 sowie 6 bzw. 7 und 8 veranschaulicht sind und auf welche weiter unten näher eingegangen wird. Dort sind die Verdichtereinheit 10 jeweils schematisch und nur die hier wesentlichen Komponenten dargestellt.
  • Die Verdichtereinheit 10 ist als Druckluftkompressor 16 ausgebildet und dient zur Bereitstellung von Druckluft als Arbeitsfluid für dentale, medizinische oder technische Anwendungen.
  • Der Druckluftkompressor 16 umfasst eine Zylinderanordnung mit einem Zylindergehäuse 18, in dem ein Zylinder 20 untergebracht ist, der auf einer Stirnseite 22 zu einem Kurbelgehäuse 24 hin offen ist, das mit dem Zylindergehäuse 18 verbunden ist. In dem Zylinder 20 ist ein Kolben 26 mittels eines Kolbenantriebs 28 bewegbar. Hierzu umfasst der Kolbenantrieb 28 in an und für sich bekannter Weise eine Pleuelstange 30, welche an einem Ende mit dem Kolben 26 und am gegenüberliegenden Ende mit einem Exzenter 32 gekoppelt ist. Der Exzenter 32 ist im Kurbelgehäuse 24 angeordnet und sitzt seinerseits drehfest auf einer Motorwelle 34 eines Elektromotors 36, der ansonsten nicht weiter erläutert werden muss.
  • In einer zur offenen Stirnseite 22 gegenüberliegenden Stirnwand 38 des Zylinders 20 sind eine Zylinder-Einlassöffnung 40 und eine Zylinder-Auslassöffnung 42 vorhanden, wobei die Zylinder-Auslassöffnung 42 auf Grund des Schnittes nicht in den Figuren 1 bis 3, jedoch in den Figuren 4 und 5 zu erkennen ist.
  • Die Stirnwand 38 des Zylinders 20 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Abschnitt des Zylindergehäuses 18 gebildet, d.h. der Zylinder 20 ist hierbei als Zylinderhülse gefertigt. Die Stirnwand 38 kann jedoch auch zum Zylinder 20 selbst gehören, wie es als Abwandlung in den Figuren 4 und 5 veranschaulicht ist. In diesem Fall ist der Zylinder 20 becherförmig.
  • Zwischen dem Kolben 26 und der Stirnwand 38 des Zylinders 20 ist nun ein Arbeitsraum 44 des Zylinders 20 gebildet, dessen Volumen von der Stellung des Kolbens 26 im Zylinder 20 abhängt und welcher radial durch die Innenmantelfläche des Zylinders 20 begrenzt ist.
  • Die Zylinder-Einlassöffnung 40 ist über einen Ansaugkanal 46 mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses 24 des Druckluftkompressors 16 verbunden. Ein Zylinder-Einlassstutzen 48 wird in der vorliegenden Ausführung durch ein in das Kurbelgehäuse 24 eingebautes Filtergehäuse gebildet, in dem ein Partikelfilter eingebaut ist. Die Ansaugung erfolgt durch diesen Filter und den Innenraum des Kurbelgehäuses 24 zum Ansaugkanal 46. Die Zylinder-Auslassöffnung 42 führt über einen Abgabekanal 50 zu einem als Auslassstutzen 52 ausgebildeten Auslass, wobei ersterer nur in den Figuren 4 und 5 zu erkennen ist. Die Zylinder-Einlassöffnung 40 und der Ansaugkanal 46 sind somit Abschnitte eines Strömungsweges 54 zwischen dem Einlassstutzen 48 und dem Arbeitsraum 44 des Zylinders 20, während die Zylinder-Auslassöffnung 42 und der Abgabekanal 50 Abschnitte eines Strömungsweges 56 zwischen dem Arbeitsraum 44 und dem Auslassstutzen 52 sind.
  • In dem Strömungsweg 54 ist eine Einlass-Ventilanordnung 58 angeordnet. Diese bildet ein Rückschlagventil 60, welches in Strömungsrichtung auf den Arbeitsraum 44 hin öffnet und in Richtung auf den Einlassstutzen 48 hin schließt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Rückschlagventil 60 als Blattfederventil 62 mit einer Blattfeder 64 ausgebildet, die von Innen an der Zylinder-Einlassöffnung 40 anliegt, wie es an und für sich bekannt ist.
  • In entsprechender Weise ist im Strömungsweg 56 zwischen dem Arbeitsraum 44 und dem Auslassstutzen 52 eine Auslass-Ventilanordnung 66 angeordnet. Diese bildet nun ein Rückschlagventil 68, welches in Strömungsrichtung auf den Auslassstutzen 52 hin öffnet und durch einen Ventilkörper in Richtung auf den Arbeitsraum 44 hin schließt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auch das Rückschlagventil 68 als Blattfederventil 70 mit einer Blattfeder 72 als Ventilkörper ausgebildet, wobei diese in an und für sich bekannter Weise von außen an der Zylinder-Auslassöffnung 42 anliegt.
  • Luft wird somit in an und für sich bekannter Weise bei einem Ansaughub des Kolbens 26 auf einem Weg über die Einlass-Ventilanordnung 58 in den Arbeitsraum 44 angesaugt und bei einem Verdichtungshub des Kolbens 26 über die Auslass-Ventilanordnung 66 aus dem Arbeitsraum 44 heraus gedrückt, wobei die Einlass-Ventilanordnung 58 und die Auslass-Ventilanordnung 66 sich gegenläufig in einer Offen- und einer Schließkonfiguration befinden.
  • Die Verdichtereinheit 10 umfasst außerdem eine Entlastungseinrichtung 74, mittels welcher ein Entlastungsströmungsweg 76 herstellbar ist, durch den Arbeitsfluid bei einem Verdichtungshub des Kolbens an der Auslass-Ventilanordnung 66 vorbei aus dem Arbeitsraum 44 abströmen kann.
  • Durch die Entlastungseinrichtung 74 kann der Entlastungsströmungsweg 76 zwischen dem Arbeitsraum 44 des Zylinders 20 und einem Entlastungsausgang 78 hergestellt und über einen vorgebbaren Zeitraum offen gehalten werden. Die Entlastungseinrichtung 74 ist in den Figuren 2 und 3 in größerem Maßstab zu erkennen; der Übersichtlichkeit halber sind die zugehörigen Komponenten auch nur dort mit Bezugszeichen versehen.
  • Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Entlastungsausgang 78 durch den Einlassstutzen 48 und der Entlastungsströmungsweg 76 durch den Strömungsweg 54 zwischen der Zylinder-Einlassöffnung 40 und dem Einlassstutzen 48 ausgebildet. So kann die während eines Saughubes angesaugte Luft über den Ansaugkanal 46 zurück in das Kurbelgehäuse 24 und von dort durch den Partikelfilter in die Umgebung abströmen.
  • Hierzu umfasst die Entlastungseinrichtung 74 eine Stelleinrichtung 80, durch welche der Strömungsweg zwischen der Zylinder-Einlassöffnung 40 und dem Kurbelgehäuse 24 geöffnet und über einen vorgebbaren Zeitraum offen gehalten werden kann. Im Zusammenspiel mit der Blattfeder 64 der Einlass-Ventilanordnung 58 weist die Stelleinrichtung 80 zu diesem Zweck ein Stellglied 82 auf, welches zwischen einer Neutralstellung und einer Entlastungsstellung verstellbar ist.
  • In der Neutralstellung (vgl. Figuren 1 und 2) wirkt das Stellglied 82 nicht auf die Blattfeder 64 ein und gibt diese frei, so dass diese die Zylinder-Einlassöffnung 40 bei einem Ansaughub des Kolbens 26 öffnen und bei einem Verdichtungshub des Kolbens 26 verschließen kann.
  • In der Entlastungsstellung drückt das Stellglied 82 derart gegen die Blattfeder 64 der Einlass-Ventilanordnung 58, dass diese in einer Offenstellung gehalten ist, in welcher die Zylinder-Einlassöffnung 40 freigegeben ist (vgl. Figur 3). Der Strömungsweg 54 zwischen dem Arbeitsraum 44 und dem Kurbelgehäuse 24 und damit dem Einlassstutzen 48 ist in diesem Fall permanent offen und der Entlastungsströmungsweg 76 ist hergestellt, wodurch sich der Kolben 26 lastfrei im Zylinder 20 bewegen kann.
  • Für einen störungsfreien, effektiven Betrieb der Verdichtereinheit 10 ist es von großer Wichtigkeit, dass durch die Entlastungseinrichtung 74 keine zusätzlichen, schädlichen Volumina entstehen.
  • Als "Entlastungsstellung" sind somit alle Positionen des Stellgliedes 82 zu verstehen, in denen die Zylinder-Einlassöffnung 40 offen gehalten ist. Entsprechend sind mit dem Begriff "Neutralstellung" alle Positionen des Stellgliedes 82 gemeint, in denen dieses die Einlass-Ventilanordnung 58 nicht beeinflusst.
  • Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Einlass-Ventilanordnung 58 somit eine Entlastungsventilanordnung 59, welche im Entlastungsströmungsweg 76 angeordnet ist. Allgemein ausgedrückt kann die Entlastungsventilanordnung 59 durch die Stelleinrichtung 80 derart in ihre Offenkonfiguration gebracht werden, dass die Offenkonfiguration auch bei einem Verdichtungshub des Kolbens 26 aufrechterhalten bleibt.
  • Das Stellglied 82 umfasst beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Stellkolben 84, der in einem Steuerzylinder 86 der Stelleinrichtung 80 geführt ist, und eine mit dem Stellkolben 84 verbunden Stellstange 88, die nach außen aus dem Steuerzylinder 86 herausragt. Die Stellstange 88 ist in der Neutralstellung des Stellgliedes 82 von der Blattfeder 64 weg in den Steuerzylinder 86 eingefahren, während sie in der Entlastungsstellung des Stellgliedes 82 demgegenüber aus dem Steuerzylinder 86 ausgefahren ist. Der Stellkolben 84 ist durch eine Feder 90 derart federbeaufschlagt, dass das Stellglied 82 ohne weitere Krafteinwirkung in seiner Neutralstellung gehalten oder gegebenenfalls zunächst in seine Neutralstellung bewegt wird.
  • Um das Stellglied 82 in seine Entlastungsstellung bringen zu können, ist der Steuerzylinder 86 über einen Steuerkanal 92 mit einem Druckmitteleingang 94 verbunden, über welchen ein Druckraum 96 (vgl. Figur 3) des Steuerzylinders 86 auf der von der Stellstange 88 abliegenden Seite des Stellkolbens 84 mit Druckluft beaufschlagt werden kann, die dann auf den Stellkolben 84 wirkt. Hierdurch wird das Stellglied 82 gegen die Kraft der Feder 90 aus der Neutralstellung in die Entlastungsstellung bewegt.
  • Ohne Druckluftzufuhr zum Steuerzylinder 86 wird das Stellglied 82 durch die Federkraft der Feder 90 in seiner Neutralstellung gehalten bzw. bewegt sich gegebenenfalls zuvor aus seiner Entlastungsstellung zunächst wieder zurück in seine Neutralstellung.
  • Das Stellglied 82 wird somit pneumatisch betrieben. Alternativ kann das Stellglied 82 auch elektromagnetisch oder mechanisch beispielsweise mittels eines Bowdenzuges bewegt werden.
  • Wie oben erläutert wurde, ist die Verdichtereinheit 10 Teil eines Kompressorsystems 12, welches in Figur 4 veranschaulicht ist, in der die Verdichtereinheit 10 in Form des Druckluftkompressors 16 nochmals schematisch wiedergegeben ist.
  • Dessen Auslassstutzen 52 ist über eine Druckleitung 98 mit einem Druckspeicher 100 verbunden, aus dem komprimierte Luft über einen Entnahmeanschluss 102 entnommen werden kann.
  • In der Druckleitung 98 ist ein Rückschlagventil 104 angeordnet, welches in Richtung auf den Druckluftkompressor 16 hin schließt.
  • Stromauf des Rückschlagventils 104 ist die Druckleitung 98 über eine Zweigleitung 106 mit einem Stellventil 108 verbunden, welches eine Steuer- oder eine Sperrstellung einnehmen kann. In der Steuerstellung des Stellventils 108 ist die Zweigleitung 106 mit einer Steuerleitung 112 verbunden, die zu dem Druckmitteleingang 94 der Entlastungseinrichtung 74 führt. In der Sperrstellung des Stellventils 108 ist die Zweigleitung 106 blockiert. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Stellventil 108 als 2/2-Wegeventil 110 ausgebildet.
  • Allgemein ausgedrückt kann durch das Stellventil 108 ein Strömungsweg, der hier durch die Zweigleitung 106 und die Steuerleitung 112 gebildet ist, von der Druckleitung 98 zu dem Druckmitteleingang 94 der Stelleinrichtung 80 hergestellt oder gesperrt werden.
  • Deren Steuerzylinder 86 weist bei dem Kompressorsystem 14 eine Druckablassöffnung 114 auf, über welche der Druckraum 96 des Steuerzylinders 86 zur Umgebung hin offen ist.
    Die Druckablassöffnung 114 führt zu einer Drossel 115, die ein kontrolliertes Abströmen der Steuerluft ermöglicht; dadurch wird auch der Druck in der Druckleitung 98 langsam abgebaut.
  • Das Stellventil 108 wird mittels einer Drucksteuerung 116 angesteuert, welche einen Drucksensor 118 umfasst, welcher den Druck im Druckspeicher 100 erfasst. Der Drucksensor 118 kommuniziert mit einem Druckschalter 120, durch welchen das Stellventil 108 in seine Sperrstellung gebracht wird, wenn der Druck im Druckspeicher 100 unterhalb eines vorgegebenen Druck-Schwellenwertes liegt, und durch welchen das Stellventil 108 in seine Steuerstellung gebracht wird, wenn der Druck im Druckspeicher 100 diesen Druck-Schwellenwert übersteigt.
    Die Verdichtereinheit 10 und das Kompressorsystem 14 arbeiten nun wie folgt:
    • In einer Ausgangskonfiguration nimmt das Stellventil 108 seine Sperrstellung ein, der Entnahmeanschluss 102 des Kompressorsystem 14 ist geschlossen und das Stellglied 82 der Entlastungseinrichtung ist in seiner Neutralstellung, so dass sich die Blattfeder 64 der Einlass-Ventilanordnung 58 frei bewegen kann.
  • Um Druckluft am Entnahmeanschluss 102 des Kompressorsystems 14 bereitzustellen, wird der Elektromotor 36 aktiviert. Nun wird Luft bei einem Ansaughub des Kolbens 26 über den Einlassstutzen 48 und das Kurbelgehäuse 24 und den Ansaugkanal 46 in den Arbeitsraum 44 angesaugt und bei einem Verdichtungshub des Kolbens 26 aus dem Arbeitsraum 44 auf dem Weg über die Auslass-Ventilanordnung 66, den Abgabekanal 50, den Auslassstutzen 52 und die Druckleitung 98 in den Druckspeicher 100 abgegeben.
  • In dem Druckspeicher 100 baut sich so in bekannter Weise ein Arbeitsdruck auf, welcher von dem Drucksensor 118 der Drucksteuerung 116 erfasst wird.
  • Wenn nun ein bestimmter Soll-Arbeitsdruck im Druckspeicher 100 erreicht ist, bringt der Druckschalter 120 der Drucksteuerung 116 das Stellventil 108 in dessen Steuerstellung, so dass die vom Auslassstutzen 52 kommende Luft vor dem Rückschlagventil 104 in der Druckleitung 98 umgeleitet wird und über die Zweigleitung 106 in die Steuerleitung 112 und auf diesem Weg zum Steuerzylinder 86 und in dessen Druckraum 96 gelangt. Hierdurch wird das Stellglied 82 in seine Entlastungsstellung bewegt, die Zylinder-Einlassöffnung 40 geöffnet und der Entlastungsströmungsweg 76 hergestellt. Die angesaugte Luft verlässt dabei den Arbeitsraum 44 unkomprimiert auf demselben Weg wie beim Ansaugvorgang, was ohne nennenswertes Drehmoment des Elektromotors 36 möglich ist.
  • Zugleich wird der Elektromotor 36 deaktiviert und der Kolben 26 im Zylinder 20 kann auf Grund des nun offenen Entlastungsströmungsweges 76 lastfrei auslaufen, wie es oben erläutert wurde.
  • Die Drucksteuerung 116 ist so eingestellt, dass das Stellventil 108 in die Steuerstellung und erst dann wieder in die Sperrstellung gebracht wird wenn der Druck im Druckbehälter 100 unter seinen vorgegebenen Schwellenwert sinkt und der Elektromotor 36 wieder aktiviert wird.
  • In der Druckleitung 98 und in dem Abgabekanal 50 zwischen der Auslass-Ventilanordnung 66 und der Auslassstutzen 52 bleibt ein Restdruck aufrechterhalten. Auch im Druckspeicher 100 steht noch der anliegende Arbeitsdruck zur Verfügung.
  • Durch die Druckablassöffnung 114 im Stellzylinder 86 strömt die Luft aus dessen Druckraum 96 aus und der Druck auf das Stellglied 82 lässt sukzessive nach. Bei diesem Vorgang wird auch der Druck vor dem Rückschlagventil 104 in der Druckleitung 98 langsam abgebaut. Dabei bewegt sich das Stellglied 82 durch die Kraft der Feder 90 wieder in seine Neutralstellung zurück, wodurch die Blattfeder 64 der Einlass-Ventilanordnung 58 die Zylinder-Einlassöffnung 40 wieder gegen den Verdichtungshub des Kolbens 26 verschließen kann.
  • Der Durchmesser der Druckablassöffnung 114 ist so gewählt, dass es einerseits möglich ist, in dem Druckraum 96 einen Druck aufzubauen, der ausreicht, um das Stellglied 82 in seine Entlastungsstellung zu bewegen, und dass andererseits das Abströmen der Druckluft aus dem Druckraum 96 derart langsam erfolgt, dass die Zylinder-Einlassöffnung 40 so lange permanent offen gehalten wird, dass der Kolben 26 bis zu seinem Stillstand frei auslaufen kann.
  • Anstelle der Druckablassöffnung 114 im Steuerzylinder 86 kann auch eine entsprechende Öffnung, zum Beispiel in Form einer Druckablassdüse, auch an anderer Stelle, beispielsweise in der Steuerleitung 112, vorgesehen sein.
  • Nach einer gewissen Zeit ist der Entlastungsströmungsweg 76 somit wieder gesperrt und die Einlass-Ventilanordnung 58 kann wieder in ihrer Grundfunktion wirken. Wenn nun der Arbeitsdruck im Druckspeicher 100 auf einen unteren, vorgegebenen Schwellenwert absinkt, wird der Elektromotor 36 wieder aktiviert und der Druck im Druckspeicher 100 wieder aufgebaut; wobei das Stellventil 108, wie oben erwähnt, wieder in seine Sperrstellung gebracht wurde.
  • Das in Figur 5 gezeigte Kompressorsystem 16 ist gegenüber dem Kompressorsystem 14 nach Figur 4 leicht abgewandelt. Dort weist der Steuerzylinder 86 keine Druckablassöffnung 114 auf. Ferner sperrt das Stellventil 108 in seiner Sperrstellung nicht nur die Zweigleitung 106, sondern verbindet in dieser Sperrstellung zugleich die Steuerleitung 112 mit einem weitgehend druckfreien Druckablassausgang 122, der vorliegend zur Umgebung offen ist. Hierzu ist das Steuerventil 108 bei diesem Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil 124 ausgebildet. Bei dem Druckablassausgang 122 kann ergänzend ein Schalldämpfer 126 vorgesehen sein.
  • Das Kompressorsystem 16 nach Figur 5 arbeitet grundsätzlich genauso wie das Kompressorsystem 14 nach Figur 4. Lediglich der Druckabbau aus dem Druckraum 96 des Stellzylinders 86 erfolgt hier auf anderem Wege, nachdem der Entlastungsströmungsweg 76 hergestellt wurde.
  • Nachdem das Stellventil 108 in Form des 3/2-Wegeventils 124 in seine Steuerstellung und nach dem Start des Elektromotors 36 wieder zurück in seine Sperrstellung gebracht wurde, ist der Druckraum 96 des Stellzylinders 86 über die Steuerleitung 112 mit dem Druckablassausgang 122 verbunden, so dass Luft aus dem Steuerzylinder 86 zurück durch die Steuerleitung 112 strömen kann, wodurch der Druck im Druckraum 96 des Steuerzylinders 86 abnimmt und das Stellglied 82 sich wieder in seine Neutralstellung bewegt.
  • Befindet sich in der Druckablassleitung 122 eine, gegebenenfalls einstellbare, Drosseldüse, kann die Druckluft im Druckraum 96 nach dem Start des Elektromotors 36 ausreichend langsam abströmen. Damit wird erreicht, dass die Einlass-Ventilanordnung 58 erst verzögert freigegeben wird und die Verdichtereinheit 10 ohne Druck startet, wie es beim Auslaufen der Fall ist. Durch den drucklosen Anlauf wird auch eine geringere Motorleistung beim Start benötigt. Unter Umständen kann dadurch ein Elektromotor 36 mit geringerer Leistungsaufnahme eingesetzt werden.
  • Durch die Verdichtereinheit 10 mit der Entlastungseinrichtung 74 ist es bei beiden Kompressorsystemen 14 und 16 außerdem möglich, dass der Kolben 26 auch beim Anlaufen des Verdichters 10 lastfrei bewegt werden kann.
  • Hierzu wird kurz nach dem Aktivieren des Elektromotors 36 das Stellventil 108, vorliegend in Form des 2/2-Wegeventils 110 oder des 3/2-Wegeventils 124, kurzzeitig in seine Steuerstellung und danach wieder in seine Sperrstellung gebracht, wodurch Luft aus dem Arbeitsraum 44 zunächst auf das Stellglied 82 wirkt und die Zylinder-Einlassöffnung 40 geöffnet wird. Der Kolben 26 kann dann bei geöffnetem Entlastungsströmungsweg 76 im weiteren Anlaufvorgang lastfrei bewegt werden, bis der Elektromotor 36 eine bestimmte Betriebsdrehzahl erreicht hat.
  • Wenn dann die Einlass-Ventilanordnung 58 gegen die Verdichtungshübe des Kolbens 26 schließt, wird die Luft zum Druckspeicher 100 hin verdichtet.
  • Figur 6 zeigt ein nochmals abgewandeltes Kompressorsystem 128. Bei diesem ist statt der Zweigleitung 106, welche die Druckleitung 98 mit dem Stellventil 108 verbindet, eine Verbindungsleitung 130 von dem Druckspeicher 100 zu dem Stellventil 108 vorhanden. Außerdem ist das Stellventil 108 als ansprechverzögertes 3/2-Wegeventil 132 ausgebildet, welches als Ausgangsstellung die Steuerstellung einnimmt; in dieser ist die Verbindungsleitung 128 mit der Steuerleitung 112 verbunden, die zu dem Druckmitteleingang 94 der Entlastungseinrichtung 74 führt. In der Sperrstellung sperrt das Stellventil 108 bei diesem Ausführungsbeispiel einerseits die Verbindungsleitung 128 und verbindet andererseits die Steuerleitung 112 mit dem Druckablassausgang 122, wie es auch bei dem Kompressorsystem 14 nach Figur 5 der Fall ist.
  • Dadurch, dass das Stellventil 108 in seiner Ruhestellung eine Verbindung zwischen dem Druckbehälter 100 und der Entlastungseinrichtung 74 herstellt, verbleibt das Stellglied 82 in seiner ausgefahrenen Stellung, bis der Druck im Druckbehälter 100 unterhalb des vorgegebenen Druck-Schwellenwertes zu liegen kommt.
  • Anstelle der Ansprechverzögerung kann auch ein direkt schaltendes 3/2-Wegeventil eingesetzt werden. Hierbei kann die Druckentlastung nach dem Rückschalten über eine mechanische Drosseldüse erfolgen, so dass sich der Druck im Steuerzylinder 96 nach dem Start des Elektromotors 36 langsam abbaut und das Ansaugventil für selbsttätiges Öffnen und Schließen wieder frei gibt.
  • Die Figuren 7 und 8 zeigen jeweils ein Kompressorsystem 134 bzw. 136 und eine jeweils abgewandelte Verdichtereinheit 10, bei welcher die Entlastungseinrichtung 74 statt der Einlass-Ventilanordnung 58 jeweils eine gesonderte Entlastungsventilanordnung 138 mit einem Druckmitteleingang 94 umfasst, die unabhängig von der Einlass-Ventilanordnung 58 arbeitet. Durch die Stelleinrichtung 80 wird dort die Entlastungsventilanordnung 138 betätigt. In diesem Fall hat auch der Entlastungsströmungsweg 76 einen vom Strömungsweg 54 unabhängigen Verlauf und der Entlastungsausgang 78 ist separat und nicht mehr durch den Einlassstutzen 48 ausgebildet.
  • Bei dem in Figur 7 gezeigten Kompressorsystem 134 ist hierzu anstelle des Steuerzylinders 86 mit dem Stellglied 82 ein druckgesteuertes 2/2-Wegeventil 140 vorhanden, welches über den Entlastungsausgang 78 direkt an den Arbeitsraum 44 angeschlossen ist und von dem Stellventil 108 in Form des ansprechverzögerten 3/2-Wegeventils 132 in Durchfluss-Ruhestellung angesteuert wird.
  • In ihrer Neutralstellung verschließt die Entlastungsventilanordnung 138 den Entlastungsausgang 78. In der Entlastungsstellung verbindet die Entlastungsventilanordnung 138 den Entlastungsausgang 78 mit einer Entlastungsleitung 142, die zur Umgebung offen ist und in der wieder ein Schalldämpfer 144 angeordnet sein kann.
  • Bei dem in Figur 8 gezeigten Kompressorsystem 136 umfasst die Entlastungsventilanordnung 138 statt des 2/2-Wegeventils 140 ein ansprechverzögertes 2/2-Wegeventil 146. In diesem Fall kann auf das Steuerventil 108 am Druckspeicher 100 verzichtet werden; vielmehr ist das ansprechverzögerte 2/2-Wegeventil 146 über die Drucksteuerung 116 mit dem Druckspeicher 100 verbunden. Wenn der Druck im Druckspeicher 100 den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, wird das ansprechverzögerte 2/2-Wegeventil 146 in seine Entlastungsstellung gebracht und die Verdichtereinheit 10 kann druckentlastet auslaufen.
  • Bei allen oben erläuterten Ausführungsbeispielen erfolgt die Druckentlastung des Arbeitsraumes 44 auf der Saugseite der Verdichtereinheit 10.

Claims (17)

  1. Verdichtereinheit, insbesondere medizinische oder dentale Verdichtereinheit, zum Verdichten eines gasförmigen Arbeitsfluids, insbesondere von Luft, mit
    a) einem Zylinder (20);
    b) einem Kolben (26), der in dem Zylinder (20) mittels eines Kolbenantriebs (28) bewegbar ist und mit dem Zylinder (20) einen Arbeitsraum (44) begrenzt;
    c) einer Einlass-Ventilanordnung (58), über welche ein gasförmiges Arbeitsfluid bei einem Ansaughub des Kolbens (26) von einem Einlass (48) in den Arbeitsraum (44) hinein strömen kann;
    d) einer Auslass-Ventilanordnung (66), über welche Arbeitsfluid bei einem Verdichtungshub des Kolbens (26) aus dem Arbeitsraum (44) heraus zu einem Auslass (52) strömen kann,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    e) eine Entlastungseinrichtung (74) vorhanden ist, mittels welcher ein Entlastungsströmungsweg (76) herstellbar ist, durch den Arbeitsfluid bei einem Verdichtungshub des Kolbens (26) an der Auslass-Ventilanordnung (66) vorbei aus dem Arbeitsraum (44) abströmen kann.
  2. Verdichtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungseinrichtung (74) eine Entlastungsventilanordnung (59; 138) in dem Entlastungsströmungsweg (76) umfasst, welche bei einem Verdichtungshub des Kolbens (26) eine Offenkonfiguration einnimmt.
  3. Verdichtereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsventilanordnung (59) durch die Einlass-Ventilanordnung (58) ausgebildet ist oder dass die Entlastungsventilanordnung (138) eine gesonderte Entlastungsventilanordnung ist, die unabhängig von der Einlass-Ventilanordnung (58) arbeitet.
  4. Verdichtereinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stelleinrichtung (80) umfasst, durch welche die Entlastungsventilanordnung (59; 138) derart in eine Offenkonfiguration bringbar ist, dass die Offenkonfiguration bei einem Verdichtungshub des Kolbens (26) aufrechterhalten ist.
  5. Verdichtereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (80) pneumatisch arbeitet und einen Druckmitteleingang (94) aufweist.
  6. Verdichtereinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (80) ein bewegbares Stellglied (82) umfasst, durch welches ein Ventilkörper (64) der Entlastungsventilanordnung (59) in eine Offenstellung bringbar ist.
  7. Verdichtereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsventilanordnung (59) als Blattfederventil (62) und der Ventilkörper (64) als Blattfeder ausgebildet ist.
  8. Verdichtereinheit nach Anspruch 5 und 6 oder nach Anspruch 5 und 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (82) über den Druckmitteleingang (94) mit einem Druckmittel, insbesondere Druckluft, beaufschlagbar ist.
  9. Verdichtereinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (82) mittels einer Feder (90) in eine Neutralstellung vorgespannt ist, in welcher das Stellglied (82) den Ventilkörper (64) der Entlastungsventilanordnung (58) freigibt.
  10. Kompressorsystem, insbesondere medizinisches oder dentales Kompressorsystem, mit
    a) einer Verdichtereinheit (10);
    b) einem Druckspeicher (100), der über eine Druckleitung (98) und ein Rückschlagventil (104) mit einem Auslass (52) der Verdichtereinheit (10) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    c) die Verdichtereinheit (10) eine Verdichtereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.
  11. Kompressorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit eine Verdichtereinheit nach einen der Ansprüche 5 bis 9 ist und ein Strömungsweg (106, 112; 130, 112) von der Druckleitung (98) oder von dem Druckspeicher (100) zu dem Druckmitteleingang (94) der Stelleinrichtung (80) herstellbar oder sperrbar ist.
  12. Kompressorsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellventil (108) vorhanden ist, durch welches der Strömungsweg (106, 112; 130, 112) von der Druckleitung (98) oder von dem Druckspeicher (100) zu dem Druckmitteleingang (94) der Stelleinrichtung (80) herstellbar oder sperrbar ist und welches hierzu eine Steuerstellung oder eine Sperrstellung einnehmen kann.
  13. Kompressorsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drucksteuerung (116) vorhanden ist, durch welche der Druck im Druckspeicher (100) erfassbar ist und welche das Stellventil (108) derart ansteuert, dass dieses seine Steuerstellung einnimmt, wenn der Druck im Druckspeicher (100) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
  14. Kompressorsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil (108) als 2/2-Wegeventil (110) ausgebildet ist und die Stelleinrichtung (80) eine Druckablassöffnung (114) umfasst, durch welche Druckmittel aus der Stelleinrichtung (80) abströmen kann.
  15. Kompressorsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil (108) als 3/2-Wegeventil (124) ausgebildet ist und in seiner Sperrstellung den Strömungsweg (106, 112) von der Druckleitung (98) zu dem Druckmitteleingang (94) der Stelleinrichtung (80) sperrt und außerdem den Druckmitteleingang (94) der Stelleinrichtung (80) mit einem weitgehend druckfreien Druckablassausgang (122) verbindet.
  16. Kompressorsystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (10) die gesonderte Entlastungsventilanordnung (138) umfasst und eine Drucksteuerung (116) vorhanden ist, durch welche der Druck im Druckspeicher (100) erfassbar ist und welche die gesonderte Entlastungsventilanordnung (138) derart ansteuert, dass diese ihre Entlastungsstellung einnimmt, wenn der Druck im Druckspeicher (100) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
  17. Kompressorsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die gesonderte Entlastungsventilanordnung (138) als ansprechverzögertes 2/2-Wegeventil (146) ausgebildet ist.
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