EP3663579A1

EP3663579A1 - Kolbenverdichter

Info

Publication number: EP3663579A1
Application number: EP19209832.5A
Authority: EP
Inventors: Daniel Steinepreis
Original assignee: Amk Holding & Co KG GmbH
Current assignee: Amk Holding & Co KG GmbH
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: EP3663579B1; DE102018130887A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter (10), insbesondere für ein Doppelkolbensystem (12), mit einem Pleuel (14) für zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolben (16), wobei das Pleuel (14) mit einem Abschnitt mittels eines ersten Pleuellagers (18) auf einem Exzenterfortsatz (21) einer Exzenterwelle (20) einer Antriebseinrichtung (22) lagerbar ist und in einer Pleuelbewegungsebene (PE) angeordnet ist.Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Luftkanal (24) derart neben dem Pleuel (14) und in einer Ebene mit dem Pleuel angeordnet ist, sodass dieser den Pleuel (14) in zumindest einer in der Ebene liegenden Querrichtung (Q) nicht überlappt, wobei die Ebene (E1) mit der Pleuelbewegungsebene (PE) zumindest teilweise übereinstimmt, und eine Schwerpunktlinie (SE) des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens (16, 16a, 16b) in der Pleuelbewegungsebene (PE) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, insbesondere für ein Doppelkolbensystem, bevorzugt für einen Luftkompressor in einem Fahrzeugeinsatz, insbesondere für eine Fahrzeug-Luftfedersystem, umfassend einen Pleuel für zumindest einen Kolben, wobei der Pleuel mit einem Abschnitt mittels eines ersten Pleuellagers auf einem Exzenterfortsatz einer Exzenterwelle einer Antriebseinrichtung lagerbar ist.

STAND DER TECHNIK

Die Erfindung geht aus von einem Kolbenverdichter als Teil eines Luftkompressors, der vorzugsweise in einem Fahrzeugeinsatz Pressluft in kompakter und vibrationsarmer Bauweise zur Verfügung stellen kann. Insbesondere werden derartige Luftkompressoren im Betrieb eines Luftfedersystems eingesetzt, bei denen Radaufhängungen über Luftfedern gedämpft mit einem Fahrzeugchassis verbunden sind. In derartigen Anwendungen ist ein geräusch- und vibrationsarmer Betrieb des oftmals im Passagierraum eines Fahrzeugs angeordneten Luftkompressors wünschenswert.
Aus dem Stand der Technik sind Kolbenverdichter mit Pleuel bekannt, die unterschiedliche Merkmale aufweisen. Aus der DE 103 23 125 A1 ist beispielsweise ein Pleuel für den Kolben eines Verdichters bekannt, der zusätzlich eine Schwingungsdämpfungseinrichtung, die zwischen dem Pleuellager und einer Koppelstelle angeordnet ist, aufweist.
Die WO 85/02232 offenbart einen Kolbenverdichter mit zumindest zwei Kolben und einem Rotationsantrieb, wobei die beiden Kolben axial zueinander ausgerichtet und mit einer biegesteifen Kolbenstange fest miteinander verbunden sind.
Eine Hubkolbenmaschine für beispielsweise einen ein-, zwei- oder mehrstufigen Kolbenkompressor oder einen ein-, zwei- oder mehrzylindrischen Verdichter ist aus der WO 2018/082800 A1 oder der DE 10 2016 001 595 A1 bekannt.
Die DE 19 46 149 A beschreibt einen Kompressor, der auch dann komprimierte Luft liefert, wenn ein Einzylinder-Kompressor zum Zwecke des Luftansaugens keine Luft ausstoßen kann. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen zwei gegenüberliegenden Zylindern eine Kolbenstange angeordnet ist. Die aus beiden Auslassventilen austretende Luft mündet in einer gemeinsamen Schlauchleitung. Bei einer Bewegung der Kolben von rechts nach links wird die im linken Zylinder kombinierte Luft durch das Auslassventil in die Schlauchleitung geführt. Vom rechten Kolben wird Luft durch das Einlassventil angesaugt. Durch diese wechselseitige Arbeitsweise entsteht ein ständiger Luftstrom in der Schlauchleitung. Die Schlauchleitung ist lediglich auf einer Seite neben dem Pleuel angeordnet, so dass eine unsymmetrische Massenverteilung zur Schwingungsebene des Kolbens vorliegt. In der DE 101 25 420 C1 wird ein Kolbenverdichter gezeigt, dessen Rückschlagventile eine geringere Schließkraft sowie gleichzeitig eine hohe Dichtigkeit aufweisen. Zwischen einem Niederdruckkolben mit einer Niederdruckkammer und einem Hochdruckkolben mit einer Hochdruckkammer ist ein Ventilkolben angeordnet. Die Niederdruckkammer sowie die Hochdruckkammer sind über einen Überströmkanal miteinander verbunden. Der Überströmkanal mündet in wenigstens zwei Durchgangsbohrungen.
Die DE 103 23 125 A1 zeigt ein Pleuel für den Kolben eines Verdichters, wobei zumindest eine Schwingungsdämpfereinrichtung zwischen dem Pleuellager und der Koppelstelle angeordnet ist. Auch hier ist der Pleuel axial versetzt zur Schwingungsebene hinter dem Überströmkanal und nicht in der Schwingungsebene des Pleuels angeordnet.
Des Weiteren sind Kolbenverdichter mit Pleuel für Kolben eines Verdichters bekannt, die einen Luftkanal aufweisen. Dieser verläuft üblicherweise derart, dass dieser den Pleuel in Querrichtung überlappt bzw. vor dem Pleuel angeordnet ist. Mit anderen Worten verläuft der Luftkanal am Pleuel so, dass der Luftkanal beispielsweise auf der Seite angeordnet sein kann, auf welcher der Pleuel mittels eines Lagers mit einer Exzenterwelle eine Antriebseinrichtung, wie beispielsweise eines Elektromotors, verbunden werden kann. Hierzu ist der Luftkanal zwischen dem Pleuel und der Antriebseinrichtung angeordnet.
So zeigt die US 2 403 814 A einen Kolbenverdichter mit einem Kolben, in welchen zwei Kanäle integriert sind. Weiterhin sind ein Niederdruckkolben sowie ein Hochdruckkolben gezeigt. Die zwei Kanäle, die an beiden Enden in einen gemeinsamen Kanal münden, verlaufen zwischen den beiden Kolben. Die beiden Kanäle sind innerhalb des Kolbens angeordnet. Der Pleuel ist in einer dazu versetzten Ebene, demnach vor dem Kolben mit den Luftkanälen, angeordnet. Der Kolben überlappt den Pleuel in Querrichtung bzw. ist hier vor bzw. hinter dem Pleuel, abhängig von der Sichtebene, angeordnet ist. In einer derartigen Bauart wird viel Bauraum benötigt, da das Pleuel und der Kolben sowie die Luftkanäle in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. Damit ist auch eine unsymmetrische Massenverteilung der bewegten Teile gegenüber der Kolbenbewegungsebene gegeben. Somit muss eine derartige Bauform eine genügende Stabilität der einzelnen Anschlüsse und Komponenten aufweisen, da durch die verschiedenen Ebenen, in denen die Kräfte verlaufen, da Momentenbeanspruchungen bezüglich einzelner Ebenen bzw. Komponenten entstehen.
Einen Pleuel dieser Art wird üblicherweise bei einem Verdichter zwischen dem Ausgang einer Antriebseinrichtung und einem Kolben bzw. Kolbenträger des Verdichters angeordnet, um über den Pleuel die rotierende, exzentrische Abtriebsbewegung der Antriebseinrichtung in eine hin- und her gehende Bewegung des Kolbens umzusetzen. Dabei sind die Platzverhältnisse begrenzt, in welchen der Kolbenverdichter bzw. der Pleuel platziert werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolbenverdichter vorzuschlagen, der nur einen geringen Bauraum benötigt und eine optimierte bzw. verringerte Beanspruchung durch Kräfte bzw. Momente erfährt sowie einen geräuscharmen Betrieb eines Luftkompressors ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenverdichter vorzuschlagen, der ein geringes Gewicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Kolbenverdichter nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Gegenstand der Erfindung ist ein Kolbenverdichter, insbesondere für ein Doppelkolbensystem, mit einem Pleuel für zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolben, wobei der Pleuel mit einem Abschnitt mittels eines ersten Pleuellagers auf einem Exzenterfortsatz einer Exzenterwelle einer Antriebseinrichtung lagerbar ist und in einer Pleuelbewegungseben angeordnet ist. Die Pleuelbewegungsebene ist dabei definiert als Massenausgleichsebene des Pleuels, die rechtwinklig zur antreibenden Kurbelwelle verläuft.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Luftkanal derart neben dem Pleuel und in einer Ebene mit dem Pleuel angeordnet ist, sodass dieser den Pleuel in zumindest einer in der Ebene liegenden Querrichtung nicht überlappt. Die Ebene stimmt zumindest teilweise mit der Pleuelbewegungsebene überein, und eine Schwerpunktlinie des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens, für den der Pleuel ausgebildet ist, verläuft in dieser Pleuelbewegungsebene.
Mit anderen Worten bedeutet eine Platzierung neben dem Pleuel die Anordnung an einer derartigen Position, die nicht in einem Zwischenraum zwischen dem Pleuel und einer Antriebseinrichtung oder einer bezüglich des Pleuels dazu gegenüberliegenden Position liegt. Der zumindest eine Luftkanal ist daher bevorzugt in einer Ebene mit dem Pleuel angeordnet. In einer Ebene bedeutet, dass der zumindest einen Luftkanal neben dem Pleuel angeordnet ist, ausgehend von einer Blickrichtung auf eine Seitenfläche des Pleuels. In einer Ebene bedeutet weiterhin, dass die Ebene zumindest teilweise mit der Pleuelbewegungsebene übereinstimmt.
Bevorzugt bewegt sich der Pleuel innerhalb der Pleuelbewegungsebene zumindest entlang einer Längsrichtung, sowie bevorzugt auch entlang einer Querrichtung innerhalb der Pleuelbewegungsebene. Dies kann mittels einer Antriebseinrichtung und einer damit verbundenen Exzenterwelle als Kurbelwelle erreicht werden, wobei ein Exzenterfortsatz mit einem ersten Pleuellager verbunden ist. Die Exzenderwelle ist in der Regel normal zur Pleuelbewegungsebene ausgerichtet. Die Längsrichtung sowie die Querrichtung spannen dabei die Pleuelbewegungsebene auf. Es ist weiterhin möglich, eine Tiefenrichtung bezüglich der Pleuelbewegungsebene zu definieren. Diese Tiefenrichtung kann dabei orthogonal bezüglich der Pleuelbewegungsebene, die durch die Längs- und Querrichtung definiert ist, ausgerichtet sein. Aufgrund der Definition der Richtungen innerhalb der Pleuelbewegungsebene, sowie durch Definition der Pleuelbewegungsebene selber, kann die Lage des zumindest einen Luftkanals in einer Ebene bezüglich des Pleuels vorteilhaft definiert bzw. beschreiben werden. Insbesondere kann dadurch eine bezüglich der bekannten Anordnungen abgrenzende Definition erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform stimmen die Pleuelbewegungsebene und die Ebene des Luftkanals komplett überein. Mit anderen Worten ist der zumindest eine Luftkanal daher in der Pleuelbewegungsebene angeordnet. Weiterhin verläuft der Luftkanal bevorzugt komplett außerhalb des Pleuels. Der Luftkanal kann folglich außerhalb des Pleuels, jedoch in der Pleuelbewegungsebene angeordnet sein. In einer derartigen Anordnung ist der zumindest eine Luftkanal derart angeordnet, dass dieser den Pleuel in zumindest einer Querrichtung der Ebene nicht überlappt. Folglich verläuft der Luftkanal in der Pleuelbewegungsebene neben dem Pleuel. Bevorzugt verläuft der Luftkanal über die komplette Länge des Pleuels. Der zumindest einen Luftkanal kann dabei beabstandet zu dem Pleuel angeordnet sein. Durch eine derartige Anordnung des Luftkanals bezüglich des Pleuels kann eine platzsparende Bauart erreicht werden. Des Weiteren kann eine optimierte bzw. verringerte Beanspruchung durch Kräfte bzw. Momente der einzelnen Komponenten erreicht werden und ein geräuscharmer Betrieb eines Luftkompressors mit einem derartigen Kolbenverdichter ermöglicht werden. Des Weiteren können die Schwingungen reduziert werden.
Der Kolbenverdichter kann zusätzlich eine Schwingungsdämpfungseinrichtung, die zwischen dem Pleuellager und einer Koppelstelle angeordnet ist, aufweisen. Diese kann über ein Entkopplungselement, beispielsweise Entkopplungsringe, gebildet werden, durch welche Stoßkräfte gedämpft werden und eine flexible sowie einfache Montage des Pleuels gewährleistet wird. Das Enkopplungselement wirkt folglich als Dämpfer.
Bevorzugt kann der Verlauf des Luftkanals zumindest abschnittsweise an die Außenkontur des Pleuels angepasst sein und/oder beabstandet zu der Außenkontur angeordnet sein. Hierzu kann der Luftkanal zumindest abschnittsweise entlang einer Kurve und/oder entlang einer Linie verlaufen. Dabei ist es weiterhin möglich, dass der Luftkanal komplett innerhalb der Pleuelbewegungsebene angeordnet ist.
Eine derartige Anordnung des zumindest einen Luftkanals bezüglich des Pleuels ermöglicht es, einen schlanken Kolbenverdichter auszubilden, durch welchen Bauraum eingespart werden kann. Dies wirkt sich ebenso positiv auf eine kompakte Bauweise eines Kompressors aus.
Der zumindest eine Luftkanal kann innerhalb eines Verbindungselements angeordnet sein, der von unterhalb des Pleuels nach oberhalb des Pleuels verläuft. Das Verbindungselement kann beispielsweise als eine hohle Struktur mit einem beliebigen Hohlraumquerschnitt ausgebildet sein und an einem Ende mit einem ersten Kolben, sowie an einem zweiten Ende mit einem zweiten Kolben verbunden sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zumindest eine Luftkanal derart neben dem Pleuel angeordnet sein, dass dieser den Pleuel in einer Tiefenrichtung bezüglich der Ebene überlappt. Mit anderen Worten kann der Luftkanal seitlich neben dem Pleuel derart angeordnet sein, sodass dieser den Pleuel bei einer Blickrichtung auf die Tiefe bzw. Dicke des Pleuels überlappt. Eine derartige Blickrichtung ist folglich innerhalb der Bewegungsebene angeordnet, wobei die Blickrichtung der Querrichtung der Ebene entsprechen kann. Überlappt heißt in diesem Fall, dass der Luftkanal vor dem Pleuel angeordnet ist, wenn die Blickrichtung auf die Tiefe bzw. Dicke des Pleuels ausgerichtet ist. Der Luftkanal bzw. dessen Querschnitt kann an die Tiefe bzw. Dicke des Pleuels angepasst werden, sodass dieser nicht über die Dicke bzw. Tiefe des Pleuels übersteht, sodass weiterhin Bauraum optimal ausgenutzt werden kann. Dadurch kann besonders vorteilhaft eine Abgrenzung gegenüber den bekannten Anordnungen von Luftkanälen aus dem Stand der Technik erreicht werden. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen verläuft der Luftkanal beispielsweise am Pleuel so, dass der Luftkanal auf der Seite angeordnet ist, auf welcher der Pleuel mittels eines Lagers mit einer Exzenterwelle eine Antriebseinrichtung, wie beispielsweise eines Elektromotors, verbunden ist. Dabei ist der Luftkanal zwischen dem Pleuel und der Antriebseinrichtung angeordnet. Dies ist in der vorliegenden Ausführungsform nicht der Fall. Folglich wird weniger Bauraum benötigt und einen Masseausgleich ist in der Pleulbewegungsebene erreicht. Insofern können unerwünschte Schwingungen aus der Pleulbewegungsebene verhindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Luftkanal einen Querschnitt aufweisen, der kleiner oder gleich der kleinsten Querschnittsabmessung des Pleuels und/oder der Tiefe des Pleuels, ausgebildet ist, wobei der Luftkanal komplett in der Pleuelbewegungsebene angeordnet ist. Eine Querschnittsabmessung des Pleuels kann zum Beispiel die Dicke des Pleuels sein. Weist der Pleuel unterschiedliche Dicken auf, kann der Luftkanal beispielsweise mit einem Durchmesser ausgebildet werden, der dieser Dicke entspricht. Ist der Luftkanal neben dem Pleuel angeordnet, zu liegen der Luftkanal sowie den Pleuel in einer Ebene, wobei der Luftkanal zumindest bereichsweise den Pleuel in Dickenrichtung verdeckt bzw. überlappt, wenn die Blickrichtung auf die Dicke bzw. Tiefe des Pleuels gerichtet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Luftkanal einen runden Querschnitt aufweisen. Dabei kann der Luftkanal unterschiedliche Durchmesser oder auch einen über die Länge konstanten Durchmesser aufweisen. Der Durchmesser kann an den benötigten Volumenstrom angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Luftkanal abgewinkelt entlang einer Außenkontur des Pleuels verlaufen, wobei dieser bevorzugt beabstandet zu der Außenkontur angeordnet ist. Wird der Verlauf des Luftkanals die Außengeometrie des Pleuels angepasst, kann weiterhin Bauraum optimal genutzt sowie eingespart werden. Vorteilhaft ist der Luftkanal beabstandet zu der Außenkontur des Pleuels angeordnet, sodass dieser den Pleuel auch im Betrieb nicht berührt.
In einer bevorzugten Ausführungsform können zumindest zwei Luftkanäle vorhanden sein. Ein zweiter Luftkanal kann dieselbe Bauweise wie der erste Luftkanal aufweisen und in einer Ebene mit dem ersten Luftkanal und mit dem Pleuel liegen, d. h. ebenso innerhalb der Pleuelbewegungsebene bzw. Ebene. Vorteilhaft können die zumindest zwei Luftkanäle parallel zueinander oder auch bezüglich zumindest einer Achse zueinander gespiegelt ausgebildet sein.
Durch die Anordnung zumindest zweier Luftkanäle kann der Volumenstrom deutlich erhöht sowie optimal angepasst werden. Durch die individuelle Anpassung der Geometrie von zumindest zwei Luftkanälen an den vorhandenen Bauraum kann weiterhin eine schlanke Ausführung des Kolbenverdichters erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zweite Luftkanal derart neben dem Pleuel und in einer Ebene mit dem Pleuel angeordnet sein, dass dieser den Pleuel zumindest in einer Querrichtung nicht überlappt, wobei die Ebene mit der Pleuelbewegungsebene zumindest teilweise übereinstimmt, und eine Schwerpunktlinie des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens in der Pleuelbewegungsebene verläuft. Es ist beispielsweise denkbar, zwei parallel zueinander sowie direkt benachbart angeordnete Luftkanäle auf einer Seite des Pleuels, d. h. in Querrichtung neben dem Pleuel, anzuordnen, welche dieselbe Geometrie aufweisen. Es ist ebenso denkbar, einen Luftkanal gesehen aus einer Blickrichtung auf eine Seitenfläche des Pleuels rechts bezüglich des Pleuels anzuordnen, und einen zweiten Luftkanal links bezüglich des Pleuels vorzusehen, wobei beide Luftkanäle weiterhin in der Pleuelbewegungsebene angeordnet sind. Die beiden Luftkanäle können folglich rechts sowie links neben dem Pleuel verlaufen. Durch eine derartige symmetrische Ausgestaltung können besonders vorteilhaft Schwingungen reduziert werden, da ein Ausgleich der Kräfte und folglich eine Reduktion der auftretenden Momentenbeanspruchungen resultiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zweite Luftkanal derart angeordnet sein, dass dieser den Pleuel in zumindest einer Tiefenrichtung bezüglich der Ebene überlappt. Überlappt bedeutet, dass der zweite Luftkanal vor dem Pleuel angeordnet ist, gesehen aus einer Blickrichtung auf die Dicke bzw. Tiefe des Pleuels. Eine derartige Blickrichtung ist folglich innerhalb der Pleuelbewegungsebene angeordnet, wobei die Blickrichtung der Querrichtung der Ebene entsprechen kann. Bevorzugt liegt der zweite Luftkanal ebenso wie der erste Luftkanal in einer Ebene mit dem Pleuel. Dabei können die beiden Luftkanäle an jeweils einer gegenüberliegenden Seite bezüglich des Pleuels, oder auch auf derselben Seite angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die beiden Luftkanäle symmetrisch bezüglich einer Längsachse des Pleuels ausgebildet sein, wobei die Längsachse insbesondere eine Schwerpunktlinie des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens ist. Bevorzugt verlaufen ein Luftkanal rechts und eine andere links neben dem Pleuel, gesehen aus einer Blickrichtung auf eine Seitenfläche des Pleuels. Beide Luftkanäle sind bevorzugt beabstandet zu der Außenkontur des Pleuels angeordnet, sodass diese den Pleuel nicht berühren. Beide Luftkanäle verlaufen folglich bevorzugt außerhalb des Pleuels.
Die Schwerpunktlinie des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens kann somit ebenso die Schwerpunktlinie zwischen den beiden Luftkanälen ausbilden, sodass eine symmetrische Anordnung und damit ein Kräftegleichgewicht entsteht. Folglich können die Längsachse des Pleuels mit der Schwerpunktlinie des zumindest einen Kolbens übereinstimmen. Liegt weiterhin die Schwerpunktlinie innerhalb der Pleuelbewegungsebene, so kann eine besonders platzsparend der Anordnung der Luftkanäle sowie des Pleuels bezüglich des zumindest einen Kolbens, insbesondere zwischen zwei Kolben, erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die beiden Luftkanäle in einen gemeinsamen Kanal münden. Der gemeinsame Kanal liegt bevorzugt oberhalb des Pleuels bzw. unterhalb des Pleuels. So können insbesondere bei einem Doppelkolbensystem beide Kolben erreicht werden. Der gemeinsame Kanal kann dabei in der Schwerpunktlinie des Kolbens angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann auf Höhe des ersten Pleuellagers zumindest eine Wuchtscheibe angeordnet sein. Bevorzugt ist die Wuchtscheibe besonders nahe am Kolben angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform können auf Höhe des ersten Pleuellagers zumindest zwei Wuchtscheiben angeordnet sein. Die beiden Wuchtscheiben können die gleiche Bauart aufweisen. Die beiden Wuchtscheiben können symmetrisch zueinander ausgebildet sein. Es ist ebenso denkbar mehr als zwei Wuchtschreiben anzuordnen, wobei beispielsweise zwei Wuchtscheiben jeweils parallel zueinander angeordnet sein können. Durch die Anordnung von zwei Wuchtschreiben kann ein entstehendes Kippmoment reduziert werden. Durch die dadurch verringerten Massenkräfte werden ebenso die dynamischen Effekte reduziert, wodurch die Funktionsweise des Kolbenverdichters optimiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform können eine erste Wuchtscheibe auf einer Seite des Pleuels, die in Richtung einer Exzenterwelle ausrichtbar ist, und die zweite Wuchtscheibe auf einer gegenüberliegenden Seite des Pleuels, angeordnet sein. Mit anderen Worten können die beiden Wuchtscheiben an zwei gegenüberliegenden Seiten des Pleuels angeordnet, wobei die erste Wuchtscheibe beispielsweise vor dem Pleuel, gesehen aus einer Blickrichtung auf die Seitenfläche des Pleuels, angeordnet sein kann, und die zweite Wuchtscheibe hinter dem Pleuel. Dadurch können die Gewichtsverteilung optimiert und mögliche Kippmomente reduziert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die beiden Wuchtscheiben symmetrisch bezüglich einer Längsachse des Pleuels ausgebildet sein. Sind die beiden Wuchtschreiben symmetrisch zueinander ausgebildet, so liegt ebenso eine symmetrische Gewichtsverteilung vor, was ein Kippmoment weiter reduziert. Insgesamt können folglich durch zwei Wuchtschreiben Kräfte sowie Momente optimal kompensiert werden, da der Massenmittelpunkt auf der Längsachse liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann zumindest ein Kolben, der einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist, oberhalb des Pleuels als Hochdruckkolben angeordnet sein, der mit dem zumindest einen Luftkanal verbunden ist. Der zumindest eine Luftkanal kann die Funktion der Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Verdichtereinheit zwischen einer Niederdruck- und einer Hochdruckstufe ausbilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann zumindest ein Kolben, der einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist, unterhalb des Pleuels als Niederdruckkolben angeordnet sein, der mit dem zumindest einen Luftkanal verbunden ist. Der zumindest eine Luftkanal kann ebenso die Funktion der Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Verdichtereinheit ausbilden.
Die Nieder- und Hochdruckstufe ist über den oder die Luftkanäle und ein Ventilsystem, das ein gesteuertes Führen von komprimierter Luft von der Niederdruckzur Hochdruckstufe bereitstellt, verbunden. Die hierzu erforderlichen Ventile können in den Boden der jeweiligen Kolben der Verdichterstufen angeordnet und / oder in dem Luftkanal oder den Luftkanälen angeordnet sein.

ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungen und Zeichnungsbeschreibungen. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigt:

Fig. 1: eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform eines erfin-dungsgemäßen Kolbenverdichters;
Fig. 2: einen Längsschnitt der Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 3: einen Querschnitt der Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 4: eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfin-dungsgemäßen Kolbenverdichters;
Fig. 5: eine isometrische Darstellung der Ausführungsform nach Fig. 4;
Fig. 6: einen Längsschnitt der Ausführungsform nach Fig. 4;
Fig. 7: einen Querschnitt der Ausführungsform nach Fig. 4.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Fig. 1 zeigt eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters 10. Der Kolbenverdichter 10 ist als Doppelkolbensystem 12 ausgebildet und weist ein Pleuel 14 auf, dass über ein Pleuellager 18 mit einem Exzenterfortsatz 12 einer Exzenterwelle 20 mit einer Antriebseinrichtung 22 (nicht dargestellt) in Verbindung steht. Die Antriebseinrichtung 22 kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein, die die Exzenderwelle 20 antreibt, wobei ein azentrisch an einer Stirnseite der Exzenderwelle 20 angesetzter Exzenderfortsatz 21 den Pleuel 14 drehbar lagert, und die Rotationsbewegung der Exzenderwelle 20 in eine translatorische Oszillationsbewegung des Doppelkolbensystems mit Pleuel 14 übersetzt. Das untere Lager 13, das einen Niederdrucckolben 16a am Pleuel 14 lagert, weist ein oder mehrere Entkopplungselement 40 auf, durch welches Stoßkräfte gedämpft werden können und eine flexible sowie einfache Montage des Pleuels 14 gewährleistet wird. Das Entkopplungselement 40 dient einer mechanisch federnden Entkopplung zur Schwingungsunterdrückung von Pleuel 14 und unterem Niederdruckkolben 16a und kann beispielsweise als Gummiring oder ähnlich federndes Entkopplungselement ausgebildet sein, und wirkt folglich als Dämpfer. Oberhalb des Pleuels 14 ist in dieser Ausführungsform ein Hochdruckkolben 16b angeordnet. Der Pleuels 14 ist folglich zwischen dem Niederdruckkolben 16a und dem Hochdruckkolben 16b angeordnet. Der Pleuels 14 bewegt sich dabei innerhalb der Pleuelbewegungsebene PE. Die Pleuelbewegungsebene PE kann dabei durch die Querrichtung Q sowie die Längsrichtung bzw. Längsachse L beschrieben werden. Der Pleuels 14 ist folglich innerhalb der Pleuelbewegungsebene PE angeordnet. In dieser Ausführungsform stimmt die Pleuelbewegungsebene PE ebenso mit der Ebene E1 überein, wobei die Ebene E1 die Ebene beschreibt, in der die beiden Luftkanäle 24 angeordnet sind.
Es ist folglich erkennbar, dass die Ebene E1 mit der Pleuelbewegungsebene PE übereinstimmt, und eine Schwerpunktlinie SE der translatorisch oszillierenden Kolbens 16a, 16b in der Pleuelbewegungsebene PE verläuft. In der Darstellung ist weiterhin erkennbar, dass die Schwerpunktlinie SE mit einer Längsachse L des Kolbenverdichter 10 bzw. des Pleuels 14 übereinstimmt.
In dieser Ausführungsform ist rechts sowie links bezüglich der Querrichtung Q in der Ebne E1 bzw. der Pleuelbewegungsebene PE neben dem Pleuel 14 jeweils ein Luftkanal 24a, 24b derart angeordnet, sodass dieser den Pleuel 14 in Querrichtung Q nicht überlappt. Dies bedeutet, dass die Luftkanäle 24a, 24b komplett außerhalb des Pleuels 14 angeordnet sind. Die Luftkanäle 24a, 24b folgen zumindest abschnittsweise der Außenkontur 36 des Pleuels 14. Dabei sind die Luftkanäle 24a, 24b mit einem Abstand zu dieser Außenkontur 36 angeordnet, sodass der Pleuel 14 die Luftkanäle 24a, 24b nicht berührt. Die Luftkanäle 24a, 24b bilden eine Verbindung zwischen einer ersten sowie einer zweiten Einheit aus und können beispielsweise in Verbindungsstegen angeordnet sein. Im unteren sowie oberen Bereich ist jeweils ein Kolben 16, ein unterer Niederdruckkolben 16a zur Erzeugung eines Niederdrucks bis ca. 5-8 Bar und ein oberer Hochdruckkolben 16b zur Erzeugung eines Hochdrucks von ca. 16-18 Bar angeordnet, wobei dieser jeweils als einteiliger oder auch mehrteiliger Kolben ausgebildet sein kann. Der untere Niederdruckkolben 16a saugt Luft über ein Einlassventil (nicht dargestellt an) und verdichtet diese auf einen Niederdruck. Durch ein weiteres Ventil (nicht dargestellt) im Niederdruckkolben 16a wird die vorkomprimierte Luft über die Längserstreckung des Pleuels 14 über den bzw. die Luftkanäle 24 zum oberen Hochdruckkolben 16b geleitet und in einer zweiten Verdichterstufe zu einem gewünschten Hochdruckniveau nachverdichtet. Die im Kolbenboden des Nieder- und Hochdruckkolbens 16a, 16b integrierten Ventilanordnungen sind nicht dargestellt.
Im Bereich des oberen Hochdruckkolbens 16b gehen die beiden Luftkanäle 24a, 24b in einen gemeinsamen Kanal 30 über. Auf der Höhe des Pleuellagers 18 sind in dieser Ausführungsform zwei Wuchtscheiben 32a, 32b angeordnet. Die eine Wuchtscheibe 32b ist auf der Seite des Pleuels 14 angeordnet, die in Richtung der Exzenterwelle 20 ausgerichtet ist. Eine weitere Wuchtscheibe 32a ist auf der in Tiefenrichtung T gegenüberliegenden Seite des Pleuels 14 angeordnet. Durch eine derartig nahe Anordnung der Wuchtscheiben 32a, 32b am Pleuellager 18 können Kippmomente gemindert werden, da ein Massenausgleich erfolgt und der Massenschwerpunkt auf der Längsachse L liegt. Idealerweise stellen die Wuchtscheiben 32a, 32b einen Masseschwerpunkt des Kolbenvedichters 10 ein, der sowohl in der Längsachse L als auch in der Achse des Exzenderfortsatzes 21 liegt.
Einen Längsschnitt durch die Ebene E1, d. h. durch die Ebene L-Q, d. h. durch die Pleuelbewegungsebene PE zeigt Fig. 2. Es ist erkennbar, dass die beiden Luftkanäle 24a, 24b symmetrisch zueinander angeordnet sind. Entlang des kompletten Verlaufs jedes Luftkanals 24a, 24b ist dieser beabstandet zu der Außenkontur 36 des Pleuels 14 angeordnet. Die Luftkanäle 24a, 24b verlaufen abschnittsweise geradlinig. Durch die zusätzlich abgewinkelte Form können die Luftkanäle 24a, 24b an die Außenkontur 36 des Pleuels 14 angepasst werden. In dieser Ausführungsform ist das Pleuellager 18 durch ein Kugellager 42 gebildet. Das zweite, untere Lager 13 zur Lagerung des unteren Niederdruckkolbens 16a am Pleuel 14 weist eine Laufbuchse 44, ein Nadelkranz 46 sowie einen Zylinderstift 48 auf und ist in dieser Ausführungsform als Nadellager ausgebildet. Im unteren Bereich der Darstellung ist weiterhin eine Topfmanschette 50 sowie eine Klemmring 52 für eine erste Druckstufe erkennbar. In dieser Ebene L-Q ist erkennbar, dass die Luftkanäle 24a, 24b den Pleuel 14 in Querrichtung Q nicht überlappen, da diese in Querrichtung Q beabstandet und nebeneinander angeordnet sind. Würden die Luftkanäle 24a, 24b den Pleuel 14 überlappen, so wären diese aus dieser Blickrichtung zumindest teilweise vor bzw. hinter dem Pleuel 14 angeordnet, und folglich nicht innerhalb der Pleuelbewegungsebene PE.
Ein Querschnitt entlang der Ebene T-L ist in Figs. 3 dargestellt. Es ist erkennbar, dass in dieser Ausführungsform die beiden Wuchtscheiben 32a, 32b symmetrisch bezüglich der Längsachse L ausgebildet sind. Die Wuchtscheiben 32a, 32b sind beabstandet zu den Seitenflächen 34 des Pleuels 14 angeordnet. Weiterhin ist erkennbar, dass der dargestellte Luftkanal 24b die Dicke des Pleuels 14 in Tiefenrichtung T überlappt, sodass dieser in einer Ebene E1, d. h. in der Pleuelbewegungsebene PE, mit dem Pleuel 14 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist in dieser Schnittdarstellung erkennbar, dass der Luftkanal 24b von dem Pleuel zumindest teilweise überdeckt wird. Der Luftkanal 24b weist einen Querschnitt 26 auf, der kleiner ist als der Querschnitt des Pleuels 14, d. h. kleiner als die minimale Tiefe t des Pleuels 14 ausgebildet ist. Mit einer derartigen Anordnung kann ein Kolbenverdichter 10 eine kompakte Bauweise aufweisen, da dieser nur wenig Bauraum benötigt.
Eine weitere Ausführungsform eines Kolbenverdichters 10 ist in einer Seitenansicht in Fig. 4 dargestellt. Die Ausführungsform ist ohne Entkopplungselement 40 ausgeführt. In dieser Darstellung sind die beiden Kolben 16 wie in Fig. 3 geschnitten dargestellt, sodass nur ein Luftkanal 24b sichtbar ist. Der Kolbenverdichter 10 ist über einen Exzenterfortsatz 21 einer Exzenterwelle 20 einer Antriebseinrichtung 22 verbunden, wobei im Verbindungsbereich zumindest ein weiteres Lager 54 zur Lagerung der Exzenterwelle 20 vorhanden ist. Im unteren Bereich ist der Kolbenverdichter 10 über eine Topfmanschette 50 sowie einen Klemmring 52, die den unteren Niederdruckkolben 16a ausbilden, für eine erste Druckstufe mit einem größeren Durchmesser ausgebildet. Im oberen, gegenüberliegenden Bereich hingegen ist der Hochdruckkolben 16b mit einem kleineren Durchmesser für eine zweite Hochdruckstufe ausgebildet. Daher ist der Kolbenverdichter 10 zweistufig mit einem Niederdruckkolben 16a und einem Hochdruckkolben 16 an den jeweiligen Enden des Pleuels 14 ausgebildet, wobei beide Kolbenstufen über ein nicht dargestelltes Ventilsystem und den sich über die Längserstreckung des Pleuels 14 verlaufenden Luftkanäle 24 verbunden sind. Die eingesetzten Ventile sind in der Regel mechanisch selbsttätig rückstellende Einwegventile, die bei einem voreingestellten Druck selbstständig öffnen und schließen, um die komprimierte Luft in den Niederdruckkolben 16a und von diesem bei Erreichen des Vorverdichtungsdrucks in der Niederdruckstufe in den Hochdruckstufe zum Hochdruckkolben 16b zu leiten.
In den Figs. 4 bis 7 sind die gleichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Figs. 1 bis 3 dargestellt, sodass darauf nicht weiter eingegangen wird.
Fig. 5 zeigt eine isometrische Darstellung der Ausführungsform des Kolbenverdichters 10 aus Fig. 4. Eine zugehörige Querschnittsdarstellung entlang der Ebene Q-L ist in Fig. 6, eine weitere Querschnittsdarstellung entlang der Ebene T-L in Fig. 7 dargestellt.
Der erfindungsgemäße Kolbenverdichter 10 ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sodass weitere Ausgestaltungen, insbesondere abweichende Verläufe der Luftkanäle 24a, 24b sowie abweichende Geometrien der Wuchtscheiben 32a, 32b, möglich sind. Beispielsweise können die Luftkanäle 24a, 24b über einen größeren Bereich gekrümmt ausgebildet sein oder auch nicht zueinander symmetrisch verlaufen. Es ist ebenso denkbar, weitere Luftkanäle 24 und/oder weitere Wuchtscheiben 32 anzuordnen, wobei diese bevorzugt parallel oder benachbart zu den bereits vorhandenen Luftkanälen 24a, 24b bzw. Wuchtscheiben 32a, 32b angeordnet sind.

Bezugszeichenliste

10: Kolbenverdichter
12: Doppelkolbensystem
13: Lager
14: Pleuel
16: Kolben
16a: Niederdruckkolben
16b: Hochdruckkolben
18: Pleuellagers
20: Exzenterwelle
21: Exzenterfortsatz
22: Antriebseinrichtung
24: Luftkanal
24a: erster Luftkanal
24b: zweiter Luftkanal
26: Querschnitt
30: gemeinsamer Kanal
32: Wuchtscheibe
32a: erste Wuchtscheibe
32b: zweite Wuchtscheibe
34: Seitenfläche des Pleuels
36: Außenkontur des Pleuels
38: Verbindungselement
40: Entkopplungselement
42: Kugellager
44: Laufbuchse
46: Nadelkranz
48: Zylinderstift
50: Topfmanschette
52: Klemmring
54: Lager

Q: Querrichtung
T: Tiefenrichtung
L: Längsachse
t: Tiefe

E1: Ebene
PE: Pleuelbewegungsebene
SE: Schwerpunktlinie

Claims

Kolbenverdichter (10), insbesondere für ein Doppelkolbensystem (12), mit einem Pleuel (14) für zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolben (16, 16a, 16b), wobei der Pleuel (14) mit einem Abschnitt mittels eines ersten Pleuellagers (18) auf einem Exzenterfortsatz (21) einer Exzenterwelle (20) einer Antriebseinrichtung (22) lagerbar ist und in einer Pleuelbewegungsebene (PE) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Luftkanal (24) derart neben dem Pleuel (14) und in einer Ebene (E1) mit dem Pleuel (14) angeordnet ist, sodass dieser den Pleuel (14) in zumindest einer in der Ebene (E1) liegenden Querrichtung (Q) nicht überlappt, wobei die Ebene (E1) mit der Pleuelbewegungsebene (PE) zumindest teilweise übereinstimmt, und eine Schwerpunktlinie (SE) des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens (16, 16a, 16b) in der Pleuelbewegungsebene (PE) verläuft.
Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Luftkanal (24) derart neben dem Pleuel (14) angeordnet ist, dass dieser den Pleuel (14) in einer Tiefenrichtung (T) bezüglich der Ebene (E1) überlappt.
Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (24) einen Querschnitt (26) aufweist, der kleiner oder gleich der kleinsten Querschnittsabmessung des Pleuels (14) und/oder der Tiefe (t) des Pleuels (14), ausgebildet ist, wobei der Luftkanal (24) komplett in der Pleuelbewegungsebene (PE) angeordnet ist.
Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (24) einen runden Querschnitt aufweist.
Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (24) abgewinkelt entlang einer Außenkontur (36) des Pleuels (14) verläuft, wobei dieser bevorzugt beabstandet zu der Außenkontur (36) angeordnet ist.
Kolbenverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Luftkanäle (24, 24a, 24b) vorhanden sind.
Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftkanal (24b) derart neben dem Pleuel (14) und in der Ebene (E1) mit dem Pleuel (14) angeordnet ist, dass dieser den Pleuel (14) zumindest in einer in der Ebene (E1) liegenden Querrichtung (Q) nicht überlappt, wobei die Ebene (E1) mit der Pleuelbewegungsebene (PE) zumindest teilweise übereinstimmt, und eine Schwerpunktlinie (SE) des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens (16, 16a, 16b) in der Pleuelbewegungsebene (PE) verläuft.
Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftkanal (24b) derart angeordnet ist, dass dieser den Pleuel (14) in einer Tiefenrichtung (T) bezüglich der Ebene (E1) überlappt.
Kolbenverdichter (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Luftkanäle (24a, 24b) symmetrisch bezüglich einer Längsachse (L) des Pleuels (14) ausgebildet sind, wobei die Längsachse (L) insbesondere eine Schwerpunktlinie (SE) des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens (16, 16a, 16b) ist.
Kolbenverdichter (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Luftkanäle (24a, 24b) in einen gemeinsamen Kanal (30) münden.
Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Höhe des ersten Pleuellagers (18) zumindest eine Wuchtscheibe (32) angeordnet ist.
Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Höhe des ersten Pleuellagers (18) zumindest zwei Wuchtscheiben (32, 32a, 32b) angeordnet sind.
Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wuchtscheibe (32a) auf einer Seite des Pleuels (14), die in Richtung einer Exzenterwelle (20) ausrichtbar ist, und die zweite Wuchtscheibe (32b) auf einer gegenüberliegenden Seite des Pleuels (14), angeordnet ist.
Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wuchtscheiben (32a, 32b) symmetrisch bezüglich einer Längsachse (L) des Pleuels (14) ausgebildet sind.
Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolben (16), der einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist, oberhalb des Pleuels (14) als Hochdrucckolben (16a) angeordnet ist, der mit dem zumindest einen Luftkanal (24) verbunden ist.
Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolben (16), der einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist, unterhalb des Pleuels (14) als Niederdrucckolben (16b) angeordnet ist, der mit dem zumindest einen Luftkanal (24) verbunden ist.