EP3615798A1 - Verdichteranordnung für eine druckluftzuführung einer druckluftversorgungsanlage - Google Patents

Verdichteranordnung für eine druckluftzuführung einer druckluftversorgungsanlage

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EP3615798A1
EP3615798A1 EP18716604.6A EP18716604A EP3615798A1 EP 3615798 A1 EP3615798 A1 EP 3615798A1 EP 18716604 A EP18716604 A EP 18716604A EP 3615798 A1 EP3615798 A1 EP 3615798A1
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EP
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bearing
connecting rod
compressor
drive shaft
arrangement
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    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/121—Casings

Definitions

  • the invention relates to a compressor arrangement for a compressed air supply of a compressed air supply system for operating a pneumatic system, comprising: a compressor, in particular a compressor, with at least one cylinder and at least one connecting rod in a connecting rod plane, wherein the at least one connecting rod further comprises a compressor piston and at least one connecting rod bearing, a drive having an axis of rotation and a drive shaft, and a housing, wherein the drive shaft is mounted in at least one drive shaft bearing and has a connecting rod end and a constricting end, and the drive shaft arranged an eccentric to the axis of rotation of the drive at the connecting rod end end connecting rod receiving portion having.
  • the invention also relates to a compressed air supply system for operating a pneumatic system.
  • Compressors in particular compressors in compressed air supply systems in vehicles, are well known.
  • high durability, robustness, efficiency, and low-noise and low-vibration operation are important aspects.
  • DE 10 2005 009 445 B4 describes a compressor unit for generating compressed air in a vehicle, comprising a reciprocating compressor and a motor for driving the reciprocating compressor, wherein the piston is driven via a connecting rod / crank arrangement of the engine via a motor shaft, characterized that the crank drive during assembly of the compressor unit in the longitudinal direction of the motor shaft is adjustable on the motor shaft.
  • a compressor arrangement of DE 10 2004 020 104 A1 shows a double piston for a compressor, with an elongate piston carrier which has a piston at each end, and with a connecting rod extending approximately parallel to the piston carrier, which is rotatably mounted on a pin of the piston carrier by means of a drive shaft bearing is and can be stored at a distance thereof by means of a connecting rod bearing on an eccentric drive means; Drive shaft bearings and connecting rod bearings are therefore a distance above each other in approximately the same axial direction.
  • the piston carrier contains in a middle region which extends between the two pistons, a space dimensioned for freely movable reception of the connecting rod, in which the connecting rod is received in a freely movable manner.
  • DE 2424562 A1 describes a method of direct mass balance.
  • the direct mass balance is characterized in that the piston has its center of gravity in its axis of rotation about the piston pin, a balance weight is attached to the connecting rod and the system of all oscillating parts is balanced so that the common center of gravity is in the axis of rotation of the crankshaft.
  • the invention begins, whose task is to provide an arrangement in an improved manner, in particular a compressor assembly, a compressed air supply system and a vehicle, which addresses in particular the above-mentioned problems.
  • the object concerning the compressor arrangement is solved by the invention with a compressor arrangement of claim 1.
  • the task relating to the compressed air supply system is achieved by the invention with a compressed air supply system of claim 1 6.
  • the invention also leads to a vehicle of claim 17 with the compressor arrangement of claim 1 and / or the compressed air supply system of claim 1 6.
  • the invention relates to a compressor arrangement for a compressed air supply of a compressed air supply system, for operating a pneumatic system, comprising: a compressor, in particular a compressor, with at least one cylinder and at least one connecting rod in a connecting rod plane, wherein the at least one connecting rod further comprises a compressor piston and at least one connecting rod bearing comprising a drive with a rotation axis and a drive shaft, and a housing, wherein the drive shaft is mounted in at least one drive shaft bearing and has a connecting rod end and a connecting end, and the drive shaft arranged eccentrically to the axis of rotation of the drive at the connecting rod end end connecting rod Receiving section has.
  • the at least one drive shaft bearing and the at least one connecting rod bearing are arranged such that the at least one drive shaft bearing is located at least partially within the at least one connecting rod bearing in the radial direction.
  • the case that the drive shaft bearing is completely in the connecting rod bearing interior is referred to as complete coverage.
  • the synergetic aim of the concept of the invention is to prevent negative, in particular caused by bending mechanical effects such as vibrations, structure-borne noise and airborne sound development both by the axially overlapping bearing arrangement and by the improved introduction of the connecting rod forces in the housing as possible.
  • This is achieved in particular by the axial arrangement of the first bearing or A-bearing within the connecting rod bearing and the frame-fixed attachment of the inner ring of the A-bearing on the frame-fixed axle journal.
  • tilting moments are reduced or avoided on the drive shaft bearings, in particular on a first bearing or A-bearing and on the drive shaft acting axial forces.
  • low-noise and low-vibration operation is of great importance, since here, in contrast to applications in the truck sector, the acoustic requirements are higher or more sensitive.
  • the concept preferably provides the basis for a functioning in an improved manner, in particular vibration and low noise compressor assembly. Furthermore, a reduction of forces and / or moments, and in particular a reduction of the dynamic loads and vibrations associated with the forces and / or moments, lead to a gentler mode of operation which has a positive effect on the efficiency and longevity of the compressor arrangement.
  • these loads include, in particular, tilting moments acting on the connecting rod bearing, which occur in a conventional drive shaft bearing by shaft bending.
  • the reduction or avoidance of such tilting moments by a storage according to the concept of the invention leads to a better durability of the connecting rod;
  • the connecting rod can thereby be designed smaller and thus lighter, in particular in a constructive optimization.
  • the drive shaft is mounted in the connecting rod-side drive shaft bearing, which is arranged on a connecting rod end of the drive shaft in a bearing plane, as the first bearing on a first bearing receiving section arranged coaxially with the axis of rotation.
  • the further development is based on the consideration that a distance in the axial direction between the bearing plane of the first bearing, or A-bearing and connecting rod plane, leads to a bending moment, which in particular in a Forming the drive shaft results.
  • a deformation can lead to possibly unfavorable dynamic load conditions and noise and vibration development in the case of a rotating drive shaft.
  • noise and vibration developments can be further enhanced by possibly over the operating time increasing bearing clearance.
  • Deformations of the drive shaft are due in particular to connecting rod forces, which arise in a compression of the air by the movement of the compressor piston in the cylinder and are passed through the connecting rod bearing and / or the first bearing or A-bearing in the drive shaft.
  • the bending moment is proportional to the Pleuel practicen and the distance in the axial direction between the bearing plane and the connecting rod level.
  • the development has recognized that with a reduction of the distance in the axial direction between the bearing plane of the first bearing or A-bearing and the connecting rod plane of the connecting rod acting on the drive shaft bending moment is reduced.
  • a reduction can be achieved in particular if the first bearing or A-bearing is arranged in the radial direction within the connecting rod bearing.
  • the distance in the axial direction between the bearing plane of the first bearing or A-bearing and the connecting rod level of the connecting rod bearing caused by a connecting rod, acting on the drive shaft bending moment is completely avoided.
  • the drive shaft is mounted in the arranged at a connecting rod distal end of the drive shaft connecting rod drive shaft bearings as a second bearing on a coaxial with the axis of rotation at the end of the connecting rod remote second bearing-receiving portion.
  • the housing may include and house the compressor assembly and / or the drive and / or other components, and particularly advantageously modular in particular, in each case for compressor assembly and drive individually, but composable, be formed.
  • the compressor assembly of the first bearing receiving portion for receiving the first bearing is formed as a cylindrical cavity, and / or the first bearing is further mounted on a frame fixed to the housing and mounted substantially coaxially to the axis of rotation journals, wherein the first bearing in the cylindrical cavity between the first bearing receiving portion and the journal sits.
  • the first bearing firmly seated on the axle journal and stuck in the first bearing-receiving portion and the axle journal and the first bearing-receiving portion rotatably connects relative to each other.
  • the bearing outer ring of the first bearing is fixed to the bearing-receiving section of Drive shaft connected. In this way, a rotational relative movement between the frame-fixed axle journal and the drive shaft is made possible about the axis of rotation.
  • the compressor has a plurality of, in particular a first connecting rod and a second connecting rod. Specifically, this may involve compressing gas, especially air, into two or more compression chambers.
  • a two-stage compressor is realized by the arrangement of two cylinders, the cylinders each having a compressor piston and a connecting rod. These are driven in particular by a drive shaft and are preferably arranged such that the overall system is in a practically balanced state.
  • a two-stage compressor leads in particular to the advantages of higher achievable efficiencies and compression pressures.
  • first connecting rod and the second connecting rod are arranged such that the first connecting rod in a first bearing spacing and the second connecting rod are arranged in a second bearing distance in the axial direction, ie in the direction of the axis of rotation, to the bearing plane.
  • first and the second bearing spacing can be selected depending on the design requirement such that in particular deformations of the drive shaft and loads on the connecting rod and bearing can be minimized as possible.
  • bending moments acting on the drive shaft can be minimized by reducing the bearing distance to the connecting rod receiving the larger forces.
  • the setting of the bearing spacing can be used advantageously to produce a wave bending, in particular to compensate for a deformation of the axle journal.
  • This is illustrated by way of example in the drawing in FIG. 3 and further explained in connection with FIG. 3 by way of example within the framework of a preferred embodiment.
  • the first connecting rod and the second connecting rod are arranged such that the bearing plane in the axial direction centrally between a first connecting rod plane (already here for clarity: in the drawing with P1) and a second connecting rod level (already here for clarification: indicated in the drawing by P2).
  • this means that the first and the second connecting rod level are arranged in an equal axial distance in terms of magnitude, but in the opposite direction to the bearing plane.
  • the compressor has a first connecting rod, which is arranged in the bearing plane of the first bearing, the bearing distance between the connecting rod level and bearing level is practically equal to zero.
  • a two-stage compressor can also be realized within a cylinder with a compressor piston which can be pressurized on both sides.
  • the compressor has a first connecting rod, which is arranged at an axial bearing distance to the first bearing.
  • This Forming, in particular a bending of the drive shaft, for example, can be advantageously used to compensate for a deformation of the axle journal. This is illustrated by way of example in the drawing in FIG. 3 and further explained in connection with FIG. 3 by way of example within the framework of a preferred embodiment.
  • the first connecting rod and the compressor piston are rigidly connected to each other, in particular the compressor is designed as a wobble piston compressor.
  • the compressor is designed as a single-stage compressor. Specifically, this means that the gas, in particular the air, is compressed in a compression chamber.
  • This compression chamber is formed by the interior of the cylinder and the conrod-side opposite side of the compressor piston.
  • the compressor is designed as a multi-stage compressor, in particular two-stage compressor.
  • Such a multi-stage compressor can be realized by the arrangement of several, in particular two, pistons, the pistons each having a compressor piston and a connecting rod. These are driven in particular by a drive shaft and are preferably arranged such that the overall system is in a practically balanced state.
  • the gas can be compressed, for example, in two compression chambers, which are each formed by a cylinder and a double-sided pressurizable compressor piston.
  • the connecting rod opposite side of the compressor piston in this case forms, together with the lying on this side of the compressor piston interior of the cylinder, the first compression chamber.
  • the side facing the connecting rod further forms, together with the interior of the cylinder located on that side of the compressor piston, the second compression chamber.
  • the connecting rod bearing is formed as a rolling bearing, in particular a ball bearing, needle roller bearings, cylindrical roller bearings, roller bearings or the like rolling bearing.
  • Needle and cylindrical roller bearings and rolling bearings with cylindrical rolling elements generally have a high radial load capacity due to the line contact with the running surface.
  • Ball bearings have a relatively high axial and radial load capacity due to the osculation in the rolling contacts.
  • Barrel bearings also allow, due to the crowned design of the rolling elements and a hollow spherical outer ring raceway, a certain oscillating movement between the inner and outer ring.
  • the first bearing and / or the second bearing is formed as a sliding bearing. Specifically, this can be achieved by a lubricated or lubrication-free slide bearing. This leads advantageously to a low-maintenance, particularly preferably maintenance-free, interpretation of the rotatable connection, since they - apart from the Relativbewe- between shaft and bearing - no moving parts, in particular no rolling elements, has.
  • the first bearing and / or the second bearing is fixed non-positively, in particular by a tolerance ring.
  • the tolerance ring may be formed by a metal spring ring, or a ring made of rubber or plastic with a suitable cross section, or another suitable, compressible connecting element.
  • the first bearing or A-bearing and / or the second bearing or B-bearing alternatively and / or additionally also in other ways, for example by a form-fitting locking ring arranged in the axial direction or by frictional or thermal Shrink, be fixed.
  • a tolerance ring may relate both to the inside of the inner ring and on the outside of the outer ring of the respective bearing. Consequently, for example, a tolerance ring arranged between the cavity and the outer ring of the first bearing would be possible for the first bearing as well as between a tolerance ring arranged between the axle journal and the inner ring.
  • the invention leads to the solution of the problem also to a compressed air supply system for operating a pneumatic system.
  • This compressed air supply system comprises: an aforementioned compressor assembly, an air dryer and a valve assembly.
  • the invention for solving the problem also leads to a vehicle with a compressed air supply system and a pneumatic system, wherein the compressed air supply system has a compressor arrangement according to the concept of the invention.
  • a compressor arrangement according to the concept of the invention is advantageous in particular in passenger cars, since high acoustic requirements prevail in the area of the passenger cars and a low-noise and low-vibration operation of the compressor arrangement is or is of great importance.
  • Fig. 1 shows a compressor arrangement according to a particularly preferred
  • Fig. 6 is a schematic representation of a vehicle with a compressed air supply system.
  • Fig. 1 shows a compressor arrangement with a compressor 100 according to a particularly preferred embodiment of the invention.
  • a first connecting rod 140 is oscillated with a first compressor piston 150 and practically moved up and down along the axis of symmetry of the first cylinder 170.
  • the first compressor piston 150 is near top dead center, i. H. at the upper end of the stroke H, shown. Due to the fact that it is a wobble piston compressor in the embodiment shown here, that is, the first connecting rod 140 and the first compressor piston 150 are rigidly connected, the oscillating movement is predominantly, but not completely translational. Therefore, the first connecting rod 140 and the first compressor piston 150 in the up and down movement perform a kinematics corresponding, tumbling motion.
  • a second connecting rod 141 is oscillated in a second cylinder 171 with a second compressor piston 151 and is moved up and down practically along the symmetry axis of the second cylinder 171.
  • first compressor piston 150 with the first connecting rod 140 or the second compressor piston 151 with the second connecting rod 141 are each articulated, in particular in each case by means of a bearing, as is usual with reciprocating compressors. are connected.
  • a multi-stage compressor may be formed by a single-piston compressor, which forms, by appropriately stepped piston and cylinder or by a multi-sided pressurizable piston, a plurality of compression chambers.
  • the drive shaft 220 is mounted in a housing 440 by means of a first connecting rod-side drive shaft bearing or A-bearing 360 and a second drive-shaft bearing or B-bearing 362 remote from the payload.
  • both the A-bearing 360 and the B-bearing 362 can be fastened by means of a tolerance ring 1 64 not shown here.
  • This attachment which serves in particular a fixed bearing seat, can refer both to the inside of the respective bearing 360, 362, as well as on the outside of the respective bearing 360, 362.
  • the two cylinders 170, 171 are arranged practically opposite one another with regard to the axis of rotation A.
  • these are advantageously arranged such that cancel the linear inertial forces of the system moving masses, in particular the connecting rods, compressor pistons and sleeves, during the movement.
  • this canceling function of an opposing piston can be achieved by a balance weight.
  • the cylinder With a cylinder or piston number greater than two, the cylinder must be analogous to achieving a mass balance be arranged about the axis of rotation A, that compensate for the inertial forces overall.
  • the connecting rods 140, 141 further each have on their the compressor piston 150, 151 opposite sides on a connecting rod, which serves to receive a connecting rod bearing 1 60, 1 61.
  • the connecting rod bearing 160, 1 61 also serves for the rotatable connection of the connecting rod 140, 141 with a connecting rod receiving portion 320 of a drive shaft 220th
  • connecting rod receiving portion 320 is integrally connected to the drive shaft 220;
  • connecting rod receiving portion 320 and drive shaft 220 are designed in two pieces and are joined together via a corresponding positive, non-positive or cohesive connection.
  • the drive shaft 220 further has at a connecting rod-side end PS in addition to the outer connecting rod receiving portion 320, an inner first bearing on receiving portion 380.
  • the outer connecting rod receiving portion 320 has a cylindrical outer shape, which receives the inner ring of the connecting rod bearings 1 60, 1 61.
  • the inner first bearing receiving portion 330 has a cylindrical inner shape, and serves to receive the first bearing or A-bearing 360.
  • Both conrod bearing 1 60, 161 and first bearing or A-bearing 380 and second bearing or B- Bearings 382 may be attached to the drive shaft 220 in various ways. In particular, this attachment can be done positively, for example, by suitable fasteners, non-positively by shrinking or by a combination of the aforementioned or other principles of action.
  • the A-bearing 360 is also connected via a frame-fixed axle journal 450 with the housing 440th This means that the inner ring of the A-bearing 360 is fixedly mounted on the axle journal 450, while the outer ring of the A-bearing 360 is rotatably mounted about the axis of rotation A.
  • the stub axle 450 in this case makes it possible, in a particularly advantageous manner, to introduce connecting forces into the wall of the housing 440 as directly as possible without significant bending moments occurring or significant deformations occurring due to bending moments occurring.
  • journal 450 can be reduced to a negligible level by a corresponding dimensioning of the journal 450, in particular by an increase in the journal diameter AD and / or a reduction of the journal lever AH.
  • the first connecting rod bearing 1 60 are arranged in a first connecting rod plane P1 and the second connecting rod bearing 1 61 in a second connecting rod plane P2 to the A-bearing 360, that the storage plane LE of the A-bearing 360 in the axial direction centrally between the connecting rod planes P1 and P2 is located.
  • the connecting rod receiving portion 320 is arranged eccentrically to the axis of rotation A of the drive shaft 220. This means that the symmetry axis of the first bearing receiving section 380 lying on the axis of rotation A is arranged parallel but offset from the cylindrical axis of the cylindrical connecting rod receiving section 320 lying on the eccentric axis Ex of the connecting rod bearings 160, 1161.
  • the drive shaft 220 serves to transmit the rotational movement generated by a drive 200 to the connecting rods 140, 141.
  • the drive shaft 220 is driven by an electric motor 290.
  • the A-bearing 360 is arranged in the axial direction centrally between the connecting planes P1 and P2. In this way, bending moments acting on the drive shaft 220 are substantially reduced, or avoided, since virtually all connecting rod forces act essentially within the bearing plane LE and thus virtually no or only a small lever arm can arise for a bending moment acting on the drive shaft 220.
  • FIGS. 2A to 2C there is shown schematically a situation with a single connecting rod bearing 260 'and a single drive shaft bearing 260.
  • This situation symbolically also stands for an embodiment shown in FIG. 1 or FIG.
  • the connecting rod bearing 260 'of FIG. 2 symbolically represents a connecting rod bearing arrangement 1 60, 1 61 of FIG. 1 or FIG. 3 and the drive shaft bearing 260 of FIG. 2 symbolically for a drive shaft bearing arrangement 360 of FIG. 1 or FIG 3.
  • FIG. 2A shows a development in which the connecting rod bearing 260 'and drive shaft bearing 260 partially overlap.
  • this displacement can also be implemented in the direction away from the drive 200 according to FIG. 1 (in FIG. 2A, FIG. 2B, this would then be to the left).
  • the one axial distance is referred to, with which the drive shaft bearing 260 protrudes into the connecting rod bearing interior 190.
  • the overlap UD results in the embodiment shown in FIG. 2A, the width BP of the connecting rod bearing 260 ', the width BA of the drive shaft bearing 260 and the axial distance SA.
  • the overlap UD is comparatively small; in particular, the drive shaft bearing 260 protrudes less at a distance UD into the connecting rod bearing interior 1 90, which is less than half its axial width BA.
  • This case of a "simple" coverage UD can be expressed by the following relationship: UD ⁇ 0.5 * BA.
  • FIG. 2B another possible arrangement of connecting rod bearing 260 'and drive shaft bearing 260 is shown. It is essential that the overlap UD 'of the embodiment of FIG. 2B that is varied in FIG. 2B is greater than the overlap UD of the embodiment illustrated in FIG. 2A.
  • the drive shaft bearing 260 protrudes into the connecting rod bearing inner space 190 as a result of an enlarged cover UD ', wherein the enlarged overlap UD' is greater than half the axial width BA of the drive shaft bearing 260.
  • This case of the enlarged and thus "predominant" overlap UD ' can be expressed by the following relationship: 0.5 * BA ⁇ UD ' ⁇ BA.
  • FIG. 2C shows a third possible bearing arrangement, in which particularly advantageously the axial center plane EP of the connecting rod bearing 260 'and the axial center plane EA of the drive shaft bearing 260 coincide in a bearing plane E.
  • FIGS. 3A-3D show different arrangements of A-bearings and connecting rod bearings according to the concept of the invention.
  • a bearing assembly is shown according to a development in which cover A-bearing 360 and connecting rod bearing 1 60 in the axial direction practically exactly.
  • FIG. 3B shows a bearing arrangement according to a further development of the invention.
  • the connecting rod bearing 160 is arranged on the connecting rod receiving portion 320 and the A-bearing 360 in the A-bearing receiving portion 380 such that an offset in the axial direction between the connecting rod bearing 160 and A-bearing 360. Consequently, the connecting rod level P of the connecting rod bearing 160 and the bearing plane LE of the A bearing 360 are located in the axial direction at a bearing distance LA parallel to one another.
  • a bending moment caused by the connecting forces which is formed by the connecting rod force FP and a lever arm with the length LA, acts on the connecting rod receiving portion 320 of the drive shaft 220.
  • Such a bearing arrangement can be used in an advantageous manner to compensate for a deformation caused by a bending moment of the journal 450 by means of a bearing distance LA specifically caused deformation of the drive shaft 220.
  • a bearing assembly is shown by way of example according to another embodiment of the invention.
  • This training is about a compressor with not shown here two cylinders 170, 171 and correspondingly two connecting rods 140,141 also not shown here.
  • the corresponding connecting rod bearings 1 60,161 are here axially arranged next to each other on the connecting rod receiving portion 320.
  • the A-bearing 360 is arranged for this purpose within the A-bearing receiving portion 180 and on the journal 450 such that the bearing plane LE in the axial direction is located centrally between the connecting rod planes P1, P2.
  • the central arrangement of the A-bearing 360 in the axial direction between the connecting rod bearings 1 60, 1 61 is a compromise to minimize the bending forces caused by Pleuel specification FP1, FP2 bending moments, since due to the arrangement of the Pleuelebenen P1 and P2 outside the storage level LG is not completely bending moment-free support of the drive shaft 220 is possible.
  • the first connecting rod bearing 1 60 is displaced by a first bearing distance LA1 in the negative axial direction, ie in the direction of the wall of the housing 440 to which the axle journal 450 is fastened.
  • the second connecting rod bearing 1 61 is arranged in the positive axial direction, ie in the direction of the freestanding front end of the axle journal 450, by a second bearing spacing LA2, which in the present case is equal to the first bearing clearance LA1.
  • a bearing assembly according to yet another embodiment of the invention is shown.
  • the A-bearing 360 with respect to the connecting rod bearings 1 60, 161 arranged such that the bearing spacings LA1 and LA2 are each different in size.
  • connecting rods 140, 141 which are approximately equally loaded in terms of magnitude, a resulting total connecting force, which is guided from the two connecting rods 140, 141 and thus both connecting rod bearings 1 60, 161, essentially does not engage within the bearing plane E.
  • the resulting, specifically induced deformation can, analogous to the bearing arrangement described in Fig. 3B, be used to compensate for the deformation of the journal 450.
  • a bearing arrangement shown in FIG. 3D can furthermore be used selectively to take account of and compensate for this circumstance.
  • the connecting rod force FP2 acting on the second connecting rod bearing 161 is greater than the connecting rod force FP1 acting on the first connecting rod bearing 1 60. Consequently, the axial position of the A-bearing 360 is shifted in the direction of the more heavily loaded connecting rod bearing, in this case the connecting rod bearing 161, so that the second bearing clearance LA2 is smaller than the first bearing clearance LA1.
  • Critical deformation in this context refers to a deformation which leads directly or indirectly to one or more of the disadvantages mentioned at the outset, in particular with regard to noise and vibration development and wear behavior.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a deflection of a drive shaft 220 and a stub axle 450. In this simplified view, the deformations are exaggerated.
  • a connecting rod force FP which acts on the connecting rod bearing 1 60, is transmitted to the drive shaft 220 and thus to the A bearing 360.
  • the drive shaft 220 is deformed such that the B-bearing 362 as low as possible forces, in particular lateral forces and Tipping moments, act.
  • the pin deflection ZA is thus partially or completely compensated.
  • FIG. 5 shows a greatly simplified, schematic overview of a compressed air supply system 500 with a compressor arrangement 1000 according to the concept of the invention for supplying a pneumatic system 600.
  • the compressed air supply system 500 has an air intake 0 for sucking in fresh air, which continues to carry fluid with an inlet of the compressor 100 , in particular gas-conducting, is connected.
  • the compressor 100 is driven as part of the compressor assembly 1000 by a drive 200 via a drive shaft 220.
  • the compressed fresh air is further provided via a compressed air source 1, which is followed by a branch 510.
  • a vent valve 520 a vent 3 is connected.
  • an air dryer 520 is connected to the branch 510, which continues to lead to a compressed air connection 2.
  • the pneumatic system 600 can be, for example, an air spring system or a further pneumatic system, in particular a vehicle. Furthermore, individual valves, throttles and the like adjusting means and individual components, in particular the pneumatic system, not shown in this illustration for reasons of clarity and simplicity.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a vehicle 800 - present in the form of a car - with a compressed air supply system 500 and a pneumatic system 600.
  • a low-noise and low-vibration operation is of great importance, since here, in contrast to Applications in the truck sector, the acoustic requirements are higher or more sensitive. This, therefore, without limiting the applicability for trucks or other commercial vehicles, exemplified car 800 has four wheels 801, 802, 803 and 804, of which the two respective front wheels are shown here due to the sectional view.
  • the pneumatic system 600 has four air springs 601, 602, 603 and 604, of which the two respective front air springs are shown here analogous to the wheels due to the sectional view.
  • the air springs 601, 602, 603 and 604, which are respectively associated with the wheels 801, 802, 803 and 804, are supplied as part of the pneumatic system 600 by the compressed air supply system 500 with compressed air.
  • the compressed air supply system 500 is fluidly connected via the gallery 570 with the components of the pneumatic system 600, in this case the air springs 601, 602, 603 and 604 shown here.
  • the compressed air supply system 500 is shown greatly simplified in this illustration, so that only the compressed air reservoir 560 and the compressor 100 according to the concept of the invention is visible.
  • the compressor 100 according to the concept of the invention can additionally or alternatively be used independently of the compressed air supply system in a modification not shown here.
  • the concept preferably provides the basis for a functioning in an improved manner, in particular vibration and low noise compressor assembly. Furthermore, a reduction of forces and / or moments, and in particular a reduction of the dynamic loads and vibrations associated with the forces and / or moments, lead to a gentler mode of operation which has a positive effect on the efficiency and longevity of the compressor arrangement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdichteranordnung für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage, aufweisend: einen Verdichter, insbesondere Kompressor, mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem Pleuel in einer Pleuelebene, wobei das mindestens eine Pleuel weiter einen Verdichterkolben und mindestens ein Pleuellager aufweist; einen Antrieb mit einer Drehachse und einer Antriebswelle, sowie einem Gehäuse, wobei die Antriebswelle in mindestens einem Antriebswellenlager gelagert ist und ein pleuelseitiges Ende und ein pleuelfernes Ende aufweist; und die Antriebswelle einen exzentrisch zur Drehachse des Antriebs am pleuelseitigen Ende angeordneten Pleuel-Aufnahmeabschnitt aufweist. Erfindungsgemäß ist bei der Verdichteranordnung vorgesehen, dass das mindestens eine Antriebswellenlager und das mindestens eine Pleuellager derartig angeordnet sind, dass sich das mindestens eine Antriebswellenlager in radialer Richtung zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Pleuellagers befindet.

Description

Verdichteranordnung für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage
Die Erfindung betrifft eine Verdichteranordnung für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage, aufweisend: einen Verdichter, insbesondere Kompressor, mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem Pleuel in einer Pleuelebene, wobei das mindestens eine Pleuel weiter einen Verdichterkolben und mindestens ein Pleuellager aufweist, einen Antrieb mit einer Drehachse und einer Antriebswelle, sowie einem Gehäuse, wobei die Antriebswelle in mindestens einem Antriebswellenlager gelagert ist und ein pleuelseitiges Ende und ein pleuelfernes Ende aufweist, und die Antriebswelle einen exzentrisch zur Drehachse des Antriebs am pleuel- seitigen Ende angeordneten Pleuel-Aufnahmeabschnitt aufweist.
Die Erfindung betrifft auch eine Druckluftversorgungsanlage zum Betreiben einer Pneumatikanlage.
Verdichter, insbesondere Verdichter in Druckluftversorgungsanlagen in Fahrzeugen, sind allgemein bekannt. Allgemein stellen bei der Verbesserung eines solchen Verdichters eine hohe Lebensdauer, Robustheit, Effizienz sowie ein geräusch- und vibrationsarmer Betriebs wichtige Aspekte dar.
Verdichter, welche die Einstellbarkeit des Kurbeltriebs auf die Motorwelle zwecks Reduzierung des Lagerspiels und somit der Geräuschentwicklung vorsehen, sind bekannt. So beschreibt DE 10 2005 009 445 B4 ein Kompressoraggregat zur Erzeugung von Druckluft in einem Fahrzeug, mit einem Kolbenkompressor und einem Motor zum Antrieb des Kolbenkompressors, wobei dessen Kolben über eine Pleuel/Kurbeltrieb-Anordnung von dem Motor über eine Motorwelle angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb beim Zusammenbau des Kompressoraggregates in Längsrichtung der Motorwelle auf der Motorwelle justierbar ist.
Eine Verdichteranordnung der DE 10 2004 020 104 A1 zeigt einen Doppelkolben für einen Verdichter, mit einem länglichen Kolbenträger, der an jedem Ende einen Kolben aufweist, und mit einem etwa parallel zum Kolbenträger verlaufenden Pleuel, das mittels eines Antriebswellenlagers auf einem Bolzen des Kolbenträgers drehbar gelagert ist und im Abstand davon mittels eines Pleuellagers auf einem Exzenter einer Antriebseinrichtung lagerbar ist; Antriebswellenlager und Pleuellager liegen also in etwa in gleicher axialer Richtung ein Abstand übereinander. Der Kolbenträger enthält in einem mittleren Bereich, der sich zwischen beiden Kolben erstreckt, einen zur frei beweglichen Aufnahme des Pleuels bemessenen Zwischenraum, in dem das Pleuel frei beweglich aufgenommen ist.
Weiterhin sind Verfahren zum direkten Massenausgleich bei Kolbenmaschinen bekannt. DE 2424562 A1 beschreibt ein Verfahren des direkten Massenausgleichs. Der direkte Massenausgleich ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben seinen Schwerpunkt in seiner Drehachse um den Kolbenbolzen hat, am Pleuel ein Ausgleichsgewicht angebracht wird und das System aller oszillierender Teile so ausgewuchtet wird, dass der gemeinsame Schwerpunkt sich in der Drehachse der Kurbelwelle befindet.
Das Konzept, insbesondere die eingangs dargestellten Bauformen von Verdichteranordnungen, sind noch verbesserungswürdig, insbesondere hinsichtlich eines geräusch- und vibrationsarmen Betriebs sowie der Langlebigkeit des Verdichters.
Wünschenswert ist es daher, die Funktion einer Verdichteranordnung, insbesondere der mechanischen Kopplung von Antrieb und Verdichter, insbesondere hinsichtlich dieser Aspekte, nämlich eines geräusch- und vibrationsarmen Betriebs, zu verbessern. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, in verbesserter Weise eine Anordnung, insbesondere eine Verdichteranordnung, eine Druckluftversorgungsanlage und ein Fahrzeug, anzugeben, die insbesondere die o. g. Probleme adressiert.
Die Aufgabe, betreffend die Verdichteranordnung, wird durch die Erfindung mit einer Verdichteranordnung des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe, betreffend die Druckluftversorgungsanlage, wird durch die Erfindung mit einer Druckluftversorgungsanlage des Anspruchs 1 6 gelöst. Die Erfindung führt auch auf ein Fahrzeug des Anspruchs 17 mit der Verdichteranordnung des Anspruchs 1 und/oder der Druckluftversorgungsanlage des Anspruchs 1 6.
Die Erfindung geht aus von einer Verdichteranordnung für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage, aufweisend: einen Verdichter, insbesondere Kompressor, mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem Pleuel in einer Pleuelebene, wobei das mindestens eine Pleuel weiter einen Verdichterkolben und mindestens ein Pleuellager aufweist, einen Antrieb mit einer Drehachse und einer Antriebswelle, sowie einem Gehäuse, wobei die Antriebswelle in mindestens einem Antriebswellenlager gelagert ist und ein pleuelseitiges Ende und ein pleuelfernes Ende aufweist, und die Antriebswelle einen exzentrisch zur Drehachse des Antriebs am pleuel- seitigen Ende angeordneten Pleuel-Aufnahmeabschnitt aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das mindestens eine Antriebswellenlager und das mindestens eine Pleuellager derartig angeordnet sind, dass sich das mindestens eine Antriebswellenlager in radialer Richtung zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Pleuellagers befindet.
Damit ist vor allem gemeint, dass in einer Projektionsebene senkrecht zur Drehachse betrachtet - der Außendurchmesser des Antriebswellenlagers vollständig innerhalb des Innendurchmessers des Pleuellagers befindet; dies ist beispielhaft in Fig. 2A-2C dargestellt. Dies kann im Rahmen der Weiterbildung vor allem bedeuten, dass das Antriebswellenlager in axialer Richtung derartig entlang der Drehachse in Richtung des Pleuellagers oder des Antriebs --also seitlich- verschoben ist, dass es sich hinsichtlich seiner axialen Ausdehnung ganz oder teilweise innerhalb des Pleuellager-Innenraums befindet. Insbesondere kann dies vorteilhaft auch bedeuten, dass das Antriebswellenlager derart entlang der Drehachse des Antriebs in Richtung des Pleuellagers verschoben angeordnet ist, dass es mit einem bestimmten, als Überdeckung bezeichneten, Abstand in einen Pleuellager-Innenraum des Pleuellagers hineinragt. Der Fall, dass sich das Antriebswellenlager vollständig im Pleuellager-Innenraum befindet, wird als vollständige Überdeckung bezeichnet.
Insbesondere bei gleichzeitiger Anordnung des Antriebswellenlagers - in radialer Richtung betrachtet - innerhalb des Pleuellagers führt dies zu einer besonders vorteilhaften Ausbildung.
Insbesondere besteht das synergetische Ziel des Konzepts der Erfindung darin, negative, insbesondere durch Biegemomente hervorgerufene, mechanische Auswirkungen wie Vibrationen, Körperschall- und Luftschallentwicklung sowohl durch die sich axial überdeckende Lageranordnung als auch durch das verbesserte Einleiten der Pleuelkräfte in das Gehäuse möglichst zu unterbinden. Dies wird insbesondere erreicht durch die axiale Anordnung des ersten Lagers bzw. A-Lagers innerhalb des Pleuellagers sowie die gestellfeste Befestigung des Innenrings des A-Lagers am gestellfesten Achszapfen. Auf diese Weise werden nämlich insbesondere in vorteilhafter Weise Kippmomente auf die Antriebswellenlager, insbesondere auf ein erstes Lager bzw. A-Lager sowie auf die Antriebswelle wirkende Axialkräfte reduziert bzw. vermieden. Insbesondere bei Fahrzeugen im PKW-Bereich ist ein geräusch- und vibrationsarmer Betrieb von großer Bedeutung, da hier, im Unterschied zu Anwendungen im LKW-Bereich, die Akustikanforderungen höher bzw. sensibler sind.
Das Konzept bietet vorzugsweise die Basis für eine in verbesserter Weise funktionierende, insbesondere vibrations- und geräuscharme Verdichteranordnung. Weiterhin führen eine Reduzierung von Kräften und/oder Momenten sowie insbesondere eine Reduzierung der mit den Kräften und/oder Momenten verbundenen dynamischen Belastungen und Vibrationen, zu einer schonenderen Betriebsweise, welche sich auf Effizienz und Langlebigkeit der Verdichteranordnung positiv auswirken. Zu diesen Belastungen zählen vorliegend insbesondere auf das Pleuellager wirkende Kippmomente, welche bei einer herkömmlichen Antriebswellenlagerung durch Wellenbiegung entstehen. Die Reduzierung bzw. das Vermeiden derartiger Kippmomente durch eine Lagerung gemäß dem Konzept der Erfindung führt zu einer besseren Haltbarkeit des Pleuels; das Pleuel kann dadurch insbesondere in einer konstruktiven Optimierung kleiner und somit leichter ausgelegt werden.
Ebenfalls werden durch die insbesondere biegemomentfreie Lagerung der Antriebswelle gemäß dem Konzept der Erfindung auf den Verdichterkolben und insbesondere Dichtmanschette wirkende Radialkräfte reduziert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine höhere Lebensdauer der Verdichter- und Antriebskomponenten, insbesondere Pleuellager, Antriebswellenlager Verdichterkolben und/oder Manschette.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist bei der Verdichteranordnung die Antriebswelle in dem an einem pleuelseitigen Ende der Antriebswelle in einer Lagerebene angeordneten, pleuelseitigen Antriebswellenlager als erstes Lager an einem koaxial zur Drehachse angeordneten ersten Lager-Aufnahmeabschnitt gelagert ist.
Die Weiterbildung geht von der Überlegung aus, dass ein Abstand in axialer Richtung zwischen der Lagerebene des ersten Lagers, bzw. A-Lagers und Pleuelebene zu einem Biegemoment führt, welches insbesondere in einer Ver- formung der Antriebswelle resultiert. Eine derartige Verformung kann bei einer drehenden Antriebswelle zu gegebenenfalls unvorteilhaften dynamischen Be- lastungszuständen und einer Geräusch- und Vibrationsentwicklung führen. Derartige Geräusch- und Vibrationsentwicklungen können durch gegebenenfalls über die Betriebszeit zunehmendes Lagerspiel noch weiter verstärkt werden. Verformungen der Antriebswelle sind insbesondere auf Pleuelkräfte zurückzuführen, welche bei einem Verdichten der Luft durch die Bewegung des Verdichterkolbens im Zylinder entstehen und über das Pleuellager und/oder das erste Lager bzw. A-Lager in die Antriebswelle geleitet werden. Das Biegemoment ist dabei proportional zu den Pleuelkräften und dem Abstand in axialer Richtung zwischen der Lagerebene und der Pleuelebene.
Die Weiterbildung hat erkannt, dass bei einer Verringerung des Abstandes in axialer Richtung zwischen der Lagerebene des ersten Lagers bzw. A-Lagers und der Pleuelebene des Pleuels das auf die Antriebswelle wirkende Biegemoment reduziert wird. Eine Verringerung kann insbesondere erreicht werden, wenn das erste Lager bzw. A-Lager in radialer Richtung innerhalb des Pleuellagers angeordnet ist. Insbesondere wird bei einer vollständigen Vermeidung des Abstandes in axialer Richtung zwischen der Lagerebene des ersten Lagers bzw. A-Lagers und der Pleuelebene des Pleuellagers ein durch Pleuelkräfte hervorgerufenes, auf die Antriebswelle wirkendes Biegemoment vollständig vermieden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Antriebswelle in dem an einem pleuelfernen Ende der Antriebswelle angeordneten pleuelfernen Antriebswellenlager als zweites Lager an einem koaxial zur Drehachse am pleuelfernen Ende angeordneten zweiten Lager-Aufnahmeabschnitt gelagert ist.
Weiterhin ist in einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Lager innerhalb des Gehäuses und/oder an diesem angeordnet sind. Das Gehäuse kann die Verdichteranordnung und/oder den Antrieb und/oder weitere Komponenten umfassen und diese einhausen, und besonders vorteilhaft modular, das heißt insbesondere jeweils für Verdichteranordnung und Antrieb einzeln, aber zusammensetzbar, ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist bei der Verdichteranordnung der erste Lager-Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des ersten Lagers als ein zylindrischer Hohlraum ausgebildet, und/oder das erste Lager weiterhin auf einem gestellfest mit dem Gehäuse verbundenen und praktisch koaxial zur Drehachse angeordneten Achszapfen befestigt ist, wobei das erste Lager in dem zylindrischen Hohlraum zwischen dem ersten Lager-Aufnahmeabschnitt und dem Achszapfen sitzt.
Weiter geht die Weiterbildung von der Überlegung aus, dass eine Umkehrung der Befestigungsanordnung des ersten Lagers bzw. A-Lagers, nämlich die orts- bzw. gestellfeste Befestigung des Innenrings und eine drehbare Lagerung des Außenrings, in besonders vorteilhafter Weise eine Ableitung der Pleuelkräfte in das Gehäuse ermöglicht. Dies ist insbesondere der Fall, weil die gestellfeste Befestigung des ersten Lagers bzw. A-Lagers mittels eines gestellfesten Achszapfens in geringem axialen Abstand zur Wand des Gehäuses möglich ist. Durch den geringen axialen Abstand ist eine verbesserte Aufnahme der Pleuelkräfte möglich, insbesondere ohne durch Pleuelkräfte hervorgerufene Biegemomente und besonders bevorzugt ohne Verformung der Antriebswelle oder des Achszapfens.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Lager fest auf dem Achszapfen aufsitzt und in dem ersten Lager-Aufnahmeabschnitt festsitzt und den Achszapfen und den ersten Lager-Aufnahmeabschnitt relativ zueinander drehbar verbindet. Konkret bedeutet dies, dass der Lagerinnenring des ersten Lagers ortsfest auf dem Achszapfen befestigt ist, beispielsweise durch ein geeignetes form-, kraft, oder stoffschlüssiges Befestigungsverfahren. Weiterhin ist der Lageraußenring des ersten Lagers fest mit dem Lager-Auf nahmeabschnitt der Antriebswelle verbunden. Auf diese Weise wird eine rotatorische Relativbewegung zwischen dem gestellfesten Achszapfen und der Antriebswelle um die Drehachse ermöglicht.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Verdichter mehrere, insbesondere ein erstes Pleuel und ein zweites Pleuel aufweist. Konkret kann dies beinhalten, dass Gas, insbesondere Luft, in zwei oder mehreren Verdichtungskammern verdichtet wird. In diesem Fall wird ein zweistufiger Verdichter durch die Anordnung von zwei Zylindern realisiert, wobei die Zylinder jeweils über einen Verdichterkolben und ein Pleuel verfügen. Diese werden insbesondere von einer Antriebswelle angetrieben und sind bevorzugt derart angeordnet, dass sich das Gesamtsystem in einem praktisch ausgewuchteten Zustand befindet. Ein zweistufiger Verdichter führt insbesondere zu den Vorteilen höherer erreichbarer Wirkungsgrade und Verdichtungsdrücke.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Pleuel und das zweite Pleuel derartig angeordnet sind, dass das erste Pleuel in einem ersten Lagerabstand und das zweite Pleuel in einem zweiten Lagerabstand in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Drehachse, zur Lagerebene angeordnet sind. Konkret bedeutet dies, dass der erste und der zweite Lagerabstand je nach konstruktivem Erfordernis derart gewählt werden können, dass insbesondere Verformungen der Antriebswelle und Belastungen auf Pleuel und Lager möglichst minimiert werden können. Insbesondere für den Fall, dass ein Pleuel größere Kräfte aufnimmt als das andere, können auf die Antriebswelle wirkende Biegemomente dadurch minimiert werden, dass der Lagerabstand zu dem die größeren Kräfte aufnehmenden Pleuel verringert wird. Weiterhin kann das Einstellen des Lagerabstandes in vorteilhafter Weise genutzt werden, um eine Wellenbiegung, insbesondere zur Kompensation einer Verformung des Achszapfens, zu erzeugen. Dies ist in der Zeichnung in Fig. 3 beispielhaft dargestellt und im Zusammenhang mit der Fig. 3 beispielhaft im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform weiter erläutert. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Pleuel und das zweite Pleuel derartig angeordnet sind, dass sich die Lagerebene in axialer Richtung mittig zwischen einer ersten Pleuelebene (bereits hier zur Verdeutlichung: in der Zeichnung mit P1 bezeichnet) und einer zweiten Pleuelebene (bereits hier zur Verdeutlichung: in der Zeichnung mit P2 bezeichnet) befindet. Konkret bedeutet dies, dass die erste und die zweite Pleuelebene in einem betragsmäßig gleichen axialen Abstand, jedoch in entgegengesetzter Richtung zur Lagerebene angeordnet sind. Obwohl sich in dieser Weiterbildung keine der beiden Pleuelebenen in der Lagerebene befindet und somit auf die Antriebswelle wirkende Biegemomente auftreten, stellt die axial mittige Anordnung des ersten Lagers bzw. A-Lagers zwischen beiden Pleueln einen Kompromiss zur Minimierung der durch Pleuelkräfte entstehenden Biegemomente dar.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Kompressor ein erstes Pleuel aufweist, das in der Lagerebene des ersten Lagers angeordnet ist, der Lagerabstand zwischen Pleuelebene und Lagerebene praktisch gleich null ist. Konkret bedeutet dies, dass durch die Anordnung von erstem Pleuel und ersten Lager bzw. A- Lager ohne axialen Abstand mit einer Lageranordnung gemäß dem Konzept der Erfindung eine praktisch biegemomentfreie Aufnahme von Pleuelkräften erreicht wird.
Diese Weiterbildung kommt insbesondere für einstufige Verdichter mit einem Pleuel und einem Zylinder in Frage. Jedoch kann im Rahmen dieser biegemo- mentfreien, einfachen Pleuelanordnung wie untenstehend weiter beschrieben auch ein zweistufiger Verdichter innerhalb eines Zylinders mit einem beidseitig druckbeaufschlagbaren Verdichterkolben realisiert werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Kompressor ein erstes Pleuel aufweist, das in einem axialen Lagerabstand zum ersten Lager angeordnet ist. Konkret bedeutet dies, dass die auf die Antriebswelle wirkenden Pleuelkräfte zu einem Biegemoment führen, welches, in Abhängigkeit der konstruktiven Auslegung der Antriebswelle, insbesondere zu einer Verformung führen kann. Diese Ver- formung, insbesondere eine Biegung der Antriebswelle, kann beispielsweise vorteilhaft genutzt werden, um eine Verformung des Achszapfens zu kompensieren. Dies ist in der Zeichnung in Fig. 3 beispielhaft dargestellt und im Zusammenhang mit der Fig. 3 beispielhaft im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform weiter erläutert.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Pleuel und der Verdichterkolben starr miteinander verbunden sind, insbesondere der Verdichter als Taumelkolbenkompressor ausgebildet ist. Dies bedeutet konkret, dass Pleuel und Verdichterkolben im Wesentlichen einstückig ausgebildet sind. Dies führt zu dem Vorteil, dass weniger bewegte Teile zur Kopplung von Antrieb und Verdichterkolben eingesetzt werden müssen und gegebenenfalls auch keine Führungselemente für den Kolben zur Aufnahme seitlicher, durch das Pleuel eingeleiteter Kräfte, benötigt werden. Etwaige, sich durch die Taumelkinematik ergebende Spalte zwischen Zylinder und Verdichterkolben werden in einer derartigen Ausführungsform durch geeignete Dichtungen, insbesondere Kolbenmanschettendichtungen, abgedichtet.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Verdichter als einstufiger Verdichter ausgebildet ist. Konkret bedeutet dies, dass das Gas, insbesondere die Luft, in einer Verdichtungskammer verdichtet wird. Diese Verdichtungskammer wird von dem Innenraum des Zylinders und der dem Pleuel gegenüberliegenden Seite des Verdichterkolbens gebildet.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Verdichter als mehrstufiger Verdichter, insbesondere zweistufiger Verdichter, ausgebildet ist. Konkret bedeutet dies, dass das Gas, insbesondere die Luft, in zwei oder mehreren Verdichtungskammern verdichtet wird. Ein derartiger mehrstufiger Verdichter durch die Anordnung mehrerer, insbesondere von zwei, Kolben realisiert werden, wobei die Kolben jeweils über einen Verdichterkolben und ein Pleuel verfügen. Diese werden insbesondere von einer Antriebswelle angetrieben und sind bevorzugt derart angeordnet, dass sich das Gesamtsystem in einem praktisch ausgewuchteten Zustand befindet. Im Falle eines zweistufigen Verdichters kann das Gas beispielsweise in zwei Verdichtungskammern verdichtet werden, die jeweils durch einen Zylinder sowie einem beidseitig druckbeaufschlagbaren Verdichterkolben gebildet werden. Die dem Pleuel gegenüberliegende Seite des Verdichterkolbens bildet hierbei zusammen mit dem auf dieser Seite des Verdichterkolbens liegenden Innenraum des Zylinders die erste Verdichtungskammer. Die dem Pleuel zugewandte Seite bildet weiterhin zusammen mit dem auf jener Seite des Verdichterkolbens liegenden Innenraum des Zylinders die zweite Verdichtungskammer.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Pleuellager als ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, Nadellager, Zylinderrollenlager, Tonnenlager oder dergleichen Wälzlager gebildet ist.
Konkret bedeutet dies, dass eine Lagerform in Abhängigkeit der konstruktiven Anforderungen gewählt wird. Nadel- und Zylinderrollenlager und allgemein Wälzlager mit zylindrischen Wälzkörpern haben aufgrund des Linienkontaktes mit der Lauffläche eine generell hohe radiale Tragfähigkeit. Bei einem Nadellager kommt hinzu, dass es aufgrund der geringen Wälzkörperdurchmesser relativ kompakt ist, und somit in vorteilhafter Weise den Einbauraum des Antriebs weiter verkleinert. Kugellager weisen aufgrund der Schmiegung in den Wälzkontakten eine relativ hohe axiale und radiale Tragfähigkeit auf. Tonnenlager ermöglichen weiterhin, aufgrund der balligen Ausführung der Wälzkörper und einer hohlkugeligen Außenringlaufbahn, eine gewisse Pendelbewegung zwischen Innen- und Außenring. Somit wird eine Unempfindlichkeit gegen Schiefstellung und Fluchtfehler der Antriebswelle gegenüber dem Gehäuse erreicht.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das erste Lager und/oder das zweite Lager als ein Gleitlager gebildet ist. Konkret kann dies durch eine geschmierte oder schmierungsfreie Gleitlagerung erreicht werden. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer wartungsarmen, besonders bevorzugt wartungsfreien, Auslegung der drehbeweglichen Verbindung, da sie - abgesehen von der Relativbewe- gung zwischen Welle und Lager - keine bewegten Teile, insbesondere keine Wälzkörper, aufweist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Lager und/oder das zweite Lager kraftschlüssig, insbesondere durch einen Toleranzring, befestigt ist. Konkret kann der Toleranzring durch einen Metall-Federring, oder ein aus Gummi oder Kunststoff bestehenden Ring mit geeignetem Querschnitt, oder ein weiteres geeignetes, komprimierbares Verbindungselement gebildet sein. Weiterhin kann das das erste Lager bzw. A-Lager und/oder das zweite Lager bzw. B- Lager alternativ und/oder zusätzlich auch auf andere Weise, beispielsweise formschlüssig durch einen in axialer Richtung angeordneten Sicherungsring oder kraft-/ bzw. reibschlüssig durch thermisches Einschrumpfen, fixiert werden. Die Befestigung mittels eines Befestigungselements wie z. B. eines Toleranzrings kann sich sowohl auf die Innenseite des Innenrings als auch auf die Außenseite des Außenrings des jeweiligen Lagers beziehen. Folglich wäre beispielsweise für das erste Lager sowohl ein zwischen dem Hohlraum und dem Außenring des ersten Lagers angeordneter Toleranzring möglich, als auch zwischen ein zwischen dem Achszapfen und dem Innenring angeordneter Toleranzring.
Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf eine Druckluftversorgungsanlage zum Betreiben einer Pneumatikanlage. Diese Druckluftversorgungsanlage weist auf: eine vorgenannte Verdichteranordnung, einen Lufttrockner und eine Ventilanordnung. Weiterhin führt die Erfindung zur Lösung der Aufgabe auch auf ein Fahrzeug, mit einer Druckluftversorgungsanlage und einer Pneumatikanlage, wobei die Druckluftversorgungsanlage eine Verdichteranordnung gemäß dem Konzept der Erfindung aufweist. Eine Verdichteranordnung gemäß dem Konzept der Erfindung ist insbesondere bei PKW vorteilhaft, da im Bereich der PKW hohe Akustikanforderungen herrschen und ein ge- räusch- und vibrationsarmer Betrieb der Verdichteranordnung hohe Bedeutung besitzt bzw. vorteilhaft ist. Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
Fig. 1 eine Verdichteranordnung gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform,
Fig. 2A - 2C unterschiedliche Anordnungen von Antriebswellenlager und Pleuellager gemäß dem Konzept der Erfindung, Fig. 3A - 3D unterschiedliche Anordnungen von erstem Lager bzw. A-Lager und Pleuellager in verschiedenen Weiterbildungen, vor allem gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Fig.1 aber insgesamt dem Konzept der Fig.2 folgend,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Durchbiegung von Antriebswelle und Achszapfen,
Fig. 5 eine stark vereinfachte, schematische Übersicht einer Druckluftversorgungsanlage,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Druckluftversorgungsanlage.
Fig. 1 zeigt eine Verdichteranordnung mit einem Verdichter 100 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Zylinder 170 wird zwecks Verdichtung von Luft ein erstes Pleuel 140 mit einem ersten Verdichterkolben 150 oszillierend und praktisch entlang der Symmetrieachse des ersten Zylinders 170 auf- und abwärts bewegt. Vorliegend ist der erste Verdichterkolben 150 nahe dem oberen Totpunkt, d. h. am oberen Ende des Hubweges H, dargestellt. Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei der hier gezeigten Ausführungsform um einen Taumelkolbenkompressor handelt, das heißt das erste Pleuel 140 und der erste Verdichterkolben 150 starr verbunden sind, ist die oszillierende Bewegung zwar überwiegend, aber nicht vollständig translatorisch. Daher führen das erste Pleuel 140 und der erste Verdichterkolben 150 bei der Auf- und Abwärtsbewegung eine der Kinematik entsprechende, taumelnde Bewegung durch.
Analog zum ersten Zylinder 170 wird in einem zweiten Zylinder 171 zwecks Verdichtung von Luft ein zweites Pleuel 141 mit einem zweiten Verdichterkolben 151 oszillierend und praktisch entlang der Symmetrieachse des zweiten Zylinders 171 auf- und abwärts bewegt. Auch wäre jedoch eine Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung denkbar, bei dem - wie bei Kolbenverdichtern weithin üblich - der erste Verdichterkolben 150 mit dem ersten Pleuel 140 bzw. der zweite Verdichterkolben 151 mit dem zweiten Pleuel 141 jeweils gelenkig, insbesondere jeweils mittels einer Lagerung, verbunden sind.
Auch sind neben dem gezeigten zweistufigen Kompressor einstufige Kompressoren gemäß dem Konzept der Erfindung möglich. Auch kann in einer weiteren Weiterbildung ein mehrstufiger Kompressor durch einen Einkolben-Kompressor gebildet sein, welcher, durch entsprechend abgestufte Kolben und Zylinder oder durch einen mehrseitig druckbeaufschlagbaren Kolben, mehrere Verdichtungskammern bildet.
In der vorliegenden Weiterbildung ist die Antriebswelle 220 mittels eines ersten, pleuelseitigen Antriebswellenlagers bzw. A-Lagers 360 und eines zweiten, pleuelfernen Antriebswellenlagers bzw. B-Lagers 362 in einem Gehäuse 440 gelagert. Dabei kann sowohl das A-Lager 360 als auch das B-Lager 362 mittels eines hier nicht näher dargestellten Toleranzrings 1 64 befestigt sein. Diese Befestigung, die insbesondere einem festen Lagersitz dient, kann sich sowohl auf die Innenseite des jeweiligen Lagers 360, 362, als auch auf die Außenseite des jeweiligen Lagers 360, 362 beziehen.
Weiterhin sind vorliegend die beiden Zylinder 170, 171 hinsichtlich der Drehachse A praktisch gegenüberliegend angeordnet. Somit sind diese in vorteilhafter Weise derartig angeordnet, dass sich die linearen Trägheitskräfte des Systems bewegter Massen, insbesondere der Pleuel, Verdichterkolben und Manschetten, während der Bewegung aufheben.
Im Falle eines einstufigen, insbesondere einkolbigen Kompressors, kann diese aufhebende Funktion eines gegenüberliegenden Kolbens durch ein Ausgleichsgewicht erreicht werden. Bei einer Zylinder- bzw. Kolbenanzahl größer zwei müssen analog zum Erreichen eines Massenausgleichs die Zylinder derartig um die Drehachse A angeordnet werden, dass sich die Trägheitskräfte insgesamt ausgleichen.
Die Pleuel 140, 141 weisen weiterhin jeweils auf ihren dem Verdichterkolben 150, 151 gegenüberliegenden Seiten ein Pleuelauge auf, welches zur Aufnahme eines Pleuellagers 1 60, 1 61 dient. Das Pleuellager 160, 1 61 dient weiterhin zur drehbeweglichen Verbindung des Pleuels 140, 141 mit einem Pleuel- Aufnahmeabschnitt 320 einer Antriebswelle 220.
Vorliegend ist der Pleuelaufnahmeabschnitt 320 einstückig mit der Antriebswelle 220 verbunden; gleichwohl ist es aber genauso möglich, dass Pleuelaufnahmeabschnitt 320 und Antriebswelle 220 zweistückig ausgeführt sind und über eine entsprechende form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindung zusammengefügt sind.
Die Antriebswelle 220 weist weiterhin an einem pleuelseitigen Ende PS neben dem außenliegenden Pleuel-Aufnahmeabschnitt 320, einen innenliegenden ersten Lager-Auf nahmeabschnitt 380 auf. Der außenliegende Pleuel- Aufnahmeabschnitt 320 weist eine zylindrische Außenform auf, welche den Innenring der Pleuellager 1 60, 1 61 aufnimmt. Der innenliegende erste Lager- Aufnahmeabschnitt 330 weist eine zylindrische Innenform auf, und dient zur Aufnahme des ersten Lagers bzw. A-Lagers 360. Sowohl Pleuellager 1 60, 161 als auch erstes Lager bzw. A-Lager 380 und zweites Lager bzw. B-Lager 382 können an der Antriebswelle 220 auf verschiedene Weise befestigt werden. Insbesondere kann diese Befestigung formschlüssig geschehen, beispielsweise durch geeignete Befestigungselemente, kraftschlüssig durch Aufschrumpfen oder durch eine Kombination der vorher genannten oder weiteren Wirkprinzipien.
Das A-Lager 360 ist weiterhin über einen gestellfesten Achszapfen 450 mit dem Gehäuse 440 verbunden. Dies bedeutet, dass der Innenring des A-Lagers 360 ortsfest auf dem Achszapfen 450 befestigt ist, während der Außenring des A- Lagers 360 drehbar um die Drehachse A gelagert ist. Durch die Aufnahme des Außenrings des A-Lagers 360 im ersten Lager-Aufnahmeabschnitt 380 wird somit, zusammen mit der Lagerung durch das B-Lager 362 an einem pleuelfernen Ende PF der Antriebswelle 220, die Drehbewegung der Antriebswelle 220 ermöglicht. Der Achszapfen 450 ermöglicht hierbei besonders vorteilhaft ein möglichst direktes Einleiten von Pleuelkräften in die Wand des Gehäuses 440, ohne dass signifikante Biegemomente auftreten bzw. es zu signifikanten Verformungen durch auftretende Biegemomente kommt.
Tatsächlich auftretende Verformungen des Achszapfens 450 können durch eine entsprechende Dimensionierung des Achszapfens 450 insbesondere durch eine Vergrößerung des Achszapfen-Durchmessers AD und/oder eine Verkleinerung des Achszapfen-Hebels AH auf ein vernachlässigbares Niveau reduziert werden.
Vorliegend sind das erste Pleuellager 1 60 in einer ersten Pleuelebene P1 und das zweite Pleuellager 1 61 in einer zweiten Pleuelebene P2 derartig zum A- Lager 360 angeordnet, dass sich die Lagerebene LE des A-Lagers 360 in axialer Richtung mittig zwischen den Pleuelebenen P1 und P2 befindet. Auf diese Weise wird gemäß dem Konzept der Erfindung vorteilhaft erreicht, dass unter Berücksichtigung sämtlicher im Betrieb in beiden Pleueln 140, 141 auftretenden Pleuelkräfte ein möglichst biegemomentarmer, insbesondere biegemomentfrei- er Zustand der Antriebswelle 220 erreicht wird.
Tatsächlich treten aufgrund des Abstandes beider Pleuelebenen P1 und P2 weiterhin Biegemomente auf; jedoch stellt die mittige Positionierung des A- Lagers 360 in axialer Richtung mittig zwischen den Pleuelebenen P1 und P2 ein Optimum hinsichtlich der Minimierung von durch Pleuelkräfte hervorgerufenen Biegemomenten dar. Diese mittige Position ergibt sich aus der Annahme betragsmäßig nahezu gleicher Pleuelkräfte in beiden Pleueln 140, 141 . Im Falle einer Abweichung der auftretenden Pleuelkräfte in einem der beiden Pleuel 140, 141 wäre zur Minimierung der Biegemomente das A-Lager 360 und somit die Lagerebene LE entsprechend axial in Richtung desjenigen Pleuellagers 1 60 oder 161 zu verschieben, an dem die größeren Pleuelkräfte aufgenommen werden.
Zur Erzeugung einer oszillierenden Hubbewegung von Pleuel 140, 141 und Verdichterkolben 150, 151 ist der Pleuel-Aufnahmeabschnitt 320 exzentrisch zur Drehachse A der Antriebswelle 220 angeordnet. Das heißt, dass die auf der Drehachse A liegende Symmetrieachse des ersten Lager-Aufnahmeabschnitts 380 parallel, aber versetzt zu der auf der Exzenterachse Ex der Pleuellager 160, 1 61 liegenden Zylinderachse des zylindrischen Pleuel- Aufnahmeabschnittes 320 angeordnet ist.
Die Antriebswelle 220 dient zur Übertragung der von einem Antrieb 200 erzeugten Drehbewegung auf die Pleuel 140, 141 . Vorliegend wird die Antriebswelle 220 über einen Elektromotor 290 angetrieben.
Gemäß dem Konzept der Erfindung ist das A-Lager 360 in axialer Richtung mittig zwischen den Pleuelebenen P1 und P2 angeordnet. Auf diese Weise werden auf die Antriebswelle 220 wirkende Biegemomente wesentlich reduziert, bzw. vermieden, da praktisch sämtliche Pleuelkräfte im Wesentlichen innerhalb der Lagerebene LE angreifen und somit praktisch kein oder nur ein geringer Hebelarm für ein auf die Antriebswelle 220 wirkendes Biegemoment entstehen kann.
Bezugnehmend auf Fig. 2A bis Fig. 2C ist vorliegend schematisch eine Situation mit einem einzigen Pleuellager 260' und einem einzigen Antriebswellenlager 260 gezeigt. Diese Situation steht symbolisch auch für eine in Fig. 1 oder Fig. 3 dargestellte Ausführungsform. Insofern steht das Pleuellager 260' der Fig. 2 symbolisch für eine Pleuellager-Anordnung 1 60, 1 61 der Fig. 1 oder Fig. 3 und das Antriebswellenlager 260 der Fig. 2 symbolisch für eine Antriebswellenlager- Anordnung 360 der Fig. 1 oder Fig. 3.
In Fig. 2A ist eine Weiterbildung dargestellt, in der sich das Pleuellager 260' und Antriebswellenlager 260 teilweise überdecken. Dies bedeutet, dass das An- triebswellenlager 260 in axialer Richtung derartig entlang der Drehachse A in Richtung des Pleuellagers 260' verschoben ist, dass es sich teilweise innerhalb des Pleuellager-Innenraums 190 befindet. Diese Verschiebung -vorliegend in Richtung des Antriebs 200 gemäß der Fig. 1 (in der Fig. 2A, Fig. 2B nach rechts)-- wird beschrieben durch einen axialen Abstand SA zwischen der axialen Mittenebene EP des Pleuellagers 260' und der axialen Mittenebene EA des Antriebswellenlagers 260. Diese Verschiebung kann in einer alternativen Abwandlung auch in Richtung weg vom Antrieb 200 gemäß der Fig. 1 umgesetzt werden (in der Fig. 2A, Fig. 2B wäre das dann nach links).
Je größer der axiale Abstand SA gewählt wird, desto größer sind die auf die Antriebswelle 220 wirkenden und durch Pleuelkräfte hervorgerufenen Biegemomente, welche gemäß dem Konzept der Erfindung vermindert bzw. vermieden werden sollen.
Als Überdeckung UD wird hier derjenige axiale Abstand bezeichnet, mit dem das Antriebswellenlager 260 in den Pleuellager-Innenraum 190 hineinragt. Die Überdeckung UD ergibt sich in der in Fig. 2A ersichtlichen Ausführungsform, aus der Breite BP des Pleuellagers 260', der Breite BA des Antriebswellenlagers 260 und dem axialen Abstand SA.
In der in Fig. 2A dargestellten Weiterbildung ist die Überdeckung UD vergleichsweise gering, insbesondere ragt das Antriebswellenlager 260 weniger mit einem Abstand UD in den Pleuellager-Innenraum 1 90 hinein, der geringer ist als die Hälfte seiner axialen Breite BA. Dieser Fall einer„einfachen" Überdeckung UD lässt sich durch folgenden Zusammenhang ausdrücken: UD < 0,5*BA.
Das Konzept der Erfindung kann -jedenfalls grundsätzlich, wenn auch nicht bevorzugt- in einer anderen hier nicht gezeigten Ausführungsform realisiert werden wenn keine Überdeckung stattfindet. Es zeigt sich, dass dies jedenfalls in der hier nicht gezeigten Ausführungsform hinnehmbar wäre solange der axiale Abstand SA ausreichend gering ist, um einen Hebelarm für auf die Antriebs- welle 220 wirkende und durch Pleuelkräfte hervorgerufene Biegemomente zu vermeiden. Als Richtwert für einen maximalen axialen Abstand SA wird der Wert SA = BP + BA angesehen.
In Fig. 2B ist eine weitere mögliche Anordnung von Pleuellager 260' und Antriebswellenlager 260 dargestellt. Hierbei ist wesentlich, dass die in der in Fig. 2B ersichtlich variierte Überdeckung UD' der Ausführungsform der Fig. 2B größer ist als die Überdeckung UD der in Fig. 2A dargestellten Weiterbildung. Das Antriebswellenlager 260 ragt infolge einer insofern vergrößerten Überdeckung UD' in den Pleuellager-Innenraum 190 hinein, wobei die vergrößerte Überdeckung UD' größer ist als die Hälfte der axialen Breite BA des Antriebswellenlagers 260. Dieser Fall der vergrößerten und insofern„überwiegenden" Überdeckung UD' lässt sich durch folgenden Zusammenhang ausdrücken: 0,5*BA < UD' < BA.
Für die hier dargestellte Weiterbildung gilt ebenfalls, dass der axialer Abstand SA im Vergleich zu der in Fig. 2A dargestellten Weiterbildung, verkleinert ist. Dies hat vorteilhaft zur Folge, dass der Hebelarm für auf die Antriebswelle 220 und durch Pleuelkräfte verursachte Biegemomente, gemäß dem Konzept der Erfindung ebenfalls verkleinert ist.
Fig. 2C zeigt schließlich eine dritte mögliche Lageranordnung, bei der besonders vorteilhaft die axiale Mittenebene EP des Pleuellagers 260' und die axiale Mittenebene EA des Antriebswellenlagers 260 in einer Lagerebene E zusammenfallen. Dies bedeutet, dass der axialer Abstand SA gleich null ist und somit praktisch kein Hebelarm für aus dem Pleuel 140 in die Antriebswelle 220 geleitete Kräfte besteht. Auf diese Weise wird besonders vorteilhaft gemäß dem Konzept der Erfindung eine Entstehung von Biegemomenten vermieden. Die Tatsache, dass das Antriebswellenlager 260 in axialer Richtung derart angeordnet ist, dass es sich vollständig im Pleuellager-Innenraum 190 befindet, führt zu einer nochmals ersichtlich vergrößerten, nämlich„vollständigen" Überdeckung UD", das heißt: UD" = BA. Fig. 3A - Fig. 3D zeigen unterschiedliche Anordnungen von A-Lager und Pleuellager bzw. Pleuellagern gemäß dem Konzept der Erfindung.
In Fig. 3A ist eine Lageranordnung gemäß einer Weiterbildung dargestellt, in der sich A-Lager 360 und Pleuellager 1 60 in axialer Richtung praktisch genau überdecken. Dies bedeutet, dass Lagerebene LE und Pleuelebene P in einer Ebene zusammenfallen. Folglich ist der Lagerabstand LA zwischen A-Lager 360 und Pleuellager 1 60 gleich null. Hieraus resultiert, dass von einem hier nicht näher dargestellten Pleuel 140 über das Pleuellager 1 60 auf den Pleuelaufnahmeabschnitt 320 der Antriebswelle 220 eingeleitete Pleuelkraft FP direkt, insbesondere biegemomentfrei, auf das A-Lager 360 und somit über den Achszapfen 450 in die Wand des Gehäuses 440 übertragen wird.
In Fig. 3B ist eine Lageranordnung gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung dargestellt. In dieser ist das Pleuellager 160 auf dem Pleuel- Aufnahmeabschnitt 320 und das A-Lager 360 in dem A-Lager Aufnahmeabschnitt 380 derartig angeordnet, dass ein Versatz in axialer Richtung zwischen Pleuellager 160 und A-Lager 360 besteht. Folglich liegen Pleuelebene P des Pleuellagers 160 und Lagerebene LE des A-Lagers 360 in axialer Richtung in einem Lagerabstand LA parallel zueinander entfernt. Hieraus resultiert insbesondere, dass ein durch die Pleuelkräfte hervorgerufenes Biegemoment, welches sich aus der Pleuelkraft FP und einem Hebelarm mit der Länge LA bildet, auf den Pleuelaufnahmeabschnitt 320 der Antriebswelle 220 wirkt. Eine derartige Lageranordnung kann in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, eine durch ein Biegemoment hervorgerufene Verformung des Achszapfens 450 durch eine mittels des Lagerabstandes LA gezielt hervorgerufene Verformung der Antriebswelle 220 zu kompensieren. Dass dabei auf den Achszapfen 450 wirkende Biegemoment ergibt sich aus der auf das A-Lager 360 wirkenden Lagerkraft sowie dem Achszapfen-Hebel AH. Dieser Zusammenhang ist im Folgenden in Fig. 4 näher erläutert.
In Fig. 3C ist eine Lageranordnung gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung beispielhaft dargestellt. In dieser Weiterbildung handelt es sich um einen Verdichter mit hier nicht dargestellten zwei Zylindern 170, 171 und entsprechend zwei hier ebenfalls nicht dargestellten Pleuel 140,141 . Die entsprechenden Pleuellager 1 60,161 sind vorliegend axial nebeneinander auf dem Pleuelaufnahmeabschnitt 320 angeordnet. Das A-Lager 360 ist dazu derartig innerhalb des A-Lager Aufnahmeabschnittes 180 sowie auf dem Achszapfen 450 angeordnet, dass die Lagerebene LE in axialer Richtung mittig zwischen den Pleuelebenen P1 , P2 liegt. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, stellt die mittige Anordnung des A-Lagers 360 in axialer Richtung zwischen den Pleuellagern 1 60, 1 61 einen Kompromiss zur Minimierung der durch Pleuelkräfte FP1 , FP2 hervorgerufenen Biegemomenten dar, da aufgrund der Anordnung der Pleuelebenen P1 und P2 außerhalb der Lagerebene LG keine vollständig biegemomentfreie Lagerung der Antriebswelle 220 möglich ist. Vorliegend ist das erste Pleuellager 1 60 um einen ersten Lagerabstand LA1 in negativer axialer Richtung, d.h. in Richtung der Wand des Gehäuses 440, an welcher der Achszapfen 450 befestigt ist, verschoben angeordnet. Weiterhin ist das zweite Pleuellager 1 61 um einen zweiten Lagerabstand LA2, der vorliegend betragsmäßig gleich dem ersten Lagerabstand LA1 ist, in positiver axialer Richtung, d. h. in Richtung des freistehenden Stirnendes des Achszapfens 450, angeordnet.
In Fig. 3D ist eine Lageranordnung gemäß einer noch weiteren Weiterbildung der Erfindung dargestellt. Hierbei ist, im Unterschied zu der in Fig. 2C dargestellten Weiterbildung, das A-Lager 360 in Bezug zu den Pleuellager 1 60, 161 derartig angeordnet, dass die Lagerabstände LA1 und LA2 jeweils unterschiedlich groß sind. Hieraus kann, im Falle betragsmäßig etwa gleich belasteter Pleuel 140, 141 , dass eine aus beiden Pleuel 140, 141 und somit beiden Pleuellagern 1 60, 161 in die Antriebswelle 220 geleitete, resultierende Gesamtpleuelkraft im Wesentlichen nicht innerhalb der Lagerebene E angreift. Die hierdurch entstehende, gezielt hervorgerufene Verformung kann, analog zu der in Fig. 3B beschriebenen Lageranordnung, zur Kompensation der Verformung des Achszapfens 450 genutzt werden. Alternativ kann weiterhin, für den Fall, dass ein Pleuel stärker belastet wird als das andere Pleuel, eine in Fig. 3D gezeigte Lageranordnung zu Berücksichtigung und Kompensation dieses Umstandes gezielt eingesetzt werden. Vorliegend wird beispielsweise angenommen, dass die auf das zweite Pleuellager 161 wirkende Pleuelkraft FP2 größer ist als auf das erste Pleuellager 1 60 wirkende Pleuelkraft FP1 . Folglich wird die axiale Position des A-Lagers 360 in Richtung des stärker belasteten Pleuellagers, in diesem Falle das Pleuellager 161 , verschoben, so dass der zweite Lagerabstand LA2 kleiner als der erste Lagerabstand LA1 ist. Hierdurch wird erreicht, dass die größere, auf das Pleuellager 1 61 wirkende Pleuelkraft FP2 die Antriebswelle 220 in einer Pleuelebene P2 angreift, die insbesondere so nah an der Lagerebene LE liegt dass die resultierenden Biegemomente keine kritische Verformung der Antriebswelle 220 hervorruft. Unter kritischer Verformung wird in diesem Kontext eine Verformung genannt, die direkt oder indirekt zu einem oder mehreren der eingangs erwähnten Nachteile, insbesondere hinsichtlich Geräusch- und Vibrationsentwicklung sowie Verschleißverhalten, führt.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Durchbiegung von einer Antriebswelle 220 und einem Achszapfen 450. In dieser stark vereinfachten Darstellung sind die Verformungen übertrieben dargestellt. Eine Pleuelkraft FP, die auf das Pleuellager 1 60 angreift, wird auf die Antriebswelle 220 und somit auf das A Lager 360 übertragen. Über das A-Lager 360 wird diese Kraft schließlich in den Achszapfen 450 geleitet, wo sie aufgrund des Abstandes zwischen Gehäuse 440 und A-Lager 360 zu einem Biegemoment führt, welches wiederum eine Verformung des Achszapfens 450, nämlich eine Zapfenauslenkung ZA, zur Folge hat. Gleichzeitig wird durch die Anordnung von A-Lager 360 und Pleuellager 1 60, insbesondere durch die Anordnung von A-Lager 360 und Pleuellager 160 in einem axialen Lagerabstand LA, erreicht, dass auf die Antriebswelle 220 ein Biegemoment wirkt. Dieses Biegemoment ist dem auf den Achszapfen wirkenden Biegemoment entgegengerichtet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Antriebswelle 220 derart verformt wird, dass auf das B-Lager 362 möglichst geringe Kräfte, insbesondere Querkräfte und Kippmomente, wirken. Durch das Verformen der Antriebswelle 220 wird somit die Zapfenauslenkung ZA teilweise oder vollständig kompensiert.
Fig. 5 zeigt eine stark vereinfachte, schematische Übersicht einer Druckluftversorgungsanlage 500 mit einer Verdichteranordnung 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung zur Versorgung einer Pneumatikanlage 600. Die Druckluftversorgungsanlage 500 weist eine Luftansaugung 0 zum Ansaugen von Frischluft auf, die weiterhin mit einem Einlass des Verdichters 100 fluidführend, insbesondere gasführend, verbunden ist. Der Verdichter 100 wird als Teil der Verdichteranordnung 1000 von einem Antrieb 200 über eine Antriebswelle 220 angetrieben. Die verdichtete Frischluft wird weiterhin über eine Druckluftquelle 1 bereitgestellt, an welche sich eine Abzweigung 510 anschließt. An diese Abzweigung 510 ist zum einen, über ein Entlüftungsventil 520, eine Entlüftung 3 angeschlossen. Zum anderen ist an die Abzweigung 510 ein Lufttrockner 520 angeschlossen, der weiterhin zu einem Druckluftanschluss 2 führt. An diesen sind weiterhin über eine Galerie 570 ein Druckluftspeicher 560 und die Pneumatikanlage 600 angeschlossen. Die Pneumatikanlage 600 kann beispielsweise eine Luftfederanlage, oder eine weitere pneumatische Anlage, insbesondere eine Fahrzeugs, sein. Weiterhin sind einzelne Ventile, Drosseln und dergleichen Stellmittel sowie einzelne Komponenten, insbesondere der Pneumatikanlage, in dieser Darstellung aus Gründen der Übersicht und Vereinfachung nicht dargestellt.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 800 -vorliegend in Form eines PKW-- mit einer Druckluftversorgungsanlage 500 und einer Pneumatikanlage 600. Bei Fahrzeugen im PKW-Bereich ist ein geräusch- und vibrationsarmer Betrieb von großer Bedeutung, da hier, im Unterschied zu Anwendungen im LKW-Bereich, die Akustikanforderungen höher bzw. sensibler sind. Das hier deswegen, ohne Einschränkung der Anwendbarkeit auch für LKW'S oder andere Nutzfahrzeuge, beispielhaft dargestellte PKW-Fahrzeug 800 verfügt über vier Räder 801 , 802, 803 und 804, von denen hier aufgrund der Schnittdarstellung die zwei jeweils vorderen Räder gezeigt sind. Analog zur Anzahl der Räder verfügt die Pneumatikanlage 600 über vier Luftfedern 601 , 602, 603 und 604, von denen hier analog zu den Rädern aufgrund der Schnittdarstellung die zwei jeweils vorderen Luftfedern gezeigt sind. Die Luftfedern 601 , 602, 603 und 604, die jeweils den Rädern 801 , 802, 803 und 804 zugeordnet sind, werden als Teil der Pneumatikanlage 600 von der Druckluftversorgungsanlage 500 mit Druckluft versorgt. Die Druckluftversorgungsanlage 500 ist über die Galerie 570 mit den Komponenten der Pneumatikanlage 600, in diesem Falle den hier dargestellten Luftfedern 601 , 602, 603 und 604, fluidführend verbunden.
Die Druckluftversorgungsanlage 500 ist in dieser Darstellung stark vereinfacht zeigt, so dass lediglich der Druckluftspeicher 560 und der Verdichter 100 gemäß dem Konzept der Erfindung sichtbar ist. Der Verdichter 100 gemäß dem Konzept der Erfindung könnt allerdings in einer hier nicht gezeigten Abwandlung zusätzlich oder alternativ unabhängig von der Druckluftversorgungsanlage eingesetzt werden. Das Konzept bietet vorzugsweise die Basis für eine in verbesserter Weise funktionierende, insbesondere vibrations- und geräuscharme Verdichteranordnung. Weiterhin führen eine Reduzierung von Kräften und/oder Momenten sowie insbesondere eine Reduzierung der mit den Kräften und/oder Momenten verbundenen dynamischen Belastungen und Vibrationen, zu einer schonenderen Betriebsweise, welche sich auf Effizienz und Langlebigkeit der Verdichteranordnung positiv auswirken.
Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)
0 Luftansaugung
1 Druckluftquelle
2 Druckluftanschluss
3 Entlüftung
100 Verdichter
140 Erstes Pleuel
141 Zweites Pleuel
150 Erster Verdichterkolben
151 Zweiter Verdichterkolben
160 Erstes Pleuellager
161 Zweites Pleuellager
170 Erster Zylinder
171 Zweiter Zylinder
164 Toleranzring
200 Antrieb
220 Antriebswelle
290 Elektromotor
320 Pleuel-Aufnahmeabschnitt
360 Erstes Lager, Pleuelseitiges Antriebswellenlager (A-Lager)
362 Zweites Lager, Pleuelfernes Antriebswellenlager (B-Lager)
370 Hohlraum
380 Erster Lager-Aufnahmeabschnitt (A-Lager-)
382 Zweiter Lager-Aufnahmeabschnitt (B-Lager-)
440 Gehäuse
450 Achszapfen
500 Druckluftversorgungsanlage
510 Abzweigung
520 Entlüftungsventil
540 Lufttrockner
560 Druckluftspeicher 600 Pneumatikanlage
601 , 602, 603, 604 Luftfeder
800 Fahrzeug
801 , 802, 803, 804 Rad
1000 Verdichteranordnung
A Drehachse der Antriebswelle
AD Achszapfen-Durchmesser
AH Achszapfen-Hebel
Ex Exzenterachse
FP Pleuelkraft
FP1 Erste Pleuelkraft
FP2 Zweite Pleuelkraft
H Hubweg des Verdichterkolbens
LA Lagerabstand
LA1 Erster Lagerabstand
LA2 Zweiter Lagerabstand
M Mittenebene, axiale Mittenebene des A-Lagers
P1 Erste Pleuelebene
P2 Zweite Pleuelebene
PF pleuelfernes Ende der Antriebswelle
PS pleuelseitiges Ende der Antriebswelle
WA Wellenauslenkung, Auslenkung der Antriebswelle
ZA Zapfenauslenkung, Auslenkung des Achszapfens
BA Antriebswellenlager-Breite
BP Pleuellager-Breite
DAA Antriebswellenlager-Außendurchmesser
DIA Antriebswellenlager-Innendurchmesser
DAP Pleuellager-Au ßendurchmesser
DIP Pleuellager-Innendurchmesser
E Lagerebene
EA Axiale Mittenebene des Antriebswellenlagers Axiale Mittenebene des Pleuellagers einfache Überdeckung
überwiegende Überdeckung vollständige Überdeckung

Claims

Patentansprüche
1 . Verdichteranordnung (1000) für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage (600), aufweisend: einen Verdichter (100), insbesondere Kompressor, mit mindestens einem Zylinder (170, 171 ) und mindestens einem Pleuel (140, 141 ) in einer Pleuelebene (P, P1 , P2), wobei das mindestens eine Pleuel weiter einen Verdichterkolben (150, 151 ) und mindestens ein Pleuellager (1 60, 161 ) aufweist, einen Antrieb (200) mit einer Drehachse (A) und einer Antriebswelle (220), sowie einem Gehäuse (440), wobei die Antriebswelle (220) in mindestens einem Antriebswellenlager (360) gelagert ist und ein pleuelseitiges Ende (PS) und ein pleuelfernes Ende (PF) aufweist, und die Antriebswelle (220) einen exzentrisch zur Drehachse (A) des Antriebs (200) am pleuelseitigen Ende (PS) angeordneten Pleuel- Aufnahmeabschnitt (320) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Antriebswellenlager (360) und das mindestens eine Pleuellager (1 60, 161 ) derartig angeordnet sind, dass sich das mindestens eine Antriebswellenlager (360) in radialer Richtung zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Pleuellagers (1 60, 1 61 ) befindet.
2. Verdichteranordnung (1000) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Antriebswelle (220) in einem an dem pleuelseitigen Ende (PS) der Antriebswelle (220) in einer Lagerebene (LE) angeordneten, pleuelseitigen Antriebswellenlager als erstes Lager (360, A-Lager) an einem koaxial zur Drehachse (A) angeordneten ersten Lager-Aufnahmeabschnitt (380) gelagert ist.
Verdichteranordnung (1000) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Antriebswelle (220) in einem an dem pleuelfernen Ende (PF) der Antriebswelle (220) angeordneten pleuelfernen Antriebswellenlager als zweites Lager (362, B-Lager) an einem koaxial zur Drehachse (A) am pleuelfernen Ende (PF) angeordneten zweiten Lager-Aufnahmeabschnitt (382) gelagert ist.
Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (360, 362) innerhalb des Gehäuses (440) und/oder an diesem angeordnet sind.
Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lager-Aufnahmeabschnitt (380) zur Aufnahme des ersten Lagers (360) als ein zylindrischer Hohlraum (370) ausgebildet ist und/oder das erste Lager (360) weiterhin auf einem gestellfest mit dem Gehäuse (440) verbundenen und praktisch koaxial zur Drehachse (A) angeordneten Achszapfen (450) befestigt ist, wobei das erste Lager (360) in dem zylindrischen Hohlraum (370) zwischen dem ersten Lager-Aufnahmeabschnitt (380) und dem Achszapfen (450) sitzt.
Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (360) fest auf dem Achszapfen (450) aufsitzt und in dem ersten Lager-Aufnahmeabschnitt (380) festsitzt und den Achszapfen (450) und den ersten Lager- Aufnahmeabschnitt (380) relativ zueinander drehbar verbindet.
Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (100) mehrere, insbesondere ein erstes und ein zweites Pleuel (140, 141 ) aufweist.
8. Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorherigen Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pleuel (140) und das zweite Pleuel (141 ) derartig angeordnet sind, dass das erste Pleuel (140) in einem ersten Lagerabstand (LA1 ) und das zweite Pleuel (141 ) in einem zweiten Lagerabstand (LA2) in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Drehachse (A), zur Lagerebene (LE) angeordnet sind.
9. Verdichteranordnung (1000) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Pleuel (140, 141 ) derartig angeordnet sind, dass sich die Lagerebene (LE) in axialer Richtung mittig zwischen einer ersten Pleuelebene (P1 ) und einer zweiten Pleuelebene (P2) befindet.
10. Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor ein erstes Pleuel (140) aufweist, das in der Lagerebene (LE) des ersten Lagers (360) angeordnet ist.
1 1 . Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor ein erstes Pleuel (140) aufweist, das in einem axialen Lagerabstand (LA) zum ersten Lager (360) angeordnet ist.
12. Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pleuel (140) und der Verdichterkolben (150) starr miteinander verbunden sind, insbesondere der Verdichter (100) als Taumelkolbenkompressor ausgebildet ist.
13. Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (100) als einstufiger Verdichter oder als mehrstufiger Verdichter, insbesondere zweistufiger Verdichter, ausgebildet ist.
14. Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuellager (1 60) als ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, Nadellager, Zylinderrollenlager, Tonnenlager oder dergleichen Wälzlager gebildet ist und/oder das erste Lager (360) und/oder das zweite Lager (362) als ein Gleitlager gebildet ist.
15. Verdichteranordnung (1000) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (360) und/oder das zweite Lager (362) kraftschlüssig, insbesondere durch einen Toleranzring (1 64), befestigt ist.
16. Druckluftversorgungsanlage (500) zum Betreiben einer Pneumatikanlage (600), aufweisend: eine Verdichteranordnung (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, einen Lufttrockner (520) und eine Ventilanordnung (540).
17. Fahrzeug (800), insbesondere PKW, mit einer Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder einer Druckluftversorgungsanlage (500) nach Anspruch 16 und einer Pneumatikanlage (600).
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