EP3180517A1 - Zylinderkopf für einen kompressor mit besonders effizienter luftkühlung - Google Patents

Zylinderkopf für einen kompressor mit besonders effizienter luftkühlung

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Publication number
EP3180517A1
EP3180517A1 EP15739260.6A EP15739260A EP3180517A1 EP 3180517 A1 EP3180517 A1 EP 3180517A1 EP 15739260 A EP15739260 A EP 15739260A EP 3180517 A1 EP3180517 A1 EP 3180517A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
cylinder head
open
cell structure
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15739260.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Adrian Markgraf
Torsten MITTELSTRASS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Publication of EP3180517A1 publication Critical patent/EP3180517A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F04B39/064—Cooling by a cooling jacket in the pump casing
    • 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
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/125—Cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for a compressor, comprising at least one leading coolant area and at least two air-conducting areas, wherein the at least one leading coolant area is at least partially disposed around the at least two air guiding areas, further wherein the at least two air guiding areas at least an air-feeding channel for feeding the air to be compressed into the compressor and at least one air-discharging duct to the outlet of compressed air compressed by the compressor.
  • Modern commercial vehicles which are used in rail or road traffic, are equipped with many compressed air consuming subsystems. These subsystems include, for example, a service brake operated by compressed air and air suspension.
  • the supply of compressed air consumers with compressed air is realized by means of a compressed air supply device comprising a compressor.
  • Ambient air is drawn in by the compressor, compressed and purified in other components of the compressed air supply device prior to use in the consumers of foreign matter such as oil and water.
  • Modern compressors place high demands on components such as valve plate, cooling unit and cylinder head as a result of constantly increasing performance parameters such as efficiency and defined compressed air outlet temperatures. These components are heavily stressed by the thermal and mechanical loads from compression. To ensure the defined requirements for the compressed air outlet temperature at the connections of the compressor effective cooling by a coolant is necessary.
  • the compressor also requires a rigid construction with appropriate wall thicknesses. The dimensioning of the walls and the efficiency of the cooling are in conflict with each other due to the heat conduction paths.
  • there are restrictions when casting the cylinder heads which complicate the design of narrow cooling cross sections through corresponding filigree casting cores.
  • the current state of the art for meeting the defined requirements, in particular for reducing the air outlet temperature of the compressed air on the pressure side, is characterized by the integration of cooling fins and / or an extension of the air-conducting areas. Both approaches are aimed at increasing the heat input surfaces. Compressing the air in the compressor greatly heats the air. This heating increases with increasing delivery pressure and increasing number of revolutions of the compressor. This is disadvantageous with regard to the further treatment of the compressed air, in particular air drying. Normally, the air is deprived of the air humidity in an air filter cartridge downstream of the compressor. This air filter cartridge contains a desiccant that can extract moisture from the air only up to a maximum of 80 ° C. Therefore, a lower maximum allowable temperature of 60 ° C is usually specified to allow effective drying.
  • the compressed air at the outlet opening of the piston chamber reaches temperatures of up to 320 ° C.
  • the maximum temperature may be 220 ° C.
  • a pressure line of several meters in length is used in the prior art, wherein the heated compressed air can cool during flow through the pressure line from the compressor to the air filter cartridge without further cooling measures.
  • the disadvantage here is the pressure loss due to the long line and the structural complexity caused by the pressure line itself.
  • a so-called supercooling plate is inserted in the cylinder head of the compressor above the valve plate, which is flowed through by a coolant and acts as a heat exchanger. It is possible to lower the outlet temperature of the compressed air to 140 to 150 ° C at the compressor outlet and to shorten the subsequent pressure line by 5 to 30%.
  • An example of such a supercooling plate can be found in DE 195 35 079 C2.
  • the disadvantage here is in particular the complex construction, resulting from the integration of the supercooling plate as a separate component in the cylinder head of the compressor, as this additional seals are necessary.
  • DE 10 2008 018 467 A1 discloses a valve plate with a coolant channel for a compressor.
  • the coolant channel runs meandering from a piston chamber of the compressor between the piston chamber and an arranged in the valve plate air outlet valve.
  • This valve plate without a supercooling plate, provides at least the same cooling performance as compared to a combination of a conventional valve plate and a supercooling plate.
  • the object of the present invention is to provide a cylinder head for a compressor having an improved cooling capacity of the compressed air.
  • the at least one air-removing channel comprises an open-pored, metallic cell structure.
  • the open-pored, metallic cell structure at least partially adjoins the region leading to at least one coolant.
  • the open-pore, metallic cell structure is arranged outside of the region leading the coolant at least on a wall of the at least one coolant-carrying region.
  • the open-pored, metallic cell structure provides a very good heat dissipation, which is realized in a confined space by a surface involved in heat transfer. A very efficient cooling results in particular by the enlargement of the heat input surfaces of the air-conducting areas of the cylinder head. Furthermore, due to the open-pore, metallic cell structure, a support structure is additionally provided which correspondingly improves the mechanical strength of the cylinder head, whereby a small wall thickness of a wall of the cylinder head is realized with short heat conduction paths. The efficient cooling of the compressed air lowers the surface temperatures on the pressure side, thereby reducing the tendency to charring. Furthermore, the open-pored, metallic cell structure likewise forms the basis of catalytic reactions for optimizing the quality of the compressed air.
  • the metallic cell structure also has a dampening effect on the acoustic behavior.
  • the at least one air-removing channel is at least partially designed as an open-pore, metallic cell structure.
  • the at least one air-discharging channel may be partially but also completely formed as an open-pored, metallic cell structure.
  • the open pores allow the flow of compressed air.
  • An allowance of the open-pore, metallic cell structure should be adjusted according to the required flow rate and cooling rate of the compressed air.
  • the position, shape, orientation and size of the cells of the open-pore, metallic cell structure is arbitrary and can be both regular and random or irregular. For example, it is conceivable to form the cells of the open-pored, metallic cell structure spherical, cylindrical or honeycomb-shaped. Furthermore, it is preferred that the open-pored, metallic cell structure by
  • the open-pored, metallic cell structure is inserted as a preformed semifinished product into a casting mold and encapsulated to form the cylinder head.
  • a metal foam with closed pores can be used so that the infiltrating molten metal can not penetrate. It is also possible to use a metal foam with unclosed pores, which then results in a certain infiltration of the cell structure by the cylinder head material.
  • a negative mold of the open-pore, metallic cell structure is inserted into the casting mold in order to continuously infiltrate it during the casting process to form the open-pored cell structure and at the same time to cast the surrounding walls of the cylinder head. Then the pores are to be exposed.
  • the invention includes the technical teaching that the open-pored, metallic cell structure is produced by mechanical production.
  • the open-pore, metallic cell structure may be produced in particular by machining processes.
  • the open-pore, metallic cell structure is produced by a lost-foam method.
  • later removable, contacting cell bodies are placed in a mold, embedded and infiltrated. Thereafter, the cell bodies are removed, for example, by gasification.
  • the cellular structure is gasified during casting at the flow front of the molten metal.
  • the remaining intercellular spaces, which were filled with sand before pouring, are exposed and form the open-pored structure.
  • the open-pored, metallic cell structure is produced by foaming.
  • aluminum alloys are suitable for this purpose.
  • aluminum has better heat conductivity and lower density compared to steel.
  • the cooling rate can be improved and the weight of the cylinder head can be lowered.
  • the cylinder head be cast as a thin-wall casting, wherein subsequently a foamable, metallic material is cast in, which is foamed to the open-pore, metallic cell structure.
  • FIG. 1 shows a side view of a compressor according to the invention with a cylinder head and a cut-open piston housing
  • FIG. 2 shows a perspective view of the cylinder head according to the invention according to FIG. 1.
  • a compressor 2 comprises a cylinder head 1 and a piston housing 8, wherein a valve plate 9 is arranged between the piston housing 8 and the cylinder head 1.
  • the compressor 2 is driven via a shaft 10.
  • the piston housing 8 is cut open in the vicinity of the valve plate 9, so that a piston chamber 11 is visible.
  • a piston (not shown here) moves axially up and down.
  • the cylinder head 1 has four coolant-carrying regions 3a-3d and two air-conducting regions 4a, 4b.
  • the four coolant-carrying regions 3a-3d are arranged essentially around the two air-guiding regions 4a, 4b, the four coolant-carrying regions 3a-3d being directly adjacent to the air-guiding region 4a in order to cool the compressed air. Also the four coolant-carrying regions 3a-3d are arranged essentially around the two air-guiding regions 4a, 4b, the four coolant-carrying regions 3a-3d being directly adjacent to the air-guiding region 4a in order to cool the compressed air. Also the four coolant-carrying regions 3a-3d are arranged essentially around the two air-guiding regions 4a, 4b, the four coolant-carrying regions 3a-3d being directly adjacent to the air-guiding region 4a in order to cool the compressed air. Also the four coolant-carrying regions 3a-3d are arranged essentially around the two air-guiding regions 4a,
  • Valve plate 9 is meandering of - not shown here - traversed coolant-carrying channels.
  • the two air-guiding regions 4a, 4b comprise an air-supplying duct 5 for feeding the air to be compressed into the compressor 2 and an air-exhaust duct. leading channel 6 to the outlet of a compressed air from the compressor 2.
  • the air to be compressed is supplied from the - not shown here - ports on the cylinder head 1 to the piston chamber 11. After the compression of the air in the piston chamber 11, the compressed air escapes via an outlet valve (not shown here) and is led via the air-discharging duct 6 to the connections on the cylinder head 1.
  • the air-removing channel 6 comprises an open-pore, metallic cell structure 7, which is divided into six sections 7a-7f.
  • the open-pore, metallic cell structure provides a very good heat dissipation, which is realized by a surface involved in the heat transfer in a confined space.
  • a supporting structure additionally improves the mechanical strength of the cylinder head 1, as a result of which a small wall thickness of a wall of the cylinder head is realized with short heat conduction paths.
  • the cylinder head 1 is cast as a thin-wall casting, wherein subsequently a foamable, metallic material is poured, which is foamed to the open-cell metallic cell structure 7.
  • the cylinder head 1 is suitable for a compressor 2 with ESS (Energy Saving System).
  • the cylinder head 1 has two openings 13a, 13b for a - not shown here - ESS piston and a dead space volume 14 and a bore 15 for an ESS control.
  • the cylinder head 1 has eight openings 12a-12h for cylinder head bolts (not shown here). LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für einen Kompressor (2), umfassend mindestens einen Kühlmittel führenden Bereich (3a) sowie mindestens zwei Luft führende Bereiche (4a, 4b), wobei der mindestens eine Kühlmittel führende Bereich (3a) zumindest teilweise um die mindestens zwei Luft führenden Bereiche (4a, 4b) angeordnet ist, wobei ferner die mindestens zwei Luft führenden Bereiche (4a, 4b) mindestens einen luftzuführenden Kanal (5) zur Einspeisung der zu komprimierenden Luft in den Kompressor (2) und mindestens einen luftabführenden Kanal (6) zum Auslass einer vom Kompressor (2) komprimierten Druckluft aufweisen. Erfindungsgemäß umfasst der mindestens eine luftabführende Kanal (6) eine offenporige, metallische Zellstruktur (7).

Description

Zylinderkopf für einen Kompressor mit besonders effizienter Luftkühlung
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für einen Kompressor, umfassend mindestens einen Kühlmittel führenden Bereich sowie mindestens zwei Luft führende Bereiche, wobei der mindestens eine Kühlmittel führende Bereich zumindest teilweise um die mindestens zwei Luft führenden Bereiche angeordnet ist, wobei ferner die mindestens zwei Luft führenden Bereiche mindestens einen luftzuführenden Kanal zur Einspeisung der zu komprimierenden Luft in den Kompressor und mindestens einen luftabführenden Kanal zum Auslass einer vom Kompressor komprimierten Druckluft aufweisen. Moderne Nutzfahrzeuge, die im Schienen- oder Straßenverkehr eingesetzt werden, werden mit vielen Druckluft verbrauchenden Teilsystemen ausgerüstet. Zu diesen Teilsystemen gehören beispielsweise eine mit Druckluft betriebene Betriebsbremse und eine Luftfederung. Die Versorgung dieser Druckluftverbraucher mit Druckluft wird mit Hilfe einer Druckluftversorgungseinrichtung realisiert, die einen Kompres- sor umfasst. Umgebungsluft wird von dem Kompressor angesaugt, komprimiert und vor der Verwendung in den Verbrauchern von Fremdbestandteilen, wie Öl und Wasser, in weiteren Bestandteilen der Druckluftversorgungseinrichtung gereinigt. Moderne Kompressoren stellen infolge der stetig wachsenden Leistungsparameter wie Effizienz und definierten Druckluftaustrittstemperaturen hohe Anforderungen an Bauteile wie Ventilplatte, Kühleinheit und Zylinderkopf. Diese Bauteile werden durch die thermischen und mechanischen Lasten aus der Kompression stark bean- sprucht. Zur Sicherstellung der definierten Anforderungen an die Druckluftaustrittstemperatur an den Anschlüssen des Kompressors ist eine effektive Kühlung durch ein Kühlmittel notwendig. Andererseits erfordert der Kompressor aber auch eine steife Konstruktion mit entsprechenden Wandstärken. Die Dimensionierung der Wände und die Effizienz der Kühlung stehen aufgrund der Wärmeleitwege im Wi- derspruch zueinander. Hinzu kommen Restriktionen beim Gießen der Zylinderköpfe, die die Gestaltung enger Kühl quer schnitte durch entsprechend filigrane Gießkerne erschweren.
Der gegenwärtige Stand der Technik zur Erfüllung der definierten Anforderungen, insbesondere zur Senkung der Luftaustrittstemperatur der komprimierten Luft auf der Druckseite, zeichnet sich durch die Integration von Kühlrippen und/oder einer Verlängerung der Luft führenden Bereiche aus. Beide Vorgehensweisen zielen auf eine Vergrößerung der Wärmeeintragsflächen ab. Bei der Komprimierung der Luft in dem Kompressor wird die Luft stark erwärmt. Diese Erwärmung wächst mit steigendem Förderdruck und steigender Umdrehungszahl des Kompressors an. Dies ist hinsichtlich der weiteren Aufbereitung der Druckluft, insbesondere der Lufttrocknung, nachteilig. Üblicherweise wird der Luft die Luftfeuchtigkeit in einer dem Kompressor nachgeschalteten Luftfilterpatrone entzo- gen. Diese Luftfilterpatrone enthält ein Trocknungsmittel, das nur bis maximal 80°C der Luft Feuchtigkeit entziehen kann. Daher wird normalerweise eine geringere maximal zulässige Temperatur von 60°C angegeben, um eine effektive Trocknung zu ermöglichen. Bei der Komprimierung im Kompressor erreicht die komprimierte Luft an der Austrittsöffnung des Kolbenraumes jedoch Temperaturen von bis zu 320°C. Am Ausgang des Kompressors selbst dürfen es maximal noch 220°C sein. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Luft zwischen dem Kompressor und der Luftfilterpatrone abkühlen zu müssen. Zu diesem Zweck wird bei dem Stand der Technik eine Druckleitung mit mehreren Metern Länge verwendet, wobei sich die erhitzte Druckluft während des Durchströmens der Druckleitung vom Kompressor zur Luft- filterpatrone ohne weitere Kühlmaßnahmen abkühlen kann. Nachteilig hierbei ist der Druckverlust durch die lange Leitung und der bauliche Aufwand, den die Druckleitung selbst verursacht.
Um die lange Druckleitung zwischen Kompressor und Filterpatrone verkürzen zu können, ist es notwendig, die Druckluft durch eine aktive Kühlung zu kühlen. Zu diesem Zweck wird in dem Zylinderkopf des Kompressors oberhalb der Ventilplatte eine so genannte Supercooling-Platte eingefügt, die von einem Kühlmittel durchströmt wird und als Wärmetauscher fungiert. Durch sie ist es möglich, die Austrittstemperatur der Druckluft auf 140 bis 150°C am Kompressorausgang zu senken und die anschließende Druckleitung um 5 bis 30% zu verkürzen. Ein Beispiel für eine solche Supercooling-Platte ist in der DE 195 35 079 C2 zu finden.
Nachteilig hierbei ist insbesondere die aufwendige Bauweise, die sich durch die Integration der Supercooling-Platte als separates Bauteil in den Zylinderkopf des Kompressors ergibt, da hierdurch zusätzliche Abdichtungen notwendig werden.
Ferner geht aus der DE 10 2008 018 467 AI eine Ventilplatte mit einem Kühlmittelkanal für einen Kompressor hervor. Der Kühlmittelkanal verläuft mäanderförmig von einem Kolbenraum des Kompressors aus gesehen zwischen dem Kolbenraum und einem in der Ventilplatte angeordneten Luftauslassventil. Diese Ventilplatte erbringt ohne eine Supercooling-Platte eine im Vergleich mit einer Kombination einer herkömmlichen Ventilplatte und einer Supercooling-Platte zumindest gleiche Kühlleistung.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zylinderkopf für einen Kompressor zu schaffen, der eine verbesserte Kühlleistung der komprimierten Luft aufweist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor.
Erfindungsgemäß umfasst der mindestens eine luftabführende Kanal eine offenporige, metallische Zellstruktur. Die offenporige, metallische Zellstruktur grenzt zumindest teilweise an den mindestens einen Kühlmittel führenden Bereich an. Mit anderen Worten ist die offenporige, metallische Zellstruktur außerhalb des mindestens einen Kühlmittel führenden Bereichs an einer Wandung des mindestens einen Kühlmittel führenden Bereichs angeordnet.
Die offenporige, metallische Zellstruktur bietet eine sehr gute Wärmeableitung, welche durch eine am Wärmeübergang beteiligte Oberfläche auf engstem Raum reali- siert wird. Eine sehr effiziente Kühlung ergibt sich insbesondere durch die Vergrößerung der Wärmeeintragsflächen der Luft führenden Bereiche des Zylinderkopfs. Weiterhin ergibt sich durch die offenporige, metallische Zellstruktur zusätzlich eine Stützstruktur, die die mechanische Festigkeit des Zylinderkopfs entsprechend verbessert, wodurch eine geringe Wandstärke einer Wandung des Zylinderkopfs bei kurzen Wärmeleitwegen realisiert wird. Durch die effiziente Kühlung der Druckluft werden auf der Druckseite die Oberflächentemperaturen abgesenkt und dadurch die Neigung zur Verkohlung reduziert. Ferner stellt die offenporige, metallische Zellstruktur gleichermaßen die Grundlage katalytischer Reaktionen zur Optimierung der Qualität der komprimierten Luft dar. Auch auf das akustische Verhalten hat die metallische Zellstruktur einen dämpfenden Einfluss. Vorzugsweise ist der mindestens eine luftabführende Kanal zumindest teilweise als offenporige, metallische Zellstruktur ausgebildet. Mit anderen Worten kann der mindestens eine luftabführende Kanal teilweise aber auch vollständig als offenporige, metallische Zellstruktur ausgebildet sein. Durch die offenen Poren wird der Durch- fluss der Druckluft ermöglicht. Ein Abmaß der offenporigen, metallischen Zellstruktur sollte je nach benötigter Durchflussrate und Kühlrate der Druckluft eingestellt werden. Die Lage, Form, Ausrichtung und Größe der Zellen der offenporigen, metallischen Zellstruktur ist beliebig und kann sowohl regelmäßig als auch zufallsbasiert bzw. unregelmäßig sein. Beispielsweise ist es denkbar die Zellen der offenporigen, metallischen Zellstruktur kugelförmig, zylinderförmig oder wabenförmig auszubilden. Des Weiteren bevorzugt ist, dass die offenporige, metallische Zellstruktur durch
Verwendung von Einlegkörpern hergestellt ist. Vorteilhafterweise wird die offenporige, metallische Zellstruktur als vorgeformtes Halbzeug in eine Gießform eingelegt und zur Bildung des Zylinderkopfes umgössen. Es kann beispielsweise ein Metallschaum mit verschlossenen Poren verwendet werden, damit die umgießende Metall- schmelze nicht eindringen kann. Es ist auch möglich, einen Metallschaum mit unverschlossenen Poren einzusetzen, wobei sich dann eine gewisse Infiltration der Zellstruktur durch das Zylinderkopfmaterial ergibt.
Vorzugsweise wird eine Negativform der offenporigen, metallischen Zellstruktur in die Gießform eingelegt, um diese beim Gießvorgang zur Bildung der offenporigen Zellstruktur durchgängig zu infiltrieren und gleichzeitig die umgebenden Wandungen des Zylinderkopfs zu gießen. Anschließend sind die Poren freizulegen.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die offenporige, metallische Zellstruktur durch mechanische Fertigung hergestellt ist. Mit anderen Worten kann die offenporige, metallische Zellstruktur insbesondere durch spanabhebende Verfahren hergestellt sein.
Es wird vorgeschlagen, dass die offenporige, metallische Zellstruktur durch ein Lost- Foam- Verfahren hergestellt ist. Bei dem Lost-Foam- Verfahren werden später entfernbare, sich kontaktierende Zellenkörper in eine Form eingelegt, eingebettet und infiltriert. Danach werden die Zellenkörper beispielsweise durch Vergasen entfernt.
Alternativ kann bei der Herstellung durch das Lost-Foam- Verfahren, sowohl die Wandungen des Zylinderkopfes als auch die zellulare Struktur im Lost-Foam-
Verfahren hergestellt werden. Hierbei wird die zellulare Struktur beim Gießen an der Fließfront der Metallschmelze vergast. Die verbleibenden Zellzwischenräume, die vor dem Gießen mit Sand gefüllt wurden, werden freigelegt und bilden die offenporige Struktur.
Vorzugsweise ist die offenporige, metallische Zellstruktur durch Schäumen hergestellt. Dazu eignen sich insbesondere Aluminiumlegierungen. Ferner weist Aluminium im Vergleich zu Stahl eine bessere Wärmeleitfähigkeit und eine geringere Dichte auf. Somit kann durch die Verwendung der Aluminiumlegierung sowohl die Kühlra- te verbessert als auch das Gewicht des Zylinderkopfes gesenkt werden.
Verfahrenstechnisch wird vorgeschlagen, dass der Zylinderkopf als Dünnwandguss gegossen wird, wobei anschließend ein schäumfähiger, metallischer Werkstoff eingegossen wird, der zu der offenporigen, metallischen Zellstruktur aufgeschäumt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Es zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kompressors mit einem Zylinderkopf und einem aufgeschnittenen Kolbengehäuse, und
Figur 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes gemäß Figur 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Gemäß Figur 1 umfasst ein Kompressor 2 einen Zylinderkopf 1 und ein Kolbenge- häuse 8, wobei zwischen dem Kolbengehäuse 8 und dem Zylinderkopf 1 eine Ventilplatte 9 angeordnet ist. Angetrieben wird der Kompressor 2 über eine Welle 10. Das Kolbengehäuse 8 ist in der Nähe der Ventilplatte 9 aufgeschnitten, so dass ein Kolbenraum 11 sichtbar ist. Im Inneren des Kolbenraumes 11 bewegt sich ein - hier nicht dargestellter - Kolben axial auf und nieder.
Nach Figur 2 weist der Zylinderkopf 1 vier Kühlmittel führende Bereiche 3a-3d sowie zwei Luft führende Bereiche 4a, 4b auf. Die vier Kühlmittel führenden Bereiche 3a-3d sind im Wesentlichen um die zwei Luft führenden Bereiche 4a, 4b angeordnet, wobei die vier Kühlmittel führenden Bereiche 3a-3d unmittelbar an den Luft führen- den Bereich 4a angrenzen, um die komprimierte Luft herunterzukühlen. Auch die
Ventilplatte 9 ist mäanderförmig von - hier nicht dargestellten - kühlmittelführenden Kanälen durchzogen.
Die beiden Luft führenden Bereiche 4a, 4b umfassen einen luftzuführenden Kanal 5 zur Einspeisung der zu komprimierenden Luft in den Kompressor 2 und einen luftab- führenden Kanal 6 zum Auslass einer vom Kompressor 2 komprimierten Druckluft. Die zu komprimierende Luft wird von - hier nicht dargestellten - Anschlüssen am Zylinderkopf 1 dem Kolbenraum 11 zugeführt. Nach der Kompression der Luft im Kolbenraum 11 entweicht die Druckluft über ein - hier nicht dargestelltes - Auslass- ventil und wird über den luftabführenden Kanal 6 zu den Anschlüssen am Zylinderkopf 1 geführt.
Der luftabführende Kanal 6 umfasst eine offenporige, metallische Zellstruktur 7, die in sechs Teilabschnitte 7a-7f aufgeteilt ist. Die offenporige, metallische Zellstruktur bietet eine sehr gute Wärmeableitung, welche durch eine am Wärmeübergang beteiligte Oberfläche auf engstem Raum realisiert wird. Ferner ergibt sich durch die offenporige, metallische Zellstruktur 7 zusätzlich eine Stützstruktur, die die mechanische Festigkeit des Zylinderkopfs 1 verbessert, wodurch eine geringe Wandstärke einer Wandung des Zylinderkopfs bei kurzen Wärmeleitwegen realisiert wird. Zur Herstellung des Zylinderkopfs 1 mit der offenporigen, metallischen Zellstruktur 7 wird der Zylinderkopf 1 als Dünnwandguss gegossen, wobei anschließend ein schäumfähiger, metallischer Werkstoff eingegossen wird, der zu der offenporigen, metallischen Zellstruktur 7 aufgeschäumt wird. Darüber hinaus ist der Zylinderkopf 1 für einen Kompressor 2 mit ESS (Energie Saving System) geeignet. Dazu weist der Zylinderkopf 1 zwei Öffnungen 13a, 13b für einen - hier nicht dargestellten - ESS-Kolben sowie ein Totraumvolumen 14 und eine Bohrung 15 für eine ESS Ansteuerung auf. Ferner weist der Zylinderkopf 1 acht Öffnungen 12a- 12h für -hier nicht dargestellte - Zylinderkopfschrauben auf. Bezugszeichenliste
1 Zylinderkopf
2 Kompressor
3a-3d Kühlmittel führender Bereich
4a, 4b Luft führender Bereich
5 luftzuführender Kanal
6 luftabführender Kanal
7a-7f Zell struktur
8 Kolbengehäuse
9 Ventilplatte
10 Welle
11 Kolbenraum
12a- 12h Öffnung
13a, 13b Öffnung
14 Totraumvolumen
15 Bohrung

Claims

A n s p r ü c h e
1. Zylinderkopf (1) für einen Kompressor (2), umfassend mindestens einen Kühlmittel führenden Bereich (3a) sowie mindestens zwei Luft führende Bereiche (4a, 4b), wobei der mindestens eine Kühlmittel führende Bereich (3a) zumindest teilweise um die mindestens zwei Luft führenden Bereiche (4a, 4b) angeordnet ist, wobei ferner die mindestens zwei Luft führenden Bereiche (4a, 4b) mindestens einen luftzuführenden Kanal (5) zur Einspeisung der zu komprimierenden Luft in den Kompressor (2) und mindestens einen luftabführenden Kanal (6) zum Auslass einer vom Kompressor (2) komprimierten Druckluft aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine luftabführende Kanal (6) eine offenporige, metallische Zellstruktur (7) umfasst.
2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine luftabführende Kanal (6) zumindest teilweise als offenporige, metallische Zellstruktur (7) ausgebildet ist.
3. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige, metallische Zellstruktur (7) durch Verwendung von Einlegkörpern hergestellt ist.
4. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige, metallische Zellstruktur (7) durch mechanische Fertigung hergestellt ist.
5. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige, metallische Zellstruktur (7) durch ein Lost-Foam- Verfahren hergestellt ist.
6. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige, metallische Zell struktur (7) durch Schäumen hergestellt ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (1) als Dünnwandguss gegossen wird, wobei anschließend ein schäumfähiger, metallischer Werkstoff eingegossen wird, der zu der offenporigen, metallischen Zellstruktur (7) aufgeschäumt wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige, metallische Zellstruktur (7) als vorgeformtes Halbzeug in eine Gießform eingelegt wird und zur Bildung des Zylinder- kopfes (1) umgössen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Negativform der offenporigen, metallischen Zellstruktur (7) in die Gießform eingelegt wird.
10. Kompressor (2) umfassend einen Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
EP15739260.6A 2014-08-13 2015-07-17 Zylinderkopf für einen kompressor mit besonders effizienter luftkühlung Withdrawn EP3180517A1 (de)

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DE102014111527.9A DE102014111527B4 (de) 2014-08-13 2014-08-13 Zylinderkopf für einen Kompressor mit besonders effizienter Luftkühlung
PCT/EP2015/066375 WO2016023704A1 (de) 2014-08-13 2015-07-17 Zylinderkopf für einen kompressor mit besonders effizienter luftkühlung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
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ID=53682701

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