EP3615800B1

EP3615800B1 - Verdichter, druckluftversorgungsanlage zum betreiben einer pneumatikanlage und verfahren zum betreiben einer druckluftversorgungsanlage

Info

Publication number: EP3615800B1
Application number: EP18716597.2A
Authority: EP
Inventors: Jonas Wichern; Klaus Bredbeck; Uwe Stabenow
Original assignee: ZF CV Systems Europe BV
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2022-06-08
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: WO2018197182A1; CN110892156B; DE102017004088A1; CN110892156A; US20200102947A1; EP3615800A1; US11168679B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere Kompressor, für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Druckluftversorgungsanlage zum Betreiben einer Pneumatikanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage und ein Fahrzeug mit einer Druckluftversorgungsanlage.
Verdichter, insbesondere Kolbenverdichter in Fahrzeugen aller Art, sind gemeinhin bekannt. Sie dienen der Bereitstellung von Druckluft und umfassen viele Anwendungsgebiete, unter anderem Bremsanlagen, Luftfederanlagen, insbesondere zur Niveauregelung, Kupplungsverstärker und viele mehr.
Wichtige Zielkriterien bei der Auslegung von Verdichtern sind unter anderem eine möglichst hohe Förderleistung, eine möglichst geringe Geräuschentwicklung, möglichst geringe Abmessungen, geringer Herstellungsaufwand und eine hohe Robustheit.
In DE 10 2012 019 618 A1 ist ein Herstellungsverfahren für einen Kolben mit einer Umfangsdichtung in Form einer kreisförmigen Topfmanschette offenbart, insbesondere für den Einsatz in einem Pendelkolbenkompressor.
In DE 10 2011 121 750 A1 ist beispielsweise ein Kompressor offenbart, aufweisend einen Kolben, dessen Kolbenkopf starr mit einem Pleuel verbunden ist, wobei ein Pleuellagerauge des Pleuel drehbar auf einem Exzenterzapfen einer Antriebswelle eines Antriebsmotors gelagert ist. Gleichwohl führt der Ansatz der starren Verbindung zwischen Pleuel und Kolben aufgrund der konstruktiv bedingten Taumelbewegung zu Undichtigkeiten zwischen Kolben und Zylinder, welchen durch entsprechende konstruktive Maßnahmen, z.B. Dichtungen, begegnet werden sollte.
DE 10 2013 101 110 A1 offenbart einen Hubkolbenverdichter mit einem über einen Schubkurbeltrieb angetriebenen und einem in einem Zylinder hin- und her bewegbaren und gegenüber der Zylinderwand abgedichteten Kolben, welcher feststehend zur Pleuelachse angeordnet ist, wobei der Kolben und/oder der Zylinder so ausgebildet sind, dass die während des Kompressionshubs durch die relative Neigung oder Kippung zwischen Kolben und Zylinder entstehenden sichelförmigen Spalte zwischen Kolbenrand und Zylinderwand abdichtbar sind und dadurch Undichtigkeiten ausgeglichen werden.
Bewährt hat sich das Konzept eines zweistufigen Verdichters, bei dem die zugeführte Luft zunächst in einer Niederdruckstufe auf ein Niederdruckniveau und anschließend in einer der Niederdruckstufe angeschlossenen Hochdruckstufe auf ein Hochdruckniveau verdichtet wird.
Zur Erhöhung der Kompaktheit kann ein zweistufiger Verdichter derartig ausgeführt sein, dass beide Verdichterstufen durch lediglich einen Kolben, beispielsweise mittels eines zweiseitig beaufschlagbaren Kolbens, gebildet werden.
Beispielsweise ist in GB 214,907 ein mehrstufiger Kompressor offenbart, der mittels eines eine beliebige Anzahl von Stufenabschnitten aufweisenden Kolbens und eines passend dazu ausgebildeten Zylinders eine beliebige Anzahl von Verdichterstufen realisieren kann.
Weiterhin ist in DE 10 2010 054 710 A1 ein Kompressor für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage offenbart, welcher mindestens eine zweistufige Verdichtereinheit mit einem einzigen Zylinder mit einem einzigen in einem Verdichtungsraum des Zylinder zweiseitig beaufschlagbaren Kolben aufweist.
In DE 10 2012 223 114 A1 wird weiterhin eine Doppelkolbenkompressoreinheit beschrieben. Eine Antriebswelle des Motors der Kompressoreinheit wirkt über eine Kulissenführung im Doppelkolben der Einheit mit diesem so zusammen, dass der Doppelkolben abwechselnd in den beiden Zylindern der Einheit einen Kompressionsvorgang durchführt. Hierbei ist die Achse der Antriebswelle exzentrisch zur Mittelachse der beiden Zylinder angeordnet, wodurch sich weniger Lageänderungen des Kolbens und damit eine geringere Geräuschentwicklung ergeben.
Das Konzept ist noch verbesserungswürdig hinsichtlich der oben genannten Nachteile und Zielkriterien. Wünschenswert ist es daher, die Funktion eines leistungsfähigen, insbesondere zweistufigen, Verdichters in möglichst kompakter und robuster Ausführung zu realisieren.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, in verbesserter Weise einen Verdichter anzugeben, welcher die oben formulierten Ziele und Zielkriterien, insbesondere durch einen vereinfachten konstruktiven Aufbau, zumindest teilweise erfüllt.
Die Aufgabe betreffend den Verdichter wird mit einem Verdichter des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht aus von einem Verdichter, insbesondere Kompressor, für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage, aufweisend:

einen ersten Verdichtungsraum, einen zweiten Verdichtungsraum, einen Luftzufuhranschluss und einen Druckluftauslass, und
einen Kolben mit einer ersten druckbeaufschlagbaren Stirnseite, welche zum ersten Verdichtungsraum gerichtet ist, und einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden, zweiten druckbeaufschlagbaren Stirnseite, welche zum zweiten Verdichtungsraum gerichtet ist, wobei der erste Verdichtungsraum von der ersten Stirnseite begrenzt ist und der zweite Verdichtungsraum von der zweiten Stirnseite des Kolbens begrenzt ist, wobei die erste Stirnseite eine Vollseite ist und die zweite Stirnseite eine Stufenseite ist, und
der Kolben über ein Pleuel an einen Antrieb angebunden ist, und wobei der erste Verdichtungsraum und der zweite Verdichtungsraum über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Pleuel starr, insbesondere starr und gelenkfrei, an einer Kolbenseite mit dem Kolben verbunden ist und an einer Antriebsseite mit einem rotierenden Teil des Antriebs drehbeweglich verbunden ist, und der Kolben auf der Stufenseite mindestens eine Dichtung trägt, welche den ersten Verdichtungsraum und/oder den zweiten Verdichtungsraum abdichtet.
Erfindungsgemäß ist das Pleuel starr im Sinne von starr und gelenkfrei an einer Kolbenseite mit dem Kolben verbunden sein. Ein Ansatz zur konstruktiven Vereinfachung des Verdichters besteht in der starren Verbindung von Pleuel und Kolben und der damit verbundenen Inkaufnahme einer gewissen Taumelbewegung des Kolbens während des Hubs.
Derartige, auch als Taumelkolbenkompressor oder Pendelkolbenkompressor bekannte Verdichter, führen zu dem Vorteil, dass weniger bewegte Teile zur Kopplung von Antrieb und Kolben eingesetzt werden müssen und gegebenenfalls auch keine Führungselemente für den Kolben zur Aufnahme seitlicher, durch das Pleuel eingeleiteter Kräfte, benötigt werden.
Die Erfindung geht aus von der Überlegung, dass einstufige Taumelkolbenverdichter Vorteile hinsichtlich ihres einfachen konstruktiven Aufbaus aufweisen. Hierzu zählen insbesondere eine geringere Fehleranfälligkeit, eine geringere Anzahl an Teilen und Baugruppen, sowie eine einfachere Wartung und Reparatur. Gleichzeitig bestehen jedoch bauartbedingte Probleme, welche insbesondere auf die Taumelbewegung, d. h. die relative Neigung zwischen Kolbenachse und Zylinderachse in Abhängigkeit des Hubs, zurückzuführen sind. Diesen Problemen, insbesondere der nicht rein translatorischen Hubbewegung des Kolbens, wird im Stand der Technik mit konstruktiven Maßnahmen, insbesondere geeigneten Dichtungen, begegnet.
Weiterhin geht die Erfindung aus von der Überlegung, dass ein zweistufiger Verdichter mit nur sowohl einem einzigen Kolben als auch einem einzigen Zylinder zu wesentlichen Vorteilen hinsichtlich der Reduktion von Teilen, insbesondere beweglicher Teile, und somit zu einer kompakteren Ausführung des Verdichters führt. Gleichzeitig existieren auch bei diesem Verdichterkonzept Herausforderungen, wozu insbesondere die Aufnahme lateraler Kräfte zählen, um die translatorische Hubbewegung des beidseitig druckbeaufschlagbaren Kolbens und damit vor allem die Abdichtung beider vom Kolben getrennten Verdichtungsräume, zu gewährleisten. Durch den Einsatz geeigneter Führungen und Lager kann eine rein translatorische Hubbewegung des Kolbens bzw. der Kolbenstange, der bzw. die insbesondere von einer Kurbelwelle angetrieben wird, sichergestellt werden.
Die Erfindung hat überraschend erkannt, dass die Kombination dieser beiden vermeintlich widersprüchlichen Verdichterkonzepte, nämlich das des Taumelkolbenkompressors und das des zweistufigen, einkolbigen Verdichters möglich ist und zu den oben bereits genannten, wesentlichen Vorteilen beider Ansätze führt. Entgegen der im Stand der Technik verbreiteten Auffassung, dass die Abdichtung beider Verdichtungsräume bei einem zweistufigen, einkolbigen Verdichter nur bei einer rein translatorischen Hubbewegung sichergestellt werden kann, geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass der bauartbedingten Taumelbewegung mit entsprechenden konstruktiven Maßnahmen, insbesondere Dichtungen, begegnet werden kann.
Dabei hat die Erfindung insbesondere erkannt, dass bei entsprechender, insbesondere zylindrischer bzw. ringförmig zylindrischer Ausbildung von erstem und zweitem Verdichtungsraum, insbesondere zusammen mit einem beidseitig druckbeaufschlagbaren Kolben, mit nur einer Dichtung erfolgen kann. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, welche die Erfindung im Rahmen der Aufgabenstellung im Hinblick auf weitere Vorteile weiterbilden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Kolben ein vom ersten Verdichtungsraum in Richtung des Luftzufuhranschlusses selbsttätig gegen eine Federkraft öffnendes Rückschlagventil aufweist.
Konkret kann dieses Rückschlagventil in einer Öffnung an der Vollseite und somit zwischen dem ersten Verdichtungsraum und dem Luftzufuhranschluss bzw. des zur Umgebung offenen Lufteinlassbereiches, angeordnet sein. Mit Umgebung ist insbesondere der - unter einem niedrigeren Druck stehende - Kurbelgehäuseinnenraum gemeint. Insbesondere kann durch eine gasführende Verbindung aus dem Kurbelgehäuseinnenraum heraus, insbesondere eine Öffnung, Leitung, Ventil und/oder dergleichen, zwischen dem Kurbelgehäuseinnenraum und einem außerhalb des Kurbelgehäuses liegenden Ortes, erreicht werden, dass der Kurbelgehäuseinnenraum praktisch unter Umgebungsdruck steht, das heißt unter dem Druck der Atmosphäre, die das Kurbelgehäuse, und insbesondere auch das Fahrzeug, umgibt.
Das Rückschlagventil kann sich so im Falle eines über das normale Maß erhöhten Druckes im ersten Verdichtungsraum, insbesondere zur Vermeidung von Schäden, selbsttätig öffnen.
Weiterhin führt die Integration des Rückschlagventils in den Kolben zu dem Vorteil, dass das Ventil zusammen mit dem Kolben ausgetauscht, bzw. demontiert und/oder repariert werden kann. Insgesamt hat die Erfindung erkannt, dass eine Integration der beweglichen und/oder verschleißbehafteten Teile des Verdichters in den Kolben, insbesondere Ventilklappen, Rückschlagventile und Dichtungen, zu dem vorteilhaften Effekt einer vereinfachten Zugänglichkeit und/oder Austauschbarkeit führt.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Pleuel mit dem rotierenden Teil des Antriebs in Form eines exzentrisch angeordneten Wellenabschnittes drehbeweglich verbunden ist. Auf diese Weise wird die rotatorische Bewegung des Antriebs in eine vorwiegend translatorische Bewegungsanteile aufweisende Taumelbewegung umgewandelt.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Pleuel einstückig und gegenüber dem Kolben gelenkfrei ausgebildet ist. Dies beinhaltet die starre Verbindung zwischen Kolben und Pleuel insbesondere ohne relative Neigungen ausgleichende Gelenke. Auf diese Weise werden der Aufbau und die Herstellung des Verdichters vereinfacht und die Anzahl beweglicher Teile reduziert. Dies wiederum führt in vorteilhafter Weise zu einer reduzierten Fehleranfälligkeit sowie verringertem Reparatur- und Wartungsaufwand.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Verdichtungsraum zylindrisch oder zylindrisch mit kuppelförmigem Abschnitt und der zweite Verdichtungsraum ringförmig zylindrisch ausgebildet ist.
Konkret kann diese Ausführungsform durch einen innerhalb des Zylinders angeordneten, rotationsförmigen Zylinderinnensteg mit L-förmigem Querschnitt gebildet sein, welcher in Richtung des Kolbens offen ist und somit einen ringförmig zylindrischen Verdichtungsraum bildet. Der Begriff "ringförmig zylindrisch" beschreibt hierbei einen Verdichtungsraum, welcher im Gegensatz zum ersten Verdichtungsraum nicht vollzylindrisch, sondern hohlzylindrisch ausgebildet ist, d. h. eine innere zylindrische Mantelfläche und eine äußere zylindrische Mantelfläche aufweist. Durch die Hubbewegung des Kolbens wird die Stufenseite des Kolbens innerhalb des ringförmigen Verdichtungsraumes zur Erzeugung der Verdichtung oszillierend bewegt.
Diese ringförmige Ausprägung des Verdichtungsraumes führt zu dem Vorteil, dass dieser durch nur eine, insbesondere kolbenseitig angebrachte Dichtung abgedichtet werden kann. Auch vermeidet diese ringförmige Ausprägung des Verdichtungsraumes im Gegensatz zu anderen, zum Stand der Technik gehörenden Ansätzen von zweistufigen, einkolbigen Verdichtern, dass weitere bewegliche Teile, insbesondere Pleuel oder Kolbenstange, direkt an den Verdichtungsraum angrenzen und somit zusätzlich abgedichtet werden müssten.
Weiterhin kann durch einen kuppelförmigen Abschnitt oder generell einen sich zur Vollseite des Kolbens verjüngenden Verlauf, eine Kolbenform erreicht werden, welche sich vorteilhaft trotz Taumelbewegung nicht im Zylinder verkantet.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtung des Kolbens sowohl an einer Außenseite als auch an einer Innenseite eine in radialer Richtung wirkende druckdichte Abdichtung bewirkt, insbesondere als eine einzige Dichtung gebildet ist. Hierbei kann die einzige Dichtung zum Beispiel als eine Manschettendichtung ausgebildet sein.
In einer derartigen Ausbildung erfolgt die Abdichtung sowohl der Verdichtungsräume untereinander als auch der Verdichtungsräume von der Umgebung, mit nur einer Dichtung, welche in radialer Richtung beidseitig, das heißt sowohl nach innen und als auch nach außen, abdichtet. Diese Weiterbildung führt zu dem Vorteil, dass durch den Einsatz von wenigen Dichtungen, insbesondere nur einer einzigen Dichtung zur Abdichtung des ringförmigen Verdichtungsraumes, insbesondere beider Verdichtungsräume, der Aufbau des Verdichters vereinfacht wird und somit Kosten verringert werden und die Anzahl von Teilen, insbesondere verschleißbehafteten Teilen, reduziert wird. Auch führt die Anordnung der Dichtung an der Stufenseite des Kolbens zu einer einfachen Herstellung bzw. Montage von Kolben und Dichtung.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dichtung zur Abdichtung des zweiten Verdichtungsraums gegen einen Kurbelgehäuseinnenraum und zur Abdichtung des ersten Verdichtungsraums gegen den zweiten Verdichtungsraum ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Außenseite der Dichtung umlaufend in Kontakt mit einer Zylinderinnenwand steht und die Innenseite der Dichtung umlaufend in Kontakt mit einer Stegwandinnenseite steht. Konkret kann dies beinhalten, dass die Dichtung eine Außenseite und eine Innenseite aufweist. Die Außenseite der Dichtung ist dabei am äußeren Umfang, also der Außenseite der - vereinfacht beschrieben - ringförmigen Dichtung angeordnet und stellt so eine umlaufende, ständige Berührung mit einer, insbesondere einen zylindrischen Hohlraum bildenden Zylinderinnenwand, her. Die Innenseite der Dichtung ist an der Innenseite, also am inneren Umfang der - vereinfacht beschrieben - ringförmigen Dichtung angeordnet und stellt so eine umlaufende, ständige Berührung mit einer Stegwandinnenseite her.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dichtung einen ringförmigen Dichtungskörper aufweist mit einer ersten Ringlippe radial außen am Ringkörper und einer zweiten Ringlippe radial innen am Ringkörper.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dichtung einen ringförmigen Dichtungskörper aufweist mit einer ersten Ringlippe, die in radialer Richtung außen am Dichtungskörper, in axialer Richtung zum zweiten Verdichtungsraum gerichtet, angeordnet ist, und/oder einer zweiten Ringlippe, die in radialer Richtung innen am Dichtungskörper, in axialer Richtung zum zweiten Verdichtungsraum gerichtet, angeordnet ist. Die erste und/oder zweite Ringlippe hat insbesondere ein freies Ende, das im zweiten Verdichtungsraum angeordnet ist.
Eine derartige Weiterbildung beinhaltet insbesondere, dass zwischen der ersten Ringlippe und einem Hauptkörper des Dichtungskörpers ein erster Expansionsraum gebildet wird, und zwischen der zweiten Ringlippe und dem Hauptkörper ein zweiter Expansionsraum.
Durch den ersten und zweiten Expansionsraum wird bewirkt, dass im zweiten Verdichtungsraum befindliche Druckluft sowohl die erste Ringlippe als auch die zweite Ringlippe gegen die Zylinderinnenwand drückt und somit eine Abdichtung hervorruft. Hierbei wird eine erste Abdichtung zwischen der ersten Ringlippe und einer Wandaußenseite der Zylinderinnenwand, sowie eine zweite Abdichtung zwischen der zweiten Ringlippe und einer Wandinnenseite der Zylinderinnenwand bewirkt.
Eine Weiterbildung mit einem derartigen Dichtungskörper kann insbesondere verwendet werden, wenn ein Verdichter im zweistufigen Betrieb eingesetzt wird. Ein zweistufiger Betrieb beinhaltet insbesondere das die Druckluft zunächst im ersten Verdichtungsraum auf einen niedrigeren Druck, beispielsweise 3 bar, verdichtet wird und anschließend im zweiten Verdichtungsraum auf einen höheren Druck, beispielsweise 22 bar verdichtet wird. In einem derartigen Betriebsmodus nimmt der erste Druck im ersten Verdichtungsraum beispielsweise einen Wert von max. 3 bar an, und der zweite Druck im zweiten Verdichtungsraum beispielsweise einen Wert zwischen 3 bar und 22 bar an.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der ringförmige Dichtungskörper eine dritte Ringlippe aufweist, die in radialer Richtung außen am Dichtungskörper, in axialer Richtung zum ersten Verdichtungsraum gerichtet, angeordnet ist. Die dritte Ringlippe hat insbesondere ein freies Ende, das im ersten Verdichtungsraum angeordnet ist.
In einer derartigen Weiterbildung wird vorteilhaft, insbesondere durch einen dritten Expansionsraum, eine dritte Abdichtung zwischen der dritten Ringlippe und der Wandaußenseite der Zylinderinnenwand bewirkt. Durch die dritte Abdichtung wird vorteilhaft bewirkt, dass eine Abdichtung zwischen dem ersten Verdichtungsraum und dem zweiten Verdichtungsraum unabhängig von den im ersten und zweiten Verdichtungsraum herrschenden Drücken erfolgt. Insbesondere wenn der im ersten Verdichtungsraum herrschende erste Druck gleich oder größer ist als der im zweiten Verdichtungsraum herrschende zweite Druck, wird durch die dritte Ringlippe ein Überströmen von Druckluft aus dem ersten Verdichtungsraum in den zweiten Verdichtungsraum verhindert. Hierdurch wird vorteilhaft ein einstufiger Betrieb des Verdichters ermöglicht, bei dem Druckluft im ersten Verdichtungsraum und im zweiten Verdichtungsraum auf denselben Enddruck verdichtet wird. In einem derartigen Betriebsmodus wird in beiden Verdichtungsräumen Druckluft auf denselben Enddruck von beispielsweise 18 bar verdichtet. Somit nimmt in einem derartigen Beispiel sowohl der erste Druck im ersten Verdichtungsraum als auch der zweite Druck im zweiten Verdichtungsraum einen Wert von max. 18 bar an.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kolben einen in axialer Richtung veränderlichen, nicht zylindrischen Außenquerschnitt aufweist. Konkret bedeutet dies beispielsweise, dass der Außenquerschnitt des Kolbens am oberen und unteren Ende des Kolbens elliptisch und an einer Stelle zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Kolbens rund ausgeprägt ist, d. h. die Kolbenaußenwand nicht zylindrisch ist.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Kolben einen in axialer Richtung veränderlichen, nicht zylindrischen Innenquerschnitt aufweist. Dies kann konkret bedeuten, dass der Innenquerschnitt am oberen und unteren Ende einer den ringförmigen Teil des Kolbens bildenden Kolbenstufe elliptisch und an einer Stelle zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Kolbenstufe rund ausgeprägt ist, d. h. die Kolbeninnenwand nicht zylindrisch ist.
Beide vorhergehend genannten Weiterbildungen führen zu einer gleichmäßigen und von der Taumelbewegung und somit relativen Neigung zwischen Zylinder und Kolben unabhängigen Abdichtung der Verdichtungsräume. Durch die veränderliche Form der Kolbenaußenwand wird sichergestellt, dass der Außenquerschnitt des Kolbens in einer zur Achse der Zylinders senkrechten Ebene auf jeder Hubposition praktisch unveränderlich bleibt, insbesondere deckungsgleich mit dem Zylinderinnenquerschnitt. Derselbe Aspekt gilt analog für die Kolbeninnenwand hinsichtlich der Abdichtung gegen die den zweiten Verdichtungsraum bildenden rotationsförmigen Zylinderinnensteg mit L-förmigem Querschnitt.
Weiterhin kann eine derartige Weiterbildung in einer weiteren Ausführungsform, insbesondere mit einer Dichtung, welche gleichzeitig den größten Außenquerschnitt und den kleinsten Innenquerschnitt des Kolbens bildet, vorteilhaft erreicht werden, dass der Kolben lediglich über die Dichtung im Kontakt mit der Innenwand bzw. der Stegwand des Zylinders steht. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass durch diesen praktisch lediglich linienförmigen Kontakt in einem nur schmalen axialen Bereich des Kolbens eine reibungsarme Abdichtung der Verdichtungsräume untereinander bzw. gegen die Umgebung erreicht wird. Auf diese Weise wird ebenfalls vorteilhaft das Risiko des Verkantens des Kolbens im Zylinder, trotz der Taumelbewegung, verringert.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Verdichtungsraum weiterhin einen Aufladeanschluss zum zusätzlichen Zuführen von Druckluft, insbesondere aus einem Druckmittelvorratsbehälter, aufweist. Auf diese Weise kann bereits vorverdichtete und gespeicherte Luft bei Bedarf dem zweiten Verdichtungsraum zugeführt werden. Ein derartiges Vorgehen ermöglicht die Zwischenspeicherung von Druckluft um mittels des Verdichters in nicht vollständig ausgelasteten Betriebsphasen Luft bereits im Vorhinein auf einen bestimmten (zwischen-)Hochdruck zu verdichten und diese vorverdichtete Luft zu einem späteren Zeitpunkt abzurufen, bzw. weiter zu verdichten. Auf diese Weise kann die Leistung des Verdichters kurzfristig erhöht werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Luftzufuhranschluss innerhalb des Pleuels und/oder des Kolbens angeordnet ist. Diese Weiterbildung des Verdichters führt, analog zu der Weiterbildung betreffend das in den Kolben integrierte Rückschlagventil, insbesondere zu einer Integration von Komponenten und Funktionsmerkmalen in ein einfach zugängliches bzw. austauschbares Bauteil, in diesem Falle den Kolben, und somit zu Vorteilen insbesondere hinsichtlich erhöhter Modularität durch den Einsatz von standardisierten Komponenten und eines verringerten Wartungs- und Reparaturaufwandes.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die drehbewegliche Verbindung zwischen Pleuel und exzentrisch angeordnetem Wellenabschnitt mittels eines Pleuellagers, insbesondere eines Gleitlagers, Kugellagers oder Nadellagers, gebildet ist. Insbesondere vorteilhaft ist eine wartungsarme, besonders bevorzugt wartungsfreie, Auslegung der drehbeweglichen Verbindung. Dies kann beispielsweise durch den Einsatz von Gleitlagern erreicht werden.
Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf eine Druckluftversorgungsanlage mit einem vorgenannten Verdichter und ein Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage.
Die Druckluftversorgungsanlage ist zum Betreiben einer Pneumatikanlage aufgelegt und weist auf:

eine Luftzufuhr und eine daran über einen Luftzufuhranschluss angeschlossenen Verdichter gemäß der Erfindung,
eine über einen Druckluftauslass pneumatisch an den Verdichter angeschlossene einen Lufttrockner aufweisende Pneumatik-hauptleitung zu einem Druckluftanschluss einer Galerie,
einen über einen Aufladeanschluss pneumatisch an den Verdichter angeschlossenen Druckmittelvorratsbehälter.

Erfindungsgemäß ist der Verdichter gemäß der Erfindung ausgebildet.
Das Betreiben der Pneumatikanlage ist insbesondere zur Versorgung von Druckluftverbrauchern in einem Fahrzeug ausgelegt, insbesondere zur Versorgung von Luftfederanlagen.
Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf ein Verfahren mit einem vorgenannten Verdichter zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage und ein Fahrzeug mit einer Druckluftversorgungsanlage. Das Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage weist die Schritte auf: Verdichten von Luft aus einen Kurbelgehäuseinnenraum und/oder der Umgebung in einem ersten Verdichtungsraum des Verdichters auf ein Niederdruckniveau, weiteres Verdichten der im ersten Verdichtungsraum des auf ein Niederdruckniveau verdichteten Druckluft in einem zweiten Verdichtungsraum des Verdichters auf ein Hochdruckniveau, und Zuführen der im zweiten Verdichtungsraum auf ein Hochdruckniveau verdichteten Druckluft aus dem Druckluftauslass über eine Pneumatikhauptleitung zu einem Druckluftanschluss einer Galerie, insbesondere über einen Lufttrockner. Beim Verfahren werden die Vorteile des Verdichters vorteilhaft genutzt. Bei dem Fahrzeug und bei der Druckluftversorgungsanlage können ebenfalls die Vorteile insbesondere die Vorteile des Verdichters gemäß dem Konzept der Erfindung vorteilhaft genutzt werden. Hierzu zählt insbesondere die kompakte Bauform, welche sich durch einen zweistufigen, einkolbigen Taumelkolbenkompressor gemäß dem Konzept der Erfindung ergibt und insbesondere zu einer für Fahrzeuge vorteilhaften Bauraum- und Gewichtsreduzierung führt.
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 ein pneumatisches Schaltbild eines pneumatischen Systems mit einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer Druckluftversorgungsanlage,
Fig. 2A eine schematische Schnittdarstellung eines Verdichters gemäß einer Ausführungsform in einer Schnittebene senkrecht zur Antriebsachse,
Fig. 2B eine schematische Schnittdarstellung eines Verdichters gemäß der Ausführungsform in einer Schnittebene parallel sowohl zur Antriebsals auch zur Kolbenachse,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Verdichters gemäß einer weiteren Ausführungsform im eingebauten Zustand,
Fig. 4A eine Detailansicht eines Kolbens einer noch weiteren Ausführungsform in einer Schnittebene senkrecht zur Antriebsachse,
Fig. 4B eine Detailansicht eines Kolbens der noch weiteren Ausführungsform in einer Schnittebene parallel sowohl zur Antriebs- als auch zur Kolbenachse,
Fig. 5A, B eine erste Weiterbildung einer Dichtung für einen Verdichter,
Fig. 5C, D eine erste Weiterbildung einer Dichtung für einen Verdichter.

Verdichter gemäß dem Konzept der Erfindung werden bevorzugt in einer Druckluftversorgungsanlage eingesetzt - hier haben sich besondere Anforderungen hinsichtlich Verdichtungsleistung und Kompaktheit ergeben. Jedoch lässt sich ein Verdichter gemäß dem Konzept der Erfindung für andere Arten der Druckluftquellen einsetzen. Eine Druckluftversorgungsanlage ist beispielhaft als bevorzugte Ausführungsform in Fig. 1 dargestellt und im Folgenden beschrieben.
Es sollte jedoch klar sein, dass der Verdichter gemäß dem Konzept der Erfindung nicht nur bevorzugt in Druckluftversorgungsanlagen oder für den PKW- oder Nutzfahrzeugbereich eingesetzt werden kann. Es haben sich darüber hinaus auch Anwendungen für Unterdruckerzeuger, insbesondere Vakuumpumpen, ergeben.
Fig. 1 zeigt ein pneumatisches System 300 mit einer Druckluftversorgungsanlage 200 und einer vorliegend in Form einer Luftfederanlage eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs 400 gebildeten Pneumatikanlage 500.
Vorliegend ist die Luftfederanlage mit einer beispielhaften Anzahl von vier Luftfedern 210 gebildet, wobei jede Luftfeder 210 einem Rad eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs 400 zugeordnet ist. Vom Fahrzeug 400 ist vorliegend lediglich symbolisch ein in Radnähe gebildetes Auflager 410 gezeigt, das bei Befüllen der Luftfeder 210 angehoben bzw. bei Entlüften der Luftfeder 210 abgesenkt werden kann. Eine Luftfeder 210 umfasst einen hier als Balg 211 bezeichneten Luftbalg zur Aufnahme von Druckluft und ein Luftfederventil 212, das die Druckluftmenge im Balg 211 hält oder entlässt bzw. ein Befüllen des Balgs 211 mit Druckluft zulässt.
Das Luftfederventil 212 ist als steuerbares Magnetventil, hier als 2/2-Wegeventil, gebildet. Jedes der Luftfederventile 212 ist vorliegend in einem durch die Federkraft einer nicht näher bezeichneten Feder in einem stromlos geschlossenen Zustand gezeigt.
Die Luftfederventile 212 sind an eine als Sammelleitung ausgebildete Galerieleitung 220 über geeignete Federzweigleitungen 221 angeschlossen. Direkt an die Galerieleitung 220 angeschlossen ist ein Spannungs-Druck-Sensor 230, der in der Lage ist, einen Druck in der Galerieleitung 220 - und bei geeigneter Schaltung der Luftfederventile 212 - auch einen Druck in den Luftfedern 210 zu messen. Der Spannungs-Druck-Sensor 230 kann in Verbindung mit einem Speichersystem, nämlich vorliegend dem Speicher 224, der Pneumatikleitung 40 und dem Speicherventil 41 auch einen Speicherdruck messen. Drucksensorsignale können zur Veranlassung weiterer Steuermaßnahmen an eine Luftfedersteuerung und/oder eine Fahrzeugsteuerung übermittelt werden, welche vorliegend nicht näher dargestellt ist. Die Versorgung der Pneumatikanlage 500 in Form der Luftfederanlage erfolgt vorliegend mit Druckluft aus der Druckluftversorgungsanlage 200.
Die Pneumatikanlage 500 ist dazu über einen Druckluftanschluss 2 an die Druckluftversorgungsanlage 200 angeschlossen. Dem Druckluftanschluss 2 kann Druckluft aus einer Druckluftzuführung 10 mit einem Verdichter 100 über eine Pneumatikhauptleitung 30 zugeführt werden. Dem Druckluftanschluss 2 kann auch Druckluft aus einem Druckmittelvorratsbehälter 224 über einen weiteren Druckluftanschluss 2' und eine weitere Pneumatikleitung 40 zugeführt werden.
Die Druckluftversorgungsanlage 200 weist zur zweckmäßigen Auswahl der Zuführungsart von Druckluft zur Pneumatikanlage 500 geeignete Trennventile, nämlich ein erstes Trennventil 31 in der Pneumatikhauptleitung 30 und ein zweites Trennventil 41 in der weiteren Pneumatikleitung 40 auf. Das erste und zweite Trennventil 31, 41 ist jeweils als ein steuerbares Magnetventil - hier als ein 2/2-Wegeventil - ausgebildet.
In Fig.1 sind das erste und zweite Trennventil 31, 41 jeweils in einem geschlossenen Zustand gezeigt, so dass die Pneumatikanlage 500 von der Druckluftversorgungsanlage 200 vollständig getrennt ist. Dies führt vorteilhaft dazu, dass ein Lufttrockner 222 der Druckluftversorgungsanlage durch Druckluftbewegungen in der Pneumatikanlage 500 oder Umspeicherung von Druckluft aus dem Druckmittelvorratsbehälter 224 in die Pneumatikanlage 500 nicht nachteilig beeinflusst (z. B. befüllt) wird, wenn das erste Trennventil 31 geschlossen ist.
Insgesamt weist die Druckluftversorgungsanlage 200 eine Druckluftzuführung 10 auf, an welche die Pneumatikhauptleitung 30 angeschlossen ist. In der Pneumatikhauptleitung 30 ist druckluftzuführungsseitig der Lufttrockner 222 und druckluftanschlussseitig das erste Trennventil 31 pneumatisch in Reihenschaltung angeschlossen. Zwischen dem Lufttrockner 222 und dem ersten Trennventil 31 ist eine als pneumatische Parallelschaltung ausgeführte Ventilanordnung angeschlossen.
Die Ventilanordnung weist ein in Belüftungsrichtung B zur Pneumatikanlage 500 selbsttätig öffnendes Rückschlagventil 32 auf, das in Entlüftungsrichtung E von der Pneumatikanlage 500 zum Lufttrockner 222 sperrt. In einer zur Pneumatikhauptleitung 30 parallelen als Bypassleitung 33 geschalteten pneumatischen Leitung ist eine Drossel 34 angeordnet, die bidirektional durchströmbar als Regenerationsdrossel dient. Die Drossel 34 weist eine Nennweite auf, die ausreichend ist, um beim Entlüften der Pneumatikanlage 500 bei geöffnetem ersten Trennventil 31 einen Druckabfall dergestalt zur Verfügung zu stellen, dass ein Lufttrockner 222 im Rahmen einer Druckwechsel-Adsorption ausreichend regeneriert.
Ein in Entlüftungsrichtung E geführter Druckluftstrom kann über eine an die Pneumatikhauptleitung 30 angeschlossene Entlüftungsleitung 35 zu einem Entlüftungsanschluss 3 zur Umgebung U entlüftet werden. In der Entlüftungsleitung 35 ist ein für einen Entlüftungsvorgang zu öffnendes weiteres Trennventil 36 angeordnet. Das weitere Trennventil 36 ist wie das erste und zweite Trennventil 31, 41 als steuerbares Magnetventil, nämlich hier als 2/2-Wegeventil ausgebildet.
In einer hier nicht gezeigten Abwandlung kann auch eine grundsätzlich andere Gestaltung der Pneumatikhauptleitung 30 und Entlüftungsleitung 35 vorgesehen sein, z. B. mit einer geeigneten vorgesteuerten Entlüftungsmagnetventilanordnung oder dergleichen.
Die Druckluftzuführung 10 weist vorliegend einen gemäß dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Verdichter 100 auf, der anhand der in Fig. 1, Fig. 2A und Fig. 2B beispielhaft dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform im Folgenden beschrieben wird. Der Verdichter 100 der Druckluftzuführung 10 ist mit der Druckluftzuführung 10 vorliegend als ein separat an die Druckluftversorgungsanlage 200 anschließbares Gerät gebildet. Das insofern als Druckluftzuführungsgerät zu bezeichnende Bauteil der Druckluftzuführung 10 weist einen Druckluftauslass 124 auf, an den die Pneumatikhauptleitung 30 der Druckluftversorgungsanlage 200 anschließbar ist. Weiter weist die Druckluftzuführung 10 einen Aufladeanschluss 126 auf, an den eine Pneumatikleitung 37 zum Druckmittelvorratsbehälter 224 über ein noch weiteres Trennventil 38 anschließbar ist. An die Pneumatikleitung 37 ist der Druckmittelvorratsbehälter 224 über den oben genannten zweiten Druckluftanschluss 2' angeschlossen. An den zweiten Druckluftanschluss 2' ist auch die weitere Pneumatikleitung 40 zum Druckluftanschluss 2 angeschlossen.
Die Pneumatikleitung 37 ist - bei geöffnetem noch weiteren Trennventil 38 - nur unidirektional von Druckluft durchströmbar, nämlich in einer vom Druckmittelvorratsbehälter 224 ausgesehen, weiteren Entlüftungsrichtung E'. Dazu weist die Pneumatikleitung 37 ein weiteres Rückschlagventil 39 auf, das in der weiteren Entlüftungsrichtung E' selbsttätig öffnet und in Gegenrichtung sperrt. Die Pneumatikleitung 37 ist somit ausgelegt, dem Aufladeanschluss 126 der Druckluftzuführung 10 Druckluft aus dem Druckmittelvorratsbehälter 224 zuzuführen, wenn das noch weitere Trennventil 38 öffnet.
Weiter weist die Druckluftzuführung 10 einen Luftzufuhranschluss 0 auf, über den Luft aus einer Luftzufuhr L - in einem Filter 52 einer Ansaugleitung 51 gefiltert - zugeführt werden kann.
Wie aus Fig. 1 erkennbar ist der Verdichter 100 der Druckluftzuführung 10 mit einem ersten Verdichtungsraum 104 und einem zweiten Verdichtungsraum 106 ausgelegt. Gemäß dem Konzept der Erfindung ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Verdichter 100 mit einem einzigen Zylinder 118, wie in Fig. 2A und Fig. 2B näher beschrieben, ausgeführt. Ein einziger im Innenraum des Zylinders 118 beidseitig druckbeaufschlagbarer Kolben 112 des Verdichters 100 wird zur Bewegung von einem Motor M über eine Antriebswelle 102 angetrieben. Der Zylinder 118 mit Kolben 112 des Verdichters 100 ist vorliegend unter Bildung beider Verdichtungsräume 104 und 106 auf einer einzigen Seite des Motors M angeordnet. Wie aus der Beschreibung der Fig. 2A und Fig. 2B ersichtlich, ist dies eine besonders kompakte Anordnung des Zylinders 118 unter Nutzung eines einzigen Kolbens 112.
Die Druckluftzuführung bzw. der Verdichter 100 weist eine Verbindungsleitung 122 zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 auf.
Die Verbindungsleitung 122 ist als Durchführung eines Kolbenkörpers des Kolbens 112 gebildet und ist somit besonders kompakt ausgelegt. Aufgrund der vergleichsweise kurzen Verbindungsleitung 122 wird der gesamte Verdichtungsraum im Zylinder 118 gering gehalten, so dass eine besonders hohe Verdichtungsdruckamplitude erreicht werden kann.
Gegebenenfalls lässt sich die Verfügbarkeit von Druckluft, d. h. insbesondere eine Druckluftmenge, noch weiter dadurch steigern, dass über den zweiten optional nutzbaren Aufladeanschluss 126 dem zweiten Verdichtungsraum 106 weiteres Druckmittel zugeführt wird und - in einem sogenannten Boost-Betrieb- zusammen mit der auf hohem Niveau verdichteten Druckluft des ersten Verdichtungsraums 104 im zweiten Verdichtungsraum 106 weiter verdichtet und im Druckluftauslass 124 zur Verfügung gestellt wird.
Für einen solchen Verdichter 100 sind im Folgenden verschiedene, dem Konzept der Erfindung folgende Ausführungsformen dargestellt, für die neben der in Fig. 1 dargestellten Anwendung weitere Einsatzgebiete denkbar sind.
Fig. 2A zeigt einen Verdichter 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer ersten Schnittdarstellung. Innerhalb eines Zylinders 118 ist in einem zylindrischen Hohlraum ein Kolben 112 angeordnet. Der Kolben 112 ist über ein starr verbundenes Pleuel 128 drehbeweglich über eine drehbewegliche Verbindung 162 um eine durch den Punkt S2 senkrecht zur Schnittebene verlaufende Rotationssachse mit einem exzentrisch angeordneten Wellenabschnitt 132 verbunden, welcher wiederum zur Übertragung der Antriebsbewegung an eine Antriebswelle 102 angeschlossen ist. Kolben 112 und Pleuel 128 sind vorliegend einstückig, insbesondere entlang einer gemeinsamen Kolbenachse A koaxial zusammengesetzt, ausgeführt. Der Kolben 112 ist weiterhin - wie auch andere Bereiche dieser Ansicht - stark schematisch dargestellt. Insbesondere die Ausbildung des Kolbens 112 kann - insbesondere zur Realisierung einer funktionsbedingten Taumelkinematik - von der hier gezeigten Ausbildung abweichen. Derartige, abweichende Weiterbildungen sind in Fig. 3, Fig. 4A und Fig. 4B gezeigt.
Vorliegend wird die drehbewegliche Verbindung 162 über ein Pleuellager 152 realisiert. Die Antriebswelle 102 und der exzentrisch angeordnete Wellenabschnitt 132 sind Teil eines rotierenden Teils 131 des Antriebs. Das Pleuel 128 weist eine dem Kolben 112 zugewandte Kolbenseite 128.1 und eine der Antriebswelle 102 zugewandte Antriebsseite 128.2 auf.
Die Antriebswelle 102 wiederum führt eine Drehbewegung D um eine durch einen Punkt S1 senkrecht zur Schnittebene verlaufende Rotationsachse aus. Durch die starre Verbindung der Antriebswelle 102 zu dem exzentrisch angeordneten Wellenabschnitt 132 und durch den Versatz der beiden Punkte S1 und S2 führt eine Drehbewegung der Antriebswelle 102 zu einer Auslenkung H des Kolbens in Hubrichtung.
Weiterhin ist innerhalb des vom Zylinder 118 umschlossenen zylindrischen Hohlraums ein rotationssymmetrischer, sich von der Zylinderinnenwand 119 radial nach innen erstreckender Zylinderinnensteg 110 mit einem L-förmigen Querschnitt angeordnet. Der Zylinderinnensteg 110 weist aufgrund des L-förmigen Querschnitts an seiner Innenseite eine in Richtung des Kolbens 112 gerichtete Stegwand 111 auf. Somit wird durch die Innenwand des Zylinders 118 und des Zylinderinnensteges 110 ein ringförmiger, in Richtung des Kolbens 112 offener Raum gebildet, welcher den zweiten Verdichtungsraum 106 darstellt.
Der Kolben 112 weist auf der dem Pleuel 128 abgewandten Seite eine als Vollseite 114 ausgebildete erste Stirnseite 113 auf, welche zusammen mit der Innenwand des Zylinders 118 den ersten Verdichtungsraum 104 begrenzt. Weiterhin weist der Kolben 112 auf der dem Pleuel 128 zugewandten Seite eine ringförmige Kolbenstufe auf, welcher in Form eines Hohlzylinders gebildet ist, dessen Außenwand deckungsgleich mit der Außenwand des Kolbens 112 auf Höhe der Vollseite 114 ist und welcher auf der der Vollseite 114 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 112 durch eine als Stufenseite 116 ausgebildete zweite Stirnseite 115 abgeschlossen wird.
Weiterhin ist der Zylinder 112 derartig ausgebildet, dass sich der Kolben 112, insbesondere die dem Pleuel 128 zugewandte Seite mit der Stufenseite 116, oszillierend innerhalb des vom Zylinderinnensteg 110 und der Innenwand des Zylinder 118 gebildeten ringförmigen Raumes bewegen kann. Durch die Begrenzung des von Zylinderinnensteg 110, Innenwand des Zylinder 118 und Stufenseite 116 gebildeten, praktisch ringförmigen Raumes, entsteht der zweite Verdichtungsraum 106.
Der Kolben 112 weist weiterhin eine Dichtung 138 auf, welche in der dargestellten Ausführungsform stirnseitig auf der Stufenseite 116 des Kolbens 112 angeordnet ist. Die Dichtung 138 führt zu einer Abdichtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 gegenüber des ersten Verdichtungsraumes 104 sowie der Verdichtungsräume 104,106 gegenüber einem Kurbelgehäuseinnenraum 160. Hierzu weist die Dichtung 138 eine Außenseite 138.1 und eine Innenseite 138.2 auf. Die Außenseite 138.1 der Dichtung 138 ist am äußeren Umfang, also der Außenseite der - vereinfacht beschrieben - ringförmigen Dichtung 138 angeordnet und stellt so eine umlaufende, ständige Berührung mit einer, insbesondere einen zylindrischen Hohlraum bildenden Zylinderinnenwand 119, her. Die Innenseite 138.2 der Dichtung 138 ist an der Innenseite, also am inneren Umfang der - vereinfacht beschrieben - ringförmigen Dichtung 138 angeordnet und stellt so eine umlaufende, ständige Berührung mit einer Stegwandinnenseite 109 her. Mittels der Anordnung und Ausprägung des Kolbens 112, des Zylinders 118 sowie des Zylinderinnensteges 110 ist es also möglich, mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an Dichtungen, insbesondere nur einer einzigen Dichtung 138, die Abdichtung beider Verdichtungsräume 104, 106 zu bewirken.
In Fig. 2A ist weiterhin die relative Neigung von Kolben 112 und des mit dem Kolben 112 starr verbundenen Pleuels 128 zu dem Zylinder 118 sichtbar. Diese Neigung wird bewirkt durch den senkrecht zur Hubrichtung existierenden Anteils des Versatzes zwischen der durch den Punkt S1 verlaufenen Rotationsachse der Antriebswelle und der durch den Punkt S2 verlaufenen Rotationsachse der Drehbewegung zwischen Pleuel 128 und exzentrisch angeordnetem Wellenabschnitt 132. Dieser senkrecht zur Hubrichtung existierende Anteil des Versatzes ist abhängig von der Winkelposition der Antriebswelle 102 bzw. des exzentrisch angeordneten Wellenabschnitts 132. Am oberen bzw. unteren Totpunkt des Kolbens 112, wenn die Auslenkung H in Hubrichtung maximal ist, ist der senkrecht zur Hubrichtung existierende Anteil des Versatzes gleich Null. Auf der Mitte des Weges zwischen den beiden Totpunkten des Kolbens 112, wenn die Auslenkung H in Hubrichtung gleich Null ist, ist der senkrecht zur Hubrichtung existierende Anteil des Versatzes dementsprechend maximal.
Durch die relative Neigung des Kolbens 112 bzw. des Pleuels 128 zum Zylinder 118 entstehen Öffnungen, insbesondere sichelförmige Spalte, zwischen dem Kolben 112 und der Innenwand des Zylinders 118 bzw. Zylinderinnensteg 110. Derartige Öffnungen führen zu einem Entweichen von verdichteter Luft aus dem zweiten Verdichtungsraum 106 in den ersten Verdichtungsraum 104 und/oder in die Umgebung U bzw. in einen Kurbelgehäuseinnenraum 160. Um dies zu vermeiden, bzw. zur Kompensation der Taumelbewegung des Kolbens 112, ist die Dichtung 138 entsprechend ausgelegt. Hierzu gehört eine ausreichende Dimensionierung und ein elastisches Verhalten der Dichtung 138, so dass auch bei durch die Taumelbewegung entstehenden Öffnungen zwischen Kolben 112 und Zylinder 118 eine Abdichtung der Verdichtungsräume 104 und 106 gewährleistet bleibt.
Fig. 2B zeigt eine weitere Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Verdichters in einer Schnittebene parallel sowohl zur Antriebs- als auch zur Kolbenachse A. Aus der Schnittdarstellung ist ersichtlich, wie über einen innerhalb des Kolbens 112 und des Pleuels 128 angeordneten Luftzufuhranschluss 120 Luft aus der Umgebung U bzw. dem Kurbelgehäuseinnenraum 160 in den ersten Verdichtungsraum 104 gelangen kann. Hierbei wird durch eine auf der Vollseite 114 des Kolbens 112 angeordnete Luftzufuhrventilklappe 142 gewährleistet, dass Luft über den Luftzufuhranschluss 120 nur in den ersten Verdichtungsraum 104 hineinströmen kann, nicht aber hinaus. Dies wird erreicht, indem sich die Luftzufuhrventilklappe 142 bei der durch die Auslenkung H hervorgerufenen Verkleinerung des ersten Verdichtungsraumes 104, und der damit verbundenen Verdichtung der darin befindlichen Luft, entgegen des im ersten Verdichtungsraum 104 ansteigenden Druckes schließt. Entsprechend öffnet sich die Luftzufuhrventilklappe 142 beim Vergrößern des ersten Verdichtungsraums 104 aufgrund des relativ zur Umgebung herrschenden Unterdruckes im ersten Verdichtungsraum 104, sodass Luft aus der Umgebung bzw. dem Kurbelgehäuseinnenraum 160 in den ersten Verdichtungsraum 104 strömt.
Weiterhin ist innerhalb des Kolbens 112 als weitere Verbindung zwischen erstem Verdichtungsraum 104 und dem Luftzufuhranschluss 120 bzw. bzw. dem Kurbelgehäuseinnenraum 160 ein Rückschlagventil 130 angeordnet, welches durch eine Federkraft F im geschlossenen Zustand gehalten wird. Durch das Rückschlagventil 130 kann somit Luft im ersten Verdichtungsraum 104, dessen Druck einen bestimmten, insbesondere für den Verdichter potentiell schädlichen, Maximalwert überschreitet, über den Luftzufuhranschluss 120 in die Umgebung entweichen. Alternativ kann das Rückschlagventil 130 auch derartig angeordnet sein, dass die Luft direkt, d.h. ohne über den Luftzufuhranschluss 120 geführt zu werden, in den Kurbelgehäuseinnenraum 160 bzw. die Umgebung U entweicht.
Zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 ist weiterhin innerhalb des Kolbens 112 eine Verbindungsleitung 122 angeordnet. Diese Verbindungsleitung 122 stellt eine gasführende Verbindung der beiden Verdichtungsräume 104 und 106 dar und weist analog zur Luftzufuhrventilklappe 142 eine Verbindungsventilklappe 144 auf, welche sicherstellt, dass Luft nur in eine Richtung durch die Verbindungsleitung 122 strömt, nämlich vom ersten Verdichtungsraum 104 zum zweiten Verdichtungsraum 106. Dementsprechend schließt sich die Verbindungsventilklappe 144 beim Verkleinern des zweiten Verdichtungsraumes 106 entgegen des ansteigenden Druckes und öffnet sich beim Vergrößern, so dass Luft aus dem ersten Verdichtungsraum 104 in den zweiten Verdichtungsraum 106 strömen kann. Die im zweiten Verdichtungsraum 106 verdichtete Luft kann über einen Druckluftauslass 124 Verbrauchern einer Pneumatikanlage 500, insbesondere über eine Druckluftversorgungsanlage 200, zur Verfügung gestellt werden.
Weiterhin ist im Zylinder 118 ein zum zweiten Verdichtungsraum 106 führender Aufladeanschluss 126 angeordnet, welcher eine Aufladeventilklappe 146 aufweist. Über den Aufladeanschluss 126 kann dem zweiten Verdichtungsraum 106 Luft, welche beispielsweise zu einem vorherigen Zeitpunkt verdichtet wurde und in einem Druckmittelvorratsbehälter 224 gespeichert und vorgehalten wird, zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Leistung des Verdichters 100 kurzfristig erhöht werden, insbesondere um verdichtete Luft schneller zur Verfügung zu stellen. Die Aufladeventilklappe 146 sorgt hierbei dafür, dass Luft über den Aufladeanschluss 126 ausschließlich in den zweiten Verdichtungsraum 106 hineinströmt und nicht über den Aufladeanschluss 126 entweichen kann.
Weiterhin weist der Kolben 112 keine zylindrische Form auf, sondern einen entlang einer Kolbenachse A veränderlichen Querschnitt. In dieser Ausführungsform weist der Kolben 112 auf Höhe der Vollseite 114 einen Querschnitt mit einem Kolbennebendurchmesser KN auf. Auf der Stufenseite 116 weist der Kolben 112 hingegen einen Kolbenhauptdurchmesser KH auf, der größer ist als der Kolbennebendurchmesser KN. Aufgrund dieser unterschiedlichen Durchmesser und dem Verlauf des Kolbendurchmessers zwischen der Stufenseite 116 und der Vollseite 114 ist ergibt sich ein veränderlicher, im Wesentlichen nicht-zylindrischer Verlauf sowohl einer Außenseite 112.1 als auch einer Innenseite 112.2 des Kolbens 112, der dazu führt, dass der Kolben 112 praktisch kuppelförmig ausgebildet ist. Durch eine derartige Gestaltung wird insbesondere eine Beweglichkeit des Kolbens 112 innerhalb des Zylinders 118 erreicht, dies insbesondere trotz der Taumelbewegung des Kolbens 112.
Der Kolbenhauptdurchmesser KH kann nicht größer sein als der Durchmesser des Zylinders 118, allerdings ist es möglich und sogar sinnvoll, wenn der Durchmesser der Außenseite 138.1 der Dichtung 138 größer ist als der Kolbenhauptdurchmesser KH und auch als der Durchmesser des Zylinders 118. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass der Kolben 112 mitsamt der Dichtung 138, trotz der Taumelbewegung des Kolbens 112 und dadurch entstehender Öffnungen und Spalte zwischen Kolben 112 und Zylinder 118 bzw. Kolben 112 und Stegwand 111, eine Abdichtung zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 bzw. zwischen dem zweiten Verdichtungsraum 106 und dem Kurbelgehäuseinnenraum 160 herstellt. Gleichzeitig wird die Bewegung des Kolbens 112, trotz des größeren Durchmessers der Außenseite 138.1 der Dichtung 138, nicht wesentlich behindert oder blockiert, da die Dichtung 138 vorzugsweise aus einem elastischen Material gebildet ist.
Fig.3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Verdichters 100 gemäß dem Konzept der Erfindung im eingebauten Zustand. Eine Antriebswelle 102 ist derartig angeordnet, dass sich ein Ende der Antriebswelle 102 innerhalb des Verdichtergehäuses 154 befindet, in dem der entsprechende Endabschnitt der Antriebswelle 102, gestützt von einem Antriebswellenlager 150, durch eine Öffnung in das Verdichtergehäuse 154 geführt ist.
Auf dem in das Verdichtergehäuse 154 geführten Endabschnitt der Antriebswelle 102 ist ein Exzenter 132 befestigt. Dieser Exzenter 132 weist einen zylindrischen Pleuelaufnahmeabschnitt 156 auf, auf dem das Pleuellager 152 befestigt ist. Die Rotationsachse des zylindrischen Pleuelaufnahmeabschnittes 156 ist parallel zur Rotationsachse der Antriebswelle 102 angeordnet, jedoch mit einem bestimmten, zur Erfüllung der Exzenterwirkung bzw. Erreichen einer Auslenkung H benötigten Versatz.
Der Exzenter 132 weist weiterhin einen dem Pleuelaufnahmeabschnitt 156 in radialer Richtung entgegengesetzt angeordneten Gegengewichtsabschnitt 158 auf. Der Gegengewichtsabschnitt 158 dient insbesondere der Kompensation bzw. der zumindest teilweisen Auslöschung von Trägheitskräften, die über das mit dem Exzenter 132 verbundene Pleuel 128 durch die Drehbewegung auf den Exzenter 132 wirken.
Das Pleuel 128 ist mit dem Pleuelaufnahmeabschnitt 156 über ein Pleuellager 152 drehbeweglich verbunden. Durch die von der Drehbewegung des Exzenters 132 hervorgerufene Auslenkung bewirkt der parallel zur Zylinderachse des Zylinders 118 ausgerichtete Bewegungsanteil der Auslenkung eine oszillierende Hubbewegung des Kolbens 112 innerhalb des Zylinders 118.
Der Kolben 112 trägt an seiner Stufenseite 116 eine Dichtung 138 zur Abdichtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 gegenüber dem ersten Verdichtungsraum 104 bzw. gegenüber der Umgebung.
Der Kolben 112 ist in dieser Darstellung praktisch am oberen Totpunkt dargestellt, das heißt mit einem sein annäherndes Minimalvolumen aufweisenden ersten Verdichtungsraum 104 und einem sein annäherndes Maximalvolumen aufweisenden zweiten Verdichtungsraum 106.
Die Form des Kolbens 112 ist vorliegend praktisch kuppelförmig ausgebildet, sodass der Kolben passend zu einem kuppelförmigen Abschnitt 164 des Zylinders 118 ausgebildet ist. Dies bedeutet insbesondere, dass sowohl der Innenquerschnitt 112.2 als auch der Außenquerschnitt 112.1 des Kolbens in axialer Richtung des Kolbens 112 veränderlich ausgebildet sind, insbesondere derart, dass sich beide Querschnitte 112.1, 112.2 im Verlauf von der Stufenseite 116 zur Vollseite 114 entlang einer Kolbenachse A verringern, insbesondere der Durchmesser kleiner wird. Eine derartige Ausbildung des Kolbens 112 führt zu dem Vorteil, dass die Taumelbewegung des Kolbens 112 besonders gut kompensiert werden kann, insbesondere trotz der Taumelbewegung eine Abdichtung beider Verdichtungsräume 104, 106 untereinander und gegenüber dem Kurbelgehäuseinnenraum 160 erreicht werden kann und trotzdem kein Risiko des Verkantens des Kolbens 112 besteht. Dies wird erreicht durch die Tatsache, dass der Kolben auf axialer Höhe der Dichtung 138 seine größte radiale Ausprägung, d. h. seinen größten Außenquerschnitt 112.1 aufweist. Weiterhin weist dieser Bereich des größten Außenquerschnitts eine geringe axiale Höhe auf, d. h. der Abschnitt mit größtem Außendurchmesser bzw. mit Kontakt zur Innenwand des Zylinders 118 ist relativ flach gehalten. Dadurch werden die Reibung und insbesondere das Risiko des Verkantens von Kolben und Zylinder trotz der Taumelbewegung minimiert. Auch führt eine elastische Verformbarkeit der Dichtung 138 dazu, dass bei der Taumelbewegung auftretende Öffnungen, insbesondere sichelförmige Spalte, zwischen dem Kolben 112 und dem Zylinder 118, durch die Dichtung 138 abgedichtet werden können.
Neben einer kuppelförmigen Ausbildung des Kolbens kann diese vorteilhafte Verringerung des Risikos des Verkantens auch mit anderen, sich zu Vollseite des Kolbens verjüngenden Bauformen erreicht werden, beispielsweise durch eine konische oder dergleichen Außenform.
Analog dazu steht der Kolben 112 auch auf seiner Innenseite, d. h. dem Innenquerschnitt 112.2 lediglich über die Dichtung 138 mit der Stegwand 111 des Zylinderinnenstegs 110 in Kontakt. Durch diese kleinste radiale Ausprägung des Innenquerschnitts 112.2 lediglich im axialen Bereich der Dichtung 138 wird - analog zum Außenquerschnitt 112.1 - ein geringer Grad an Reibung und ein kleineres Risiko des Verkantens, insbesondere bei einer Taumelbewegung des Kolbens, gewährleistet.
Auch führt die vorliegende, hohle Ausbildung des Kolbens zu einer vorteilhaft platzsparenden Bauform, insbesondere da der Innenraum der Kuppel Bewegungsraum für die sich relativ zum Zylinder bewegende Stegwand 111 bietet, und auf diese Weise der erste Verdichtungsraum 104 und der zweite Verdichtungsraum 106 einen geringeren Abstand entlang der Kolbenachse A aufweisen. Weiterhin ist der in dieser Ausführungsform innerhalb des Verdichtergehäuses 154 angeordnete, zum ersten Verdichtungsraum 104 führende, Luftzufuhranschluss 120 dargestellt. Der ebenfalls innerhalb des Verdichtergehäuses 154 angeordnete Druckluftauslass 124 verbindet den zweiten Verdichtungsraum 106 mit der Druckluftversorgungsanlage 200. Über den Druckluftauslass 124 wird somit die im zweiten Verdichtungsraum 106 verdichtete Druckluft bereitgestellt.
Fig. 4A zeigt eine Detailansicht eines Kolbens 112 einer noch weiteren Ausführungsform in einer Schnittebene senkrecht zur Antriebsachse. Die darin gezeigten Merkmale entsprechen im Wesentlichen den in Fig. 2A bereits symbolisch dargestellten Merkmalen - dementsprechend sind identische oder ähnliche Merkmale oder Merkmale mit identischer oder ähnlicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Form des Kolbens 112 ist vorliegend ebenfalls praktisch kuppelförmig ausgebildet, sodass der Kolben passend zu einem kuppelförmigen Abschnitt 164 des Zylinders 118 ausgebildet ist. Der Kolben 112 weist eine Außenseite 112.1 und eine Innenseite 112.2 auf. Insbesondere ist der Kolben 112 - analog zu der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform - durch seine kuppelförmige Ausprägung dazu geeignet, sich trotz seiner Taumelkinematik in einem vorwiegend zylindrisch ausgebildetem oder - wie hier vorliegend - kuppelförmigen Innenraum eines Zylinders 118 zu bewegen.
Gut erkennbar ist weiterhin die Dichtung 138 mit einer Außenseite 138.1 und einer Innenseite 138.2. Die Außenseite 138.1 ist hierbei über den Außenumfang der Dichtung 138 umlaufend mit einer Zylinderinnenwand 119 in Kontakt, sodass eine druckdichte Abdichtung gegenüber einem ersten Verdichtungsraum 104 bewirkt wird. Die Innenseite 138.2 der Dichtung 138 ist über den Innenumfang der Dichtung 138 umlaufend mit einer Stegwandinnenseite 109 in Kontakt, sodass eine druckdichte Abdichtung gegenüber einem Kurbelgehäuseinnenraum 160 bewirkt wird. Weiterhin ist vorliegend der Kolben 112, insbesondere der Kuppelabschnitt 164 des Kolbens 112, mittels einer Kolbenschraube 166 an einem Pleuel 128 befestigt. Von dem Pleuel 128 ist in der vorliegenden Ansicht lediglich die Kolbenseite 128.1 sichtbar.
Fig. 4B zeigt eine Detailansicht eines Kolbens 112 der noch weiteren Ausführungsform in einer Schnittebene parallel sowohl zur Antriebs- als auch zur Kolbenachse. Im Unterschied zu der Ansicht in Fig. 4A ist insbesondere noch ein Rückschlagventil 130, ein Luftzufuhranschluss 120, eine Verbindungsleitung 122, eine Luftzufuhrventilklappe 142, eine Verbindungsventilklappe 144, eine Aufladeventilklappe 146 sowie ein Druckluftauslass 124 und ein Aufladeanschluss 126 sichtbar. Diese Merkmale entsprechen im Wesentlichen den in Fig. 2B bereits symbolisch dargestellten Merkmalen - dementsprechend sind identische oder ähnliche Merkmale oder Merkmale mit identischer oder ähnlicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein Unterschied zu der in Fig. 2B dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass die Luftzufuhrventilklappe 142 und das Rückschlagventil 130 nicht wie in Fig. 2B dargestellt gemeinsam an einen durch ein Pleuel 128 geführten Luftzufuhranschluss 120 angeschlossen sind, sondern getrennt im Kolben 112 angeordnet und gasführend mit einem Kurbelgehäuseinnenraum 160 verbunden - bzw. bei dem Rückschlagventil 130 in Abhängigkeit der Federkraft verbindbar - sind.
Die Fig. 5A und Fig. 5B zeigen eine Ausführungsform einer Dichtung 138a, die im Wesentlichen einer vorher beschriebenen Dichtung 138 entspricht. Die Dichtung 138a umfasst einen Dichtungskörper 139a, der eine erste Ringlippe 139.1a und eine zweite Ringlippe 139.2a aufweist. Die erste Ringlippe 139.1a ist in einer radialen Richtung RR außen am Dichtungskörper 139a derart angeordnet, dass sie sich in einer axialen Richtung RA in Richtung eines zweiten Verdichtungsraumes 106 erstreckt. Die erste und/oder zweite Ringlippe 139.1a, 139.2a hat insbesondere ein freies Ende, das im zweiten Verdichtungsraum 106 angeordnet ist.
Die zweite Ringlippe 139.2a ist in einer radialen Richtung RR innen am Dichtungskörper 139a angeordnet. Auch sie erstreckt sich in einer axialen Richtung RA in Richtung des zweiten Verdichtungsraums 106. Der Dichtungskörper 139a ist an einer Stufenseite 116 eines Kolbens 112 befestigt -dies ist in Fig. 5B dargestellt.
Die erste Ringlippe 139.1a ist um die Kolbenachse A rotationssymmetrisch ausgebildet und weist ein Profil auf, das sich - ausgehend von einem Hauptkörper 139.4a - zunächst in radialer Richtung RR nach außen erstreckt und dann seine Richtung um ca. 90° ändert, so dass sie sich in axialer Richtung RA in Richtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 erstreckt, und zwar derart, dass eine Außenseite 138.1a der Dichtung 138a im Wesentlichen zu der Zylinderinnenwand 119, nämlich zu einer Wandaußenseite 119.1 der Zylinderinnenwand 119, parallel angeordnet ist. Durch dieses Profil entsteht zwischen dem Hauptkörper 139.4a und der ersten Ringlippe 139.1a ein erster Expansionsraum 139.5a.
Die zweite Ringlippe 139.2a ist ebenfalls um die Kolbenachse A rotationssymmetrisch ausgebildet und weist ein Profil auf, das sich - ausgehend vom Hauptkörper 139.4a - zunächst in radialer Richtung RR nach innen erstreckt und dann seine Richtung um ca. 90° ändert, so dass sie sich in axialer Richtung RA in Richtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 erstreckt und zwar derart, dass eine Innenseite 138.2a der Dichtung 138a zu der Zylinderinnenwand 119, nämlich zu einer Wandinnenseite 119.2 der Zylinderinnenwand 119, parallel angeordnet ist. Durch dieses Profil entsteht zwischen dem Hauptkörper 139.4a und der zweiten Ringlippe 139.2a ein zweiter Expansionsraum 139.6a.
Durch den ersten und den zweiten Expansionsraum 139.5a, 139.6a wird bewirkt, dass die erste und die zweite Ringlippe 139.1a, 139.2a durch einen im zweiten Verdichtungsraum 106 herrschenden zweiten Druck P2 an die Zylinderinnenwand 119 gedrückt werden und somit eine Abdichtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 sowohl gegenüber dem ersten Verdichtungsraum 104, als auch dem Kurbelgehäuseinnenraum 160 bewirken. Der erste Expansionsraum 139.5a bewirkt dabei, dass die erste Ringlippe 139.1a gegen die Wandaußenseite 119.1 gedrückt wird, was zu einer ersten Abdichtung AD1 führt. Die erste Abdichtung AD1 besteht, solange der zweite Druck P2 größer oder gleich ist als ein im ersten Verdichtungsraum 106 herrschender erster Druck P1. Der zweite Expansionsraum 139.6a bewirkt, dass die zweite Ringlippe 139.2a gegen die Wandinnenseite 119.2 gedrückt wird, was zu einer zweiten Abdichtung AD2 führt. Die zweite Abdichtung AD2 besteht, solange der zweite Druck P2 größer ist als ein im Kurbelgehäuseinnenraum 160 herrschender Außendruck PA.
Die Fig. 5C und Fig. 5D zeigen eine weitere Ausführungsform einer Dichtung 138b. Der wesentliche Unterschied der Dichtung 138b zur in Fig. 5A und 5B gezeigten Dichtung 138a besteht darin, dass ein Dichtungskörper 139b der Dichtung 138b - neben einer ersten Ringlippe 139.1b und einer zweiten Ringlippe 139.2b - eine zusätzliche dritte Ringlippe 139.3b aufweist, die in einer radialen Richtung RR außen am Dichtungskörper 139b angeordnet ist und in einer axialen Richtung RA zum ersten Verdichtungsraum 104 gerichtet ist. Die dritte Ringlippe139.3b hat insbesondere ein freies Ende, das im ersten Verdichtungsraum 104 angeordnet ist.
Die dritte Ringlippe 139.3b ist um die Kolbenachse A rotationssymmetrisch ausgebildet und weist ein Profil auf, das sich - ausgehend von einem Hauptkörper 139.4b - zunächst in radialer Richtung RR nach außen erstreckt und dann seine Richtung um ca. 90°, ändert, so dass sie sich in axialer Richtung RA in Richtung des ersten Verdichtungsraumes 104 erstreckt, und zwar derart, dass eine Außenseite 138.3b der Dichtung 138b im Wesentlichen zu der Zylinderinnenwand 119, nämlich zu einer Wandaußenseite 119.1 der Zylinderinnenwand 119, parallel angeordnet ist. Durch dieses Profil entsteht zwischen dem Hauptkörper 139.4b und der dritten Ringlippe 139.3b ein dritter Expansionsraum 139.7b.
Durch den dritten Expansionsraum 139.7b wird bewirkt, dass die dritte Ringlippe 139.3b durch einen im ersten Verdichtungsraum 104 herrschenden ersten Druck P1 an die Zylinderinnenwand 119 gedrückt wird und somit eine Abdichtung des ersten Verdichtungsraumes 104 gegenüber dem zweiten Verdichtungsraum 106 bewirkt.
Der dritte Expansionsraum 139.7b bewirkt dabei, dass die dritte Ringlippe 139.3b durch den ersten Druck P1 gegen die Wandaußenseite 119.1 gedrückt wird, was zu einer dritten Abdichtung AD3 führt. Eine derartige Weiterbildung mit einer dritten Ringlippe 139.3B hat den Vorteil, dass die erste Abdichtung AD1 und die dritte Abdichtung AD3 unabhängig von einem Druckunterschied zwischen dem ersten Druck P1 und dem zweiten Druck P2 bestehen. Somit kann eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 erfolgen. Insbesondere kann - im Gegensatz zu dem in Fig. 5A, 5B gezeigten Ausführungsbeispiel - ein Abdichten zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 auch dann erfolgen, wenn ein erster Druck P1 im ersten Verdichtungsraum 104 gleich oder größer ist als ein zweiter Druck P2 im zweiten Verdichtungsraum 106. Dies ist insbesondere bei einem einstufigen Betriebsmodus eines Verdichters 100 der Fall, das heißt einem Betriebsmodus, in dem Luft in beiden Verdichtungsräumen 104, 106 auf denselben Druck verdichtet wird.

Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung):

1: Gesamtdruckluftzuführung
2: Druckluftanschluss, erster Druckluftanschluss
2': Zweiter Druckluftanschluss
3: Entlüftungsanschluss
10: Druckluftzuführung
30: Pneumatikhauptleitung
31: Erstes Trennventil
32: Rückschlagventil
33: Bypassleitung
34: Drossel
35: Entlüftungsleitung
36: Weiteres Trennventil
37: Pneumatikleitung
38: Noch weiteres Trennventil
39: Weiteres Rückschlagventil
40: Weitere Pneumatikleitung
41: Zweites Trennventil
51: Ansaugleitung
52: Filter
100: Verdichter
102: Antrieb, Antriebswelle
104: Erster Verdichtungsraum, erste Verdichtungskammer
106: Zweiter Verdichtungsraum, zweite Verdichtungskammer
109: Stegwandinnenseite
110: Zylinderinnensteg
111: Stegwand
112: Kolben, beidseitig druckbeaufschlagbarer Kolben
112.1: Außenquerschnitt, Außenseite des Kolbens
112.2: Innenquerschnitt, Innenseite des Kolbens
113: Erste Stirnseite des Kolbens
114: Vollseite
115: Zweite Stirnseite des Kolbens
116: Stufenseite
118: Zylinder
119: Zylinderinnenwand
119.1: Wandaußenseite der Zylinderinnenwand
119.2: Wandinnenseite der Zylinderinnenwand
120: Luftzufuhranschluss
122: Verbindungsleitung
124: Druckluftauslass
126: Aufladeanschluss
128: Pleuel
128.1: Kolbenseite des Pleuels
128.2: Antriebsseite des Pleuels
130: Rückschlagventil
131: Rotierender Teil des Antriebs
132: Exzentrisch angeordneter Wellenabschnitt, Exzenter
138: Dichtung
138.1: Außenseite der Dichtung
138.2: Innenseite der Dichtung
139, 139a, 139b: Dichtungskörper
139.1a, 139.1b: Erste Ringlippe
139.2a, 139.2b: Zweite Ringlippe
139.3b: Dritte Ringlippe
139.4a, 139.4b: Hauptkörper des Dichtungskörpers
139.5a, 139.5b: Erster Expansionsraum
139.6a, 139.6b: Zweiter Expansionsraum
139.7b: Dritter Expansionsraum
142: Luftzufuhrventilklappe
144: Verbindungsventilklappe
146: Aufladeventilklappe
150: Antriebswellenlager
152: Pleuellager
154: Verdichtergehäuse
156: Pleuelaufnahmeabschnitt
158: Gegengewichtsabschnitt
160: Kurbelgehäuseinnenraum
162: Drehbewegliche Verbindung
164: Kuppelabschnitt des Zylinders
166: Kolbenschraube
200: Druckluftversorgungsanlage
210: Luftfeder
211: Luftbalg, Balg
212: Luftfederventil
220: Galerie, Galerieleitung
221: Federzweigleitung
222: Lufttrockner
224: Druckmittelvorratsbehälter, Speicher
230: Spannungs-Druck-Sensor
300: Pneumatisches System
400: Fahrzeug
410: Auflager
500: Pneumatikanlage
A: Kolbenachse
AD1: Erste Abdichtung
AD2: Zweite Abdichtung
AD3: Dritte Abdichtung
B: Belüftungsrichtung
D: Senkrecht zur Hubrichtung existierender Anteil des Versatzes
E: Entlüftungsrichtung
E': Weitere Entlüftungsrichtung
F: Federkraft des Rückschlagventils
H: Auslenkung, Auslenkung des Kolbens in Hubrichtung
KH: Kolbenhauptdurchmesser
KN: Kolbennebendurchmesser
M: Motor
P1: Erster Druck, Druck im ersten Verdichtungsraum
P2: Zweiter Druck, Druck im zweiten Verdichtungsraum
PA: Außendruck, Druck im Kurbelgehäuseinnenraum
RA: Axiale Richtung
RR: Radiale Richtung
S1: Rotationsachse des Antriebs, Punkt S1
S2: Rotationsachse der drehbeweglichen Verbindung zwischen Pleuel und exzentrisch angeordnetem Wellenabschnitt, Punkt S2
U: Umgebung

Claims

Verdichter (100), insbesondere Kompressor, für eine Druckluftzuführung (10) einer Druckluftversorgungsanlage (200), zum Betreiben einer Pneumatikanlage (500), aufweisend:
- einen ersten Verdichtungsraum (104), einen zweiten Verdichtungsraum (106), einen Luftzufuhranschluss (120) und einen Druckluftauslass (124),

- einen Kolben (112) mit einer ersten druckbeaufschlagbaren Stirnseite (113) welche zum ersten Verdichtungsraum (104) gerichtet ist und einer, der ersten Stirnseite (113) gegenüberliegenden, zweiten druckbeaufschlagbaren Stirnseite (115), welche zum zweiten Verdichtungsraum (106) gerichtet ist, wobei der erste Verdichtungsraum (104) von der ersten Stirnseite (113) begrenzt ist und der zweite Verdichtungsraum (106) von der zweiten Stirnseite (115) des Kolbens (112) begrenzt ist,

- wobei die erste Stirnseite (113) eine Vollseite (114) ist und die zweite Stirnseite (115) eine Stufenseite (116) ist,

- und der Kolben (112) über ein Pleuel (128) an einen Antrieb (102) angebunden ist, wobei

- der erste Verdichtungsraum (104) und der zweite Verdichtungsraum (106) über eine Verbindungsleitung (122) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Pleuel (128) starr und gelenkfrei, an einer Kolbenseite (128.1) mit dem Kolben (112) verbunden ist und an einer Antriebsseite (128.2) mit einem rotierenden Teil (131) des Antriebs (102) drehbeweglich verbunden ist, und

- der Kolben (112) auf der Stufenseite (116) mindestens eine Dichtung (138) trägt, welche den ersten Verdichtungsraum (104) und/oder den zweiten Verdichtungsraum (106) abdichtet, und

- die mindestens eine Dichtung (138) auf der Stufenseite (116) des Kolbens (112) sowohl an einer Außenseite (138.1) als auch an einer Innenseite (138.2) eine in radialer Richtung wirkende druckdichte Abdichtung bewirkt.
Verdichter (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (112) ein vom ersten Verdichtungsraum in Richtung des Luftzufuhranschlusses (120) selbsttätig gegen eine Federkraft (F) öffnendes Rückschlagventil (130) aufweist.
Verdichter (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (128) mit dem rotierenden Teil (131) des Antriebs (102) in Form eines exzentrisch angeordneten Wellenabschnittes (132) drehbeweglich verbunden ist.
Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (128) einstückig mit dem Kolben (112) und gegenüber dem Kolben (112) gelenkfrei ausgebildet ist.
Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdichtungsraum (104) zylindrisch oder zylindrisch mit kuppelförmigem Abschnitt (164) und/oder der zweite Verdichtungsraum (106) ringförmig zylindrisch ausgebildet ist.
Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (138) zur Abdichtung des zweiten Verdichtungsraums (106) gegen einen Kurbelgehäuseinnenraum (160) und/oder zur Umgebung (U) und/oder zur Abdichtung des ersten Verdichtungsraums (104) gegen den zweiten Verdichtungsraum (106) ausgebildet ist.
Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dichtung (138) als eine einzige Dichtung (138) gebildet ist.
Verdichter (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite (138.1) der Dichtung (138) umlaufend in Kontakt mit einer Zylinderinnenwand (119) steht und die Innenseite (138.2) der Dichtung (138) umlaufend in Kontakt mit einer Stegwandinnenseite (109) steht.
Verdichter (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (138, 138a, 138b) einen ringförmigen Dichtungskörper (139, 139a, 139b) aufweist mit einer ersten Ringlippe (139.1a, 139.1b) radial außen am Dichtungskörper (139, 139a, 139b) und einer zweiten Ringlippe (139.2a, 139.2b) radial innen am Dichtungskörper (139, 139a, 139b).
Verdichter (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (138a, 138b) einen ringförmigen Dichtungskörper (139a, 139b) aufweist mit:
- einer ersten Ringlippe (139.1a, 139.1 b), die in radialer Richtung (RR) außen am Dichtungskörper (139a, 139b), in axialer Richtung (RA) zum zweiten Verdichtungsraum (106) gerichtet, angeordnet ist, und/oder

- einer zweiten Ringlippe (139.2a, 139.2b), die in radialer Richtung (RR) innen am Dichtungskörper (139a, 139b), in axialer Richtung (RA) zum zweiten Verdichtungsraum (106) gerichtet, angeordnet ist.
Verdichter (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Dichtungskörper (139b) eine dritte Ringlippe (139.3b) aufweist, die in radialer Richtung (RR) außen am Dichtungskörper (139b), in axialer Richtung (RA) zum ersten Verdichtungsraum (104) gerichtet, angeordnet ist.
Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (112) einen in axialer Richtung veränderlichen, nicht zylindrischen Außenquerschnitt (112.1) aufweist.
Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdichtungsraum (106) weiterhin einen Aufladeanschluss (126) zum zusätzlichen Zuführen von Druckluft, insbesondere aus einem Druckmittelvorratsbehälter (224), aufweist.
Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftzufuhranschluss (120) innerhalb des Pleuels (128) und/oder des Kolbens (112) angeordnet ist.
Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbewegliche Verbindung (162) zwischen Pleuel (128) und einem exzentrisch angeordnetem Wellenabschnitt (132) des Antriebs (102) mittels eines Pleuellagers (152) -- insbesondere eines Gleitlagers, Kugellagers oder Nadellagers-- gebildet ist.
Druckluftversorgungsanlage (200) zum Betreiben einer Pneumatikanlage (500), aufweisend:
- eine Luftzufuhr und eine daran über einen Luftzufuhranschluss (120) angeschlossenen Verdichter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,

- eine über einen Druckluftauslass (124) pneumatisch an den Verdichter (100) angeschlossene einen Lufttrockner (222) aufweisende Pneumatikhauptleitung (30) zu einem Druckluftanschluss (2) einer Galerie (220),

- einen über einen Aufladeanschluss (126) pneumatisch an den Verdichter (100) angeschlossenen Druckmittelvorratsbehälter (224).
Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage (200) nach Anspruch 16 aufweisend die Schritte:
- Verdichten von Luft aus einen Kurbelgehäuseinnenraum (160) und/oder der Umgebung (U) in einem ersten Verdichtungsraum (104) des Verdichters (100) auf ein Niederdruckniveau,

- weiteres Verdichten der im ersten Verdichtungsraum (104) des auf ein Niederdruckniveau verdichteten Druckluft in einem zweiten Verdichtungsraum (106) des Verdichters (100) auf ein Hochdruckniveau,

- Zuführen der im zweiten Verdichtungsraum (106) auf ein Hochdruckniveau verdichteten Druckluft aus dem Druckluftauslass (124) über eine Pneumatikhauptleitung (30) zu einem Druckluftanschluss (2) einer Galerie (220), insbesondere über einen Lufttrockner (222).
Fahrzeug (400) mit einer Druckluftversorgungsanlage (200) nach Anspruch 16.