EP4150211A1 - Reciprocating compressor for generating oil-free compressed air - Google Patents

Reciprocating compressor for generating oil-free compressed air

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EP4150211A1
EP4150211A1 EP21725046.3A EP21725046A EP4150211A1 EP 4150211 A1 EP4150211 A1 EP 4150211A1 EP 21725046 A EP21725046 A EP 21725046A EP 4150211 A1 EP4150211 A1 EP 4150211A1
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EP
European Patent Office
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reciprocating compressor
cylinder
piston
pressure generating
guide
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Application number
EP21725046.3A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Busch
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OET GmbH
Original Assignee
OET GmbH
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Publication date
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    • F04B53/14Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F04B53/144Adaptation of piston-rods
    • F04B53/146Piston-rod guiding arrangements

Definitions

  • Reciprocating compressor for generating oil-free compressed air
  • the invention relates to a reciprocating compressor for generating oil-free compressed air according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a compressed air system of a truck with such a reciprocating compressor and the use of a reciprocating compressor as a compressed air generator in a compressed air system of a truck.
  • EP 0 994 252 B1 and EP 0 859 151 B1 describe reciprocating compressors which comprise a swash plate which is arranged on a shaft and acts on several guide pistons.
  • the guide pistons are directly connected to pressure generating pistons which are guided within a pressure generating cylinder.
  • the guide piston is guided by sealing elements.
  • a reciprocating compressor for generating compressed air is also known from US Pat. No. 3,749,523 A.
  • the swash plate is connected to several pressure pistons on both sides. This has the disadvantage that, on the one hand, compressed air can escape past the pressure piston into the area of the swash plate.
  • the known reciprocating compressor requires a large amount of space due to the double number of pressure generating cylinders, which are also opposite one another.
  • the object of the invention is to provide a reciprocating piston compressor for generating oil-free compressed air, which is compact and ensures a high level of tightness over a long service life.
  • Another object of the invention is to specify a compressed air system of a truck with such a reciprocating compressor and the use of such a reciprocating compressor as a compressed air generator in a compressed air system of a truck.
  • the invention is based on the idea of specifying a reciprocating compressor for generating oil-free compressed air with at least one guide piston and a pressure generating piston, the guide piston being coupled to a swash plate and the pressure generating piston guided oil-free in a pressure generating cylinder.
  • the guide piston is guided in a guide cylinder and connected to the pressure generating piston via a coupling rod.
  • the coupling rod is guided through at least one sealing element which seals off an engine compartment and a compression compartment from one another.
  • the guide piston also acts as a crosshead guide for the piston rod.
  • An electric drive is also arranged in the machine room.
  • the pressure generating piston and the guide piston are through a coupling rod connected, the guide piston being guided in a guide cylinder and forming a cross-head guide for the piston rod.
  • This ensures stable guidance of the piston rod, which is guided through the sealing element. Misalignments or any tilting elements that occur do not affect the seal. This reduces the wear on the sealing element and ensures a long service life for the floating piston compressor.
  • high forces can be transmitted in this way, so that compressed air can be generated permanently at a high pressure.
  • the floating piston compressor according to the invention forms a compact, integrated unit which contains all the components for generating compressed air. This not only reduces the cost of installing a compressed air generator in a vehicle, in particular a truck, but also enables existing vehicles to be easily retrofitted.
  • an electrically driven reciprocating compressor which has a compact design, can also be used well in vehicle trailers.
  • the reciprocating piston compressor according to the invention offers the prerequisites for use in trucks that are driven electrically or partially electrically, in particular hybrid-electrically.
  • the engine room in which the electric drive is arranged can be enclosed by an engine housing.
  • the entire engine compartment is hermetically sealed, so that oil can circulate therein to lubricate the moving parts, in particular the guide piston.
  • the engine housing also promotes the simple installation of the reciprocating compressor in a vehicle and also serves as noise insulation.
  • the pressure generating cylinder has an inlet valve and an outlet valve on both sides, so that the pressure generating piston is effective in generating pressure on both sides.
  • the pressure generating cylinder can be arranged in a cylinder block which is covered on a side facing the engine compartment by a first valve plate and on a side facing away from the engine compartment by a second valve plate.
  • two valve plates can therefore be provided which cover the cylinder block on both sides.
  • This design has considerable advantages in production, since no individual valves have to be integrated into the cylinder block. Rather, whole valve plates are used which contain all valves for all pressure-generating cylinders arranged in the cylinder block. This ensures a simple and very maintenance-friendly construction of the reciprocating piston compressor.
  • the guide cylinder is arranged in a guide block which is connected to the engine room, in particular the engine housing.
  • the provision of a separate guide block also serves to simplify the construction of the reciprocating compressor and also enables the reciprocating compressor to be manufactured easily.
  • the connection of the guide block to the engine room ensures that oil circulating in the engine room also circulates in the guide block, in particular in the guide cylinder, so that lubrication takes place between the guide piston and the guide cylinder.
  • the sealing element is arranged between the guide block and the cylinder block, so that no oil penetrates into the cylinder block, in particular into the pressure generating cylinder.
  • the floating piston compressor can be divided into an oil-free side and an oil-carrying side.
  • the oil-free side includes the pressure generating cylinder.
  • the oil-conducting side comprises at least the engine room and the guide cylinder.
  • the first valve plate is covered with a first cylinder head and the second valve plate is covered with a second cylinder head, the first cylinder head having at least one first gas collecting chamber and the second cylinder head having at least one second gas collecting chamber.
  • the gas collecting spaces are preferably designed in such a way that they act as air vessels and thus dampen the pulsations that occur as a result of the generation of the compressed air by means of the moving pressure generating pistons. The compressed air generated is therefore collected in the gas collection rooms and is almost continuously released to the other compressed air system.
  • the first cylinder head can have a first gas intake chamber and the second cylinder head can have a second gas intake chamber, the cylinder block having at least one air supply channel which connects the second gas intake chamber to the first gas intake chamber.
  • the inlet opening for low-pressure air preferably opens into the second gas suction chamber.
  • the second gas suction chamber thus collects low-pressure air, so that sufficient low-pressure air is available for suction via the pressure generating piston. Since the pressure generating piston is preferably doubly effective, the air supply channel is provided which connects the second gas suction space to the first gas suction space, the first gas suction space also collecting low-pressure air in order to make it available for generating compressed air by means of the pressure generating piston.
  • the air supply channel in the cylinder block can be designed as an annular channel.
  • the engine compartment in particular at least the engine housing
  • the engine housing is liquid-cooled, in particular water-cooled.
  • the engine housing can have at least one cooling channel.
  • at least one cooling channel can be provided in the guide block and / or in at least one cylinder head.
  • the cooling channels preferably carry a cooling liquid.
  • the cooling liquid can be water. In this way, good and effective cooling of the reciprocating compressor can be achieved.
  • the integration of cooling channels in the engine housing and / or the guide block and / or one of the cylinder heads ensures the compact design of the reciprocating compressor.
  • a sound- and / or vibration-absorbing protective cover is provided, which extends around the cooling cover.
  • Such a sound and / or vibration insulation is particularly interesting for the integration of the reciprocating compressor in electrically driven vehicles, since the smallest vibrations appear noticeable here.
  • the first compression chamber and the second compression chamber of the same pressure generating cylinder and / or several first compression chambers and / or second compression chambers of different pressure generating cylinders are fluidly connected to one another in such a way that a two-stage compression is effected.
  • the reciprocating piston compressor has a plurality of pressure generating cylinders which each form a first compression chamber and a second compression chamber.
  • all of the first compression spaces can precompress the low-pressure air drawn in via the first gas intake duct, so that medium-pressure air (medium-pressure air) is collected in the first gas collection space.
  • the medium-pressure air can then be passed from the first gas collecting space to the second gas suction space.
  • the medium-pressure air then passes from the second gas collecting chamber into the second compression chamber, where it is further compressed to form high-pressure air.
  • the high pressure air reaches the second gas collecting chamber and from there to the outlet opening.
  • a secondary aspect of the invention relates to a compressed air system of a truck, in particular a hybrid or fully electric truck, with a reciprocating compressor described above.
  • the use of the reciprocating piston compressor according to the invention in a compressed air system of an at least partially electrically operated truck is particularly advantageous, since the reciprocating compressor with its electric drive can be integrated into such a truck with little effort.
  • a use of a previously described reciprocating piston compressor as a compressed air generator in the compressed air system of a truck, in particular a hybrid or fully electric truck is disclosed and claimed.
  • the compressed air system can in particular be a compressed air brake system of a truck.
  • Fig. 1 an exploded view of an inventive
  • Reciprocating compressor according to a preferred embodiment
  • Fig. 2 a longitudinal section through the reciprocating compressor according to
  • FIG. 3 the detail X of the reciprocating piston compressor according to FIG. 2;
  • Fig. 4 an exploded view of the first valve plate of the
  • Fig. 5 an exploded view of the second valve plate of the
  • the reciprocating compressor also has an electronics housing 80 which is attached to the engine housing 10.
  • the electronics housing 80 encloses an electronics space 81 which accommodates electronic components, for example an inverter, for the electric drive 12 of the reciprocating compressor.
  • the engine housing 10 encloses an engine compartment which accommodates the electric drive 12, a drive shaft 13 and a swash plate 14.
  • the drive shaft 13 is supported by shaft bearings 15 in the engine room.
  • Guide cylinders 21, in which guide pistons 22 are guided, are arranged in the guide block 20.
  • the guide pistons 22 are also coupled in an articulated manner to the swash plate 14.
  • pressure generating cylinders 31 are also provided, in which pressure generating pistons 32 are guided.
  • the pressure generating pistons 32 are each connected to one of the guide pistons 22 by a coupling rod 24.
  • the cylinder block 30 is closed on both sides by valve plates 60, 70.
  • the valve plates 60, 70 comprise a structure of three letters each, which fulfill different functions.
  • the first valve plate 60 has a first outlet valve disk 61 and a first inlet valve disk 62, which are arranged on opposite sides of a first folded disk 63.
  • the second valve plate 70 comprises a second outlet valve disk 71 and a second inlet valve disk 72, which are arranged on opposite sides of a second folded disk 73.
  • the second cylinder head 50 has a lateral inlet opening 53.
  • the lateral inlet opening 53 opens into a second gas suction space 51.
  • the second gas suction space 51 is annular and runs around a second gas collecting space 52 which is formed centrally in the second cylinder head 50.
  • the second cylinder head 50 also has an annular air supply duct 36 which extends around the outside of the second gas intake chamber 51.
  • the floating piston compressor has a modular design, the individual modules being formed by the engine housing 10, the guide block 20, the first cylinder head 40, the cylinder block 30, the second cylinder head 50 and the electronics housing 80.
  • the engine housing 10 encloses or delimits an engine compartment 11 in which the electric drive 12, the drive shaft 13 and the wobble screw 14 are arranged.
  • the engine housing 10 is connected directly to the guide block 20, in which guide cylinders 21 and guide pistons 22 guided therein are arranged.
  • the guide pistons 22 extend into the engine compartment 11 and are connected in an articulated manner to the swash plate 14.
  • the first cylinder head 40 directly adjoins the guide block 20.
  • the first cylinder head 40 has bushings for one coupling rod 24 each, which extends from the guide piston 22 to the pressure generating piston 32 and connects them.
  • a sealing element 43 through which the coupling rod 24 is guided is also arranged in the first cylinder head 40.
  • the sealing element 43 seals the coupling rod 24.
  • the sealing element 43 ensures an oil-tight and airtight separation between an oil-carrying side of the floating piston compressor and an oil-free side of the floating piston compressor.
  • the oil-carrying side of the floating piston compressor comprises the engine housing 10 and the guide block 20.
  • the first cylinder head 40, the cylinder block 30 and the second cylinder head 50 belong to the oil-free side of the floating piston compressor.
  • first gas suction space 41 In the first cylinder head 40, a first gas suction space 41 and a first gas collecting space 42 are also formed.
  • the first gas suction space 41 is preferably designed as an annular space and grants access to all pressure generating cylinders 31.
  • the first gas collecting space 42 is preferably fluidly connected to all pressure generating cylinders 31.
  • the cylinder block 30 comprises the pressure generating cylinders 31, in which the pressure generating pistons 32 are guided. Furthermore, a central connecting space 35 is provided in the cylinder block 30, which connects the first gas collecting space 42 of the first cylinder head 40 to the second gas collecting space 52 of the second cylinder head 50.
  • An air supply duct 36 is also formed around the pressure generating cylinder 31 in the cylinder block 30.
  • the air supply channel 36 is preferably designed as a circumferential channel around the circumference of the cylinder block 30.
  • the air supply channel 36 essentially forms an annular channel, this not being completely circular, but rather having corresponding formations for assembly bores, as can be seen in FIG. 1.
  • the air supply channel 36 connects the second gas intake chamber 51 of the second cylinder head 50 to the first gas intake chamber 41 of the first cylinder head 40.
  • the second cylinder head 50 has the second gas intake chamber 51, which is connected to the outside via the inlet opening 53.
  • the inlet opening 53 can be open to the environment or connected to a return of a compressed air system.
  • the second gas collecting chamber 52 which is fluidly connected to an outlet opening 54, is arranged in the second cylinder head 50.
  • the pressure generating cylinders 31 in the cylinder block 30 each have two variable compression spaces 33, 34.
  • the pressure generating piston 32 in the upper pressure generating cylinder 31 is at its top dead center, so that the second compression chamber 34 can no longer be seen.
  • the first compression space 33 has its maximum volume.
  • the first compression chamber 33 cannot be seen because the pressure generating piston 32 has reached bottom dead center.
  • the second compression space 34 has its maximum volume.
  • the first valve plate 60 is arranged between the first cylinder head 40 and the cylinder block 30.
  • the first valve plate 60 comprises a first inlet valve 64, which connects the first gas suction chamber 41 to the first compression chamber 33. Furthermore, a first outlet valve 65, which connects the first compression chamber 33 to the first gas collecting chamber 42, is formed in the first valve plate 60.
  • the second valve plate 70 is constructed essentially analogously. It has a second inlet valve 74 which connects the second gas collection chamber 51 to the second compression chamber 34. Furthermore, the second valve plate 70 comprises a second outlet valve 75, which connects the second compression chamber 34 to the second gas collection chamber 52.
  • the cooling channels 16, which are used for cooling the reciprocating piston compressor, can also be clearly seen in FIG. 2.
  • the cooling channels 16 preferably extend annularly over the circumference of the reciprocating compressor.
  • a cooling duct 16 is formed in the area of the engine housing 10, in particular in the area of the electric drive 12.
  • Another cooling channel 16 is formed in the guide block 20, this cooling channel 16 also extending into the first cylinder head 40.
  • FIG. 3 shows a detail of the floating piston compressor in the area of the guide block 20 of the first cylinder head 40 and the cylinder block 30.
  • the connection of the coupling rod 24 to the guide piston 22 can be seen particularly well.
  • the guide piston 22 comprises a threaded bore into which a threaded extension 25 of the Coupling rod 24 engages.
  • the threaded connection is considerably shorter than the guide piston 22, as a result of which misalignments, which may arise when the floating piston compressor is in the lowering position, are automatically compensated for.
  • the coupling rod 24 has an annular notch 26 in the vicinity of the guide piston 22.
  • the annular notch 26 is positioned so that it does not reach the sealing element 43, which is arranged in the first cylinder head 40, during operation.
  • the annular notch 26 also helps to compensate for any misalignment that may occur.
  • the guide piston 22 slides against the inner wall of the guide cylinder 21.
  • the sliding connection between the guide piston 22 and the guide cylinder 21, which exists over a considerable length, ensures cross-head guidance for the coupling rod 24. Even in the event of unbalances in the swash plate, it is ensured that hardly any tilting moments act on the coupling rod 24, so that it is well and continuously linear is led. This in turn ensures that the wear of the sealing element 43 is low and that the engine compartment 11 is sealed off from the first compression compartment 33 or between the oil-carrying side and the oil-free side of the reciprocating piston compressor.
  • the first valve plate 60 is shown again in detail. It can be seen that the first valve plate 60 has a first outlet valve disc 61, a first inlet valve disc 62 and a folded disc 63 arranged in between.
  • the folded disk 63 comprises several bores, in particular an inlet bore 29, two outlet bores 28 and a passage 27 for each pressure generating cylinder 31.
  • the passage 27 serves to guide the coupling rod 24 through the first valve plate 60.
  • On the The first inlet valve 64 rests on the inlet bore 29.
  • the first inlet valve 64 like preferably all valves of the two valve plates 60, 70, is designed as a flutter valve.
  • the outlet bores 28 in the first valve plate 60 are each covered by a first outlet valve 65.
  • the first valve plate 60 thus has two first outlet valves 65 for each pressure generating cylinder 31.
  • An opening is provided in the center of the first valve plate 60 which ensures that the first gas collecting space 42 has access to the connecting space 35.
  • the second valve plate 70 shown in FIG. 5 has a similar structure.
  • the second valve plate 70 comprises a second outlet valve disk 71, a second inlet valve disk 72 and a second folded disk 73 arranged in between.
  • the second outlet valve disk 71 comprises several second outlet valves 75.
  • the second outlet valve disk 71 has a single second outlet valve 75 for each pressure generating cylinder 31.
  • the second inlet valve disk 72 comprises a plurality of second inlet valves 74.
  • the folded disk 73 has a plurality of inlet bores 29, which are covered by the second inlet valves 74, essentially analogously to the first folded disk 63.
  • several outlet bores 28, which are covered by the second outlet valves 75, are provided in the second folded disk 73.
  • in the second folded disk 73 only one outlet bore 28 is provided for each pressure generating cylinder 31.
  • a passage 27 as in the first folded disk 63 is not required in the second folded disk 73, since the coupling rod 24 ends in front of the second valve plate 70.
  • the mode of operation of the floating piston compressor is explained particularly clearly with the aid of FIG. 2.
  • the floating piston compressor compresses compressed air that only circulates in the oil-free section of the floating piston compressor.
  • the compressed air first reaches the second gas suction chamber 51 as low pressure air via the inlet opening 53.
  • the second gas suction chamber 51 collects the Low-pressure air and passes it on to the first gas suction chamber 41 via the air supply duct 36.
  • the first gas intake chamber 41 in the second gas intake chamber 51 and in the air supply channel 36 there is thus low-pressure air. If the pressure generating piston 32 in the pressure generating cylinder 31 is now guided from one dead point to the next, then on the one hand low-pressure air is sucked in from one of the gas suction spaces 41, 51.
  • the upper pressure generating piston has reached its top dead center, so that the first compression chamber 33 is filled with low-pressure air.
  • the corresponding inlet valve 64 opens,
  • the pressure generating piston 32 moves, low-pressure air is sucked in from the respectively assigned gas suction chamber 41, 51. At the same time, the pressure generating piston 32 displaces low-pressure air previously sucked in the opposite compression chamber 34, thereby generating high-pressure air.
  • the second compression chamber 34 initially contains low-pressure air. As soon as the pressure generating piston 32 is moved from bottom dead center to top dead center, that is to say in the direction of the second cylinder head 50, the compression space 34 is reduced, whereby the low-pressure air contained therein is compressed. This compression creates high-pressure air which reaches the second gas collecting chamber 52 via the second outlet valve 75.
  • Pressure generating piston 32 i.e. in the direction of the first cylinder head 40, is generated via the first outlet valve 65 into the first gas collecting chamber 42.
  • the high-pressure air from the first gas collecting chamber 42 reaches the second gas collecting chamber 52 Collected high pressure air then exits the reciprocating compressor via the outlet port 54.
  • the reciprocating compressor shown in FIG. 2 is designed essentially as a single-stage reciprocating compressor. This means that the low-pressure air entering via the inlet opening 53 is compressed only once and as High pressure air 52 is output.
  • the reciprocating compressor it is also possible to design the reciprocating compressor as a two-stage or multi-stage reciprocating compressor. For example, a total of six pressure generating cylinders 31 can be provided, three pressure generating cylinders 31 performing a pre-compression to a medium air pressure, the other three pressure generating cylinders 31 being supplied with this medium pressure air via the inlet valves 64, 74. The other pressure generating cylinders 31 then compress this medium-pressure air further to form high-pressure air.
  • each individual pressure-generating cylinder 31 can carry out a pre-compression on the one hand and a post-compression on the other hand.
  • all first compression spaces 33 can compress a low-pressure air to form medium-pressure air and all second compression spaces 34 can then recompress the medium-pressure air to form high-pressure air.
  • the reciprocating piston compressor is preferably designed so that high pressure air can be generated with a pressure of at least 10 bar.
  • the first gas collecting space 42, the connecting space 35 and the second gas collecting space 52 each have comparatively large volumes, whereas the diameter of the outlet opening 54 is smaller, in particular compared to the second gas collecting space 52.
  • an air chamber effect is achieved in the gas collecting spaces 42, 52 and the connecting space 53. This means that the compressed air ejected in a pulsating manner from the pressure generating cylinders 31 is smoothed with regard to its pressure fluctuations. The wind kettle effect thus ensures that high-pressure air is emitted relatively continuously via the outlet opening 52.

Abstract

The invention relates to a reciprocating compressor for generating oil-free compressed air, comprising at least one guide piston (22) and a pressure-generating piston (32). The guide piston (22) is coupled to a swashplate (14), and the pressure-generating piston (32) is guided in a pressure-generating cylinder (31) without oil. The invention is characterized in that the guide piston (22) is guided in a guide cylinder (21) and is connected to the pressure-generating piston (32) via a coupling rod (24), the coupling rod (24) is guided through at least one sealing element (43) which seals the engine compartment (11) and the compression chamber (33) from each other, the guide piston (22) acts as a crosshead guide for the coupling rod (24), and an electric drive (12) is arranged in the engine compartment (11). The invention additionally relates to a compressed air system of a truck, said compressed air system comprising such a reciprocating compressor, and to the use of such a reciprocating compressor in a compressed air system of a truck.

Description

Hubkolbenkompressor zur Erzeugung ölfreier Druckluft Reciprocating compressor for generating oil-free compressed air
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenkompressor zur Erzeugung ölfreier Druckluft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Druckluftanlage eines Lastkraftwagens mit einem solchen Hubkolbenkompressor sowie die Verwendung eines Hubkolbenkompressors als Drucklufterzeuger in einer Druckluftanlage eines Lastkraftfahrzeugs. The invention relates to a reciprocating compressor for generating oil-free compressed air according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a compressed air system of a truck with such a reciprocating compressor and the use of a reciprocating compressor as a compressed air generator in a compressed air system of a truck.
Hubkolbenkompressoren zur Erzeugung von ölfreier Druckluft sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So beschreiben beispielsweise EP 0 994 252 Bl und EP 0 859 151 Bl Hubkolbenkompressoren, die eine auf einer Welle angeordnete Taumelscheibe umfassen, welche auf mehrere Führungskolben wirkt. Die Führungskolben sind direkt mit Druckerzeugungskolben verbunden, die innerhalb eines Druckerzeugungszylinders geführt sind. Um zu vermeiden, dass Druckluft aus dem Druckerzeugungszylinder in einen Triebwerksraum gelangt, in welchem die Taumelscheibe angeordnet ist, ist der Führungskolben durch Dichtelemente geführt. Reciprocating compressors for generating oil-free compressed air are already known from the prior art. For example, EP 0 994 252 B1 and EP 0 859 151 B1 describe reciprocating compressors which comprise a swash plate which is arranged on a shaft and acts on several guide pistons. The guide pistons are directly connected to pressure generating pistons which are guided within a pressure generating cylinder. In order to avoid compressed air from the pressure generating cylinder from reaching an engine room in which the swash plate is arranged, the guide piston is guided by sealing elements.
Die direkte Verbindung zwischen dem Führungskolben und dem Druckerzeugungskolben hat jedoch Nachteile. Insbesondere können durch die Taumelscheibe Kippmomente auf den Führungskolben ausgeübt werden, die bei der schnellen und mehrfachen Bewegung des Führungskolbens durch die Dichtelemente und einen daraus resultierenden leichten Verkippen des Führungskolbens zu einem höheren Verschleiß der Dichtelemente führen kann. Somit kann bei bekannten Hubkolbenkompressoren die Dichtigkeit der Druckerzeugungszylinder nicht über einen langen Zeitraum gewährleistet werden. However, the direct connection between the guide piston and the pressure generating piston has disadvantages. In particular, tilting moments can be exerted on the guide piston by the swash plate, which can lead to greater wear of the sealing elements when the guide piston is moved rapidly and repeatedly by the sealing elements and the resulting slight tilting of the guide piston. Thus, in known reciprocating compressors, the tightness of the pressure generating cylinders cannot be guaranteed over a long period of time.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Hubkolbenkompressoren besteht darin, dass diese einen Antrieb benötigen, der außerhalb des Gehäuses des Hubkolbenkompressors angeordnet ist. In Kraftfahrzeugen, in welchen immer weniger Bauraum zur Verfügung steht, beispielsweise aufgrund der zwischenzeitlich erforderlichen Vielzahl von Abgasreinigungsaggregaten, hat dies Nachteile. Aus US 3,749,523 A ist ebenfalls ein Hubkolbenkompressor zur Erzeugung von Druckluft bekannt. Bei diesem Hubkolbenkompressor ist die Taumelscheibe beidseitig mit jeweils mehreren Druckkolben verbunden. Das hat den Nachteil, dass einerseits an den Druckkolben vorbei in den Bereich der Taumelscheibe Druckluft entweichen kann. Andererseits benötigt der bekannte Hubkolbenkompressor aufgrund der doppelten Anzahl von Druckerzeugungszylindern, die sich zudem gegenüberliegen, einen hohen Bauraum. Another disadvantage of the known reciprocating compressors is that they require a drive which is arranged outside the housing of the reciprocating compressor. This has disadvantages in motor vehicles in which less and less installation space is available, for example due to the large number of exhaust gas cleaning units that have now been required. A reciprocating compressor for generating compressed air is also known from US Pat. No. 3,749,523 A. In this reciprocating compressor, the swash plate is connected to several pressure pistons on both sides. This has the disadvantage that, on the one hand, compressed air can escape past the pressure piston into the area of the swash plate. On the other hand, the known reciprocating compressor requires a large amount of space due to the double number of pressure generating cylinders, which are also opposite one another.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hubkolbenkompressor zur Erzeugung ölfreier Druckluft anzugeben, der kompakt gestaltet ist und über eine lange Lebensdauer eine hohe Dichtigkeit gewährleistet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Druckluftanlage eines Lastkraftfahrzeugs mit einem solchen Hubkolbenkompressor sowie die Verwendung eines solchen Hubkolbenkompressors als Drucklufterzeuger in einer Druckluftanlage eines Lastkraftfahrzeugs anzugeben. The object of the invention is to provide a reciprocating piston compressor for generating oil-free compressed air, which is compact and ensures a high level of tightness over a long service life. Another object of the invention is to specify a compressed air system of a truck with such a reciprocating compressor and the use of such a reciprocating compressor as a compressed air generator in a compressed air system of a truck.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf den Hubkolbenkompressor durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1, im Hinblick auf die Druckluftanlage durch den Gegenstand des Patentanspruchs 15 und im Hinblick auf die Verwendung eines Hubkolbenkompressors durch den Gegenstand des Patentanspruchs 16 gelöst. This object is achieved with regard to the reciprocating compressor by the subject matter of claim 1, with regard to the compressed air system by the subject matter of claim 15 and with regard to the use of a reciprocating compressor by the subject matter of claim 16.
So beruht die Erfindung auf dem Gedanken, einen Hubkolbenkompressor zur Erzeugung ölfreier Druckluft mit wenigstens einem Führungskolben und einem Druckerzeugungskolben anzugeben, wobei der Führungskolben mit einer Taumelscheibe gekoppelt ist und der Druckerzeugungskolben ölfrei in einem Druckerzeugungszylinder geführt ist. Erfindungsgemäß ist der Führungskolben in einem Führungszylinder geführt und über eine Koppelstange mit dem Druckerzeugungskolben verbunden. Die Koppelstange ist durch wenigstens ein Abdichtelement geführt, das einen Triebwerksraum und einen Verdichtungsraum voneinander abdichtet. Der Führungskolben wirkt ferner als Kreuzkopfführung für die Kolbenstange. Im Triebwerksraum ist außerdem ein elektrischer Antrieb angeordnet. The invention is based on the idea of specifying a reciprocating compressor for generating oil-free compressed air with at least one guide piston and a pressure generating piston, the guide piston being coupled to a swash plate and the pressure generating piston guided oil-free in a pressure generating cylinder. According to the invention, the guide piston is guided in a guide cylinder and connected to the pressure generating piston via a coupling rod. The coupling rod is guided through at least one sealing element which seals off an engine compartment and a compression compartment from one another. The guide piston also acts as a crosshead guide for the piston rod. An electric drive is also arranged in the machine room.
Im Unterschied zum Stand der Technik sind also bei dem erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressor der Druckerzeugungskolben und der Führungskolben durch eine Koppelstange verbunden, wobei der Führungskolben in einem Führungszylinder geführt ist und eine Kreuzkopfführung für die Kolbenstange bildet. Dadurch ist eine stabile Führung der Kolbenstange gewährleistet, die durch das Abdichtelement geführt ist. Fluchtfehler oder etwaig auftretende Kippelemente beeinträchtigen so die Abdichtung nicht. Das reduziert den Verschleiß des Abdichtelements und sorgt für eine lange Lebensdauer des Flubkolbenkompressors. Darüber hinaus sind auf diese Weise hohe Kräfte übertragbar, so dass dauerhaft Druckluft mit einem hohen Druck erzeugbar ist. In contrast to the prior art, in the reciprocating piston compressor according to the invention, the pressure generating piston and the guide piston are through a coupling rod connected, the guide piston being guided in a guide cylinder and forming a cross-head guide for the piston rod. This ensures stable guidance of the piston rod, which is guided through the sealing element. Misalignments or any tilting elements that occur do not affect the seal. This reduces the wear on the sealing element and ensures a long service life for the floating piston compressor. In addition, high forces can be transmitted in this way, so that compressed air can be generated permanently at a high pressure.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird durch die Integration eines elektrischen Antriebs in den Triebwerksraum erreicht. Auf diese Weise bildet der erfindungsgemäße Flubkolbenkompressor eine kompakte integrierte Einheit, die alle Komponenten zur Erzeugung von Druckluft enthält. Dies reduziert nicht nur den Aufwand für den Einbau eines Drucklufterzeugers in einem Fahrzeug, insbesondere einem Lastkraftfahrzeug, sondern ermöglicht auch eine einfache Nachrüstung bestehender Fahrzeuge. Zudem lässt sich ein solcher elektrisch angetriebener Hubkolbenkompressor, der kompakt aufgebaut ist, auch gut bei Fahrzeuganhängern einsetzen. Mit zunehmender Elektrifizierung des Antriebstrangs auch bei Lastkraftfahrzeugen, ist es zudem förderlich, wenn der Drucklufterzeuger elektrisch betrieben ist. Insofern bietet der erfindungsgemäße Hubkolbenkompressor die Voraussetzungen, um auch bei elektrisch oder teilelektrisch, insbesondere hybridelektrisch, angetriebenen Lastkraftfahrzeugen zum Einsatz zu gelangen. Another advantage of the invention is achieved by integrating an electric drive into the machine room. In this way, the floating piston compressor according to the invention forms a compact, integrated unit which contains all the components for generating compressed air. This not only reduces the cost of installing a compressed air generator in a vehicle, in particular a truck, but also enables existing vehicles to be easily retrofitted. In addition, such an electrically driven reciprocating compressor, which has a compact design, can also be used well in vehicle trailers. With increasing electrification of the drive train, including in trucks, it is also beneficial if the compressed air generator is operated electrically. To this extent, the reciprocating piston compressor according to the invention offers the prerequisites for use in trucks that are driven electrically or partially electrically, in particular hybrid-electrically.
Der Triebwerksraum, in dem der elektrische Antrieb angeordnet ist, kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von einem Triebwerksgehäuse umschlossen sein. Auf diese Weise ist der Triebwerksraum insgesamt hermetisch abgeschlossen, so dass darin Öl zum Schmieren der bewegten Teile, insbesondere des Führungskolbens zirkulieren kann. Das Triebwerksgehäuse fördert außerdem den einfachen Einbau des Hubkolbenkompressors in ein Fahrzeug und dient zudem als Geräuschdämmung. In a preferred embodiment of the invention, the engine room in which the electric drive is arranged can be enclosed by an engine housing. In this way, the entire engine compartment is hermetically sealed, so that oil can circulate therein to lubricate the moving parts, in particular the guide piston. The engine housing also promotes the simple installation of the reciprocating compressor in a vehicle and also serves as noise insulation.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressors ist vorgesehen, dass der Druckerzeugungszylinder beidseitig jeweils ein Einlassventil und ein Auslassventil aufweist, so dass der Druckerzeugungskolben beidseitig druckerzeugend wirksam ist. Durch die beidseitige Druckerzeugung wird die Effizienz des Hubkolbenkompressors erheblich gesteigert. Insbesondere kann so die Ausgabe von Druckluft in einer höheren Kontinuität erzeugt werden, da bei jeder Bewegung des Druckerzeugungskolbens, unabhängig von dessen Bewegungsrichtung, eine Verdichtung erfolgt. In a further preferred variant of the reciprocating piston compressor according to the invention, it is provided that the pressure generating cylinder has an inlet valve and an outlet valve on both sides, so that the pressure generating piston is effective in generating pressure on both sides. Through the Pressure generation on both sides increases the efficiency of the reciprocating compressor considerably. In particular, the output of compressed air can thus be generated with a higher degree of continuity, since a compression occurs with each movement of the pressure generating piston, regardless of its direction of movement.
Der Druckerzeugungszylinder kann in einem Zylinderblock angeordnet sein, der auf einer dem Triebwerksraum zugewandten Seite durch eine erste Ventilplatte und auf einer dem Triebwerksraum abgewandten Seite durch eine zweite Ventilplatte abgedeckt ist. Insgesamt können also zwei Ventilplatten vorgesehen sein, die den Zylinderblock beidseitig abdecken. Diese Gestaltung hat in der Produktion erhebliche Vorteile, da keine Einzelventile in den Zylinderblock integriert werden müssen. Vielmehr werden ganze Ventilplatten verwendet, die alle Ventile für alle im Zylinderblock angeordneten Druckerzeugungszylinder enthalten. Dies sorgt für einen einfachen und sehr wartungsfreundlichen Aufbau des Hubkolbenkompressors. The pressure generating cylinder can be arranged in a cylinder block which is covered on a side facing the engine compartment by a first valve plate and on a side facing away from the engine compartment by a second valve plate. Overall, two valve plates can therefore be provided which cover the cylinder block on both sides. This design has considerable advantages in production, since no individual valves have to be integrated into the cylinder block. Rather, whole valve plates are used which contain all valves for all pressure-generating cylinders arranged in the cylinder block. This ensures a simple and very maintenance-friendly construction of the reciprocating piston compressor.
Vorzugsweise begrenzt der Druckerzeugungskolben in dem Druckerzeugungszylinder zwei Verdichtungsräume, wobei die erste Ventilplatte ein erstes Einlassventil und ein erstes Auslassventil bildet, die einem ersten Verdichtungsraum zugeordnet sind. Die zweite Ventilplatte kann ein zweites Einlassventil und ein zweites Auslassventil bilden, die dem zweiten Verdichtungsraum zugeordnet sind. Insoweit weist vorzugsweise jede Ventilplatte jeweils ein Einlassventil und ein Auslassventil auf, so dass sichergestellt ist, dass der Druckerzeugungskolben beidseitig druckerzeugend wirksam ist. Es handelt sich also um einen doppelt wirksamen Druckerzeugungskolben. Die hier beschriebenen Verdichtungsräume sind jeweils in ihrer Größe veränderbar, nämlich durch die Bewegung des Druckerzeugungskolbens. The pressure generating piston in the pressure generating cylinder preferably delimits two compression spaces, the first valve plate forming a first inlet valve and a first outlet valve which are assigned to a first compression space. The second valve plate can form a second inlet valve and a second outlet valve which are assigned to the second compression chamber. In this respect, each valve plate preferably has an inlet valve and an outlet valve, so that it is ensured that the pressure-generating piston is effective in generating pressure on both sides. It is therefore a doubly effective pressure generating piston. The size of the compression spaces described here can be changed, namely by the movement of the pressure generating piston.
Der Führungszylinder ist in einem Führungsblock angeordnet, der mit dem Triebwerksraum, insbesondere dem Triebwerksgehäuse, verbunden ist. Die Bereitstellung eines separaten Führungsblocks dient ebenfalls dem einfachen Aufbau des Hubkolbenkompressors und ermöglicht auch eine einfache Herstellung des Hubkolbenkompressors. Durch die Verbindung des Führungsblocks mit dem Triebwerksraums ist gewährleistet, dass im Triebwerksraum zirkulierendes Öl auch in dem Führungsblock zirkuliert, insbesondere im Führungszylinder, so dass eine Schmierung zwischen dem Führungskolben und dem Führungszylinder erfolgt. Insofern ist bevorzugt vorgesehen, dass das Abdichtelement zwischen dem Führungsblock und dem Zylinderblock angeordnet ist, so dass in den Zylinderblock, insbesondere in dem Druckerzeugungszylinder, kein Öl eindringt.The guide cylinder is arranged in a guide block which is connected to the engine room, in particular the engine housing. The provision of a separate guide block also serves to simplify the construction of the reciprocating compressor and also enables the reciprocating compressor to be manufactured easily. The connection of the guide block to the engine room ensures that oil circulating in the engine room also circulates in the guide block, in particular in the guide cylinder, so that lubrication takes place between the guide piston and the guide cylinder. In this respect, it is preferably provided that the sealing element is arranged between the guide block and the cylinder block, so that no oil penetrates into the cylinder block, in particular into the pressure generating cylinder.
Im Wesentlichen kann der Flubkolbenkompressor also in eine ölfreie Seite und eine ölführende Seite unterteilt werden. Die ölfreie Seite umfasst jedenfalls den Druckerzeugungszylinder. Die ölführende Seite umfasst wenigstens den Triebwerksraum und den Führungszylinder. Essentially, the floating piston compressor can be divided into an oil-free side and an oil-carrying side. In any case, the oil-free side includes the pressure generating cylinder. The oil-conducting side comprises at least the engine room and the guide cylinder.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flubkolbenkompressors sind die erste Ventilplatte mit einem ersten Zylinderkopf und die zweite Ventilplatte mit einem zweiten Zylinderkopf abgedeckt, wobei der erste Zylinderkopf mindestens einen ersten Gassammelraum und der zweite Zylinderkopf mindestens einen zweiten Gassammelraum aufweisen. Die Gassammelräume sind vorzugsweise so ausgelegt, dass sie als Windkessel wirken und so die Pulsationen, die durch die Erzeugung der Druckluft mittels der bewegten Druckerzeugungskolben auftreten, abdämpfen. In den Gassammelräumen wird also die erzeugte Druckluft gesammelt und nahezu kontinuierlich an das weitere Druckluftsystem abgegeben. In a preferred embodiment of the floating piston compressor according to the invention, the first valve plate is covered with a first cylinder head and the second valve plate is covered with a second cylinder head, the first cylinder head having at least one first gas collecting chamber and the second cylinder head having at least one second gas collecting chamber. The gas collecting spaces are preferably designed in such a way that they act as air vessels and thus dampen the pulsations that occur as a result of the generation of the compressed air by means of the moving pressure generating pistons. The compressed air generated is therefore collected in the gas collection rooms and is almost continuously released to the other compressed air system.
Der Zylinderblock kann außerdem einen Verbindungsraum aufweisen, der den ersten Gassammelraum des ersten Zylinderblocks mit dem zweiten Gassammelraum des zweiten Zylinderblocks verbindet. Auf diese Weise werden die durch den doppelt wirksamen Druckerzeugungskolben erzeugten Druckluftanteile zunächst zusammengeführt, bevor sie aus dem Flubkolbenkompressor in ein Druckluftsystem abgeben werden. Der Verbindungsraum kann außerdem eine Windkesselfunktion bereitstellen, um die Druckluftschwankungen durch die pulsierend erzeugte Druckluft zu glätten und so weiter dazu beitragen, dass im Wesentlichen ein kontinuierlicher Druckluftstrom in das Druckluftsystem abgegeben wird. The cylinder block can also have a connecting space which connects the first gas collecting space of the first cylinder block with the second gas collecting space of the second cylinder block. In this way, the compressed air components generated by the double-acting pressure generating piston are first brought together before they are released from the floating piston compressor into a compressed air system. The connecting space can also provide an air chamber function in order to smooth out the fluctuations in compressed air caused by the pulsed compressed air and thus further contribute to the fact that a substantially continuous flow of compressed air is delivered into the compressed air system.
Der zweite Zylinderkopf weist vorzugsweise eine Auslassöffnung für Druckluft und/oder eine Einlassöffnung für Umgebungsluft auf. Über die Einlassöffnung für Umgebungsluft wird dem Flubkolbenkompressor Luft mit niedrigem Druck (Niederdruckluft) zugeführt, die dann mittels des Flubkolbenkompressors komprimiert und als Luft mit relativ höherem Druck (Flochdruckluft) über die Ausgangsöffnung abgegeben wird. Die Einlassöffnung ist dabei nicht unbedingt zur Umgebung hin offen, sondern kann auch mit einem Druckluftsystem verbunden sein, wenn der Hubkolbenkompressor in einem geschlossenen Druckluftkreislauf eingebunden ist. The second cylinder head preferably has an outlet opening for compressed air and / or an inlet opening for ambient air. Air at low pressure (low pressure air) is supplied to the floating piston compressor via the inlet opening for ambient air Exit opening is released. The inlet opening is not necessarily open to the environment, but can also be connected to a compressed air system if the reciprocating piston compressor is integrated in a closed compressed air circuit.
Der erste Zylinderkopf kann einen ersten Gasansaugraum und der zweite Zylinderkopf einen zweiten Gasansaugraum aufweisen, wobei der Zylinderblock wenigstens einen Luftzufuhrkanal aufweist, der den zweiten Gasansaugraum mit dem ersten Gasansaugraum verbindet. Vorzugsweise mündet die Einlassöffnung für Niederdruckluft in den zweiten Gasansaugraum. Der zweite Gasansaugraum sammelt somit Niederdruckluft, so dass ausreichend Niederdruckluft zum Ansaugen über den Druckerzeugungskolben verfügbar ist. Da der Druckerzeugungskolben vorzugweise doppelt wirksam ist, ist der Luftzufuhrkanal vorgesehen, der den zweiten Gasansaugraum mit dem ersten Gasansaugraum verbindet, wobei auch der erste Gasansaugraum Niederdruckluft sammelt, um sie zur Drucklufterzeugung mittels des Druckerzeugungskolbens verfügbar zu machen. Der Luftzufuhrkanal im Zylinderblock kann als ringförmiger Kanal ausgebildet sein. The first cylinder head can have a first gas intake chamber and the second cylinder head can have a second gas intake chamber, the cylinder block having at least one air supply channel which connects the second gas intake chamber to the first gas intake chamber. The inlet opening for low-pressure air preferably opens into the second gas suction chamber. The second gas suction chamber thus collects low-pressure air, so that sufficient low-pressure air is available for suction via the pressure generating piston. Since the pressure generating piston is preferably doubly effective, the air supply channel is provided which connects the second gas suction space to the first gas suction space, the first gas suction space also collecting low-pressure air in order to make it available for generating compressed air by means of the pressure generating piston. The air supply channel in the cylinder block can be designed as an annular channel.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressors ist vorgesehen, dass der Triebwerksraum, insbesondere wenigstens das Triebwerksgehäuse, flüssigkeitsgekühlt, insbesondere wassergekühlt ist. Konkret kann das Triebwerksgehäuse wenigstens einen Kühlkanal aufweisen. Ferner kann im Führungsblock und/oder in wenigstens einem Zylinderkopf wenigstens ein Kühlkanal vorgesehen sein. Die Kühlkanäle führen vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit. Die Kühlflüssigkeit kann Wasser sein. Auf diese Weise ist eine gute und wirkungsvolle Kühlung des Hubkolbenkompressors erreichbar. Zudem dient die Integration von Kühlkanälen in das Triebwerksgehäuse und/oder dem Führungsblock und/oder einen der Zylinderköpfe dem kompakten Aufbau des Hubkolbenkompressors. In a preferred variant of the reciprocating piston compressor according to the invention, it is provided that the engine compartment, in particular at least the engine housing, is liquid-cooled, in particular water-cooled. Specifically, the engine housing can have at least one cooling channel. Furthermore, at least one cooling channel can be provided in the guide block and / or in at least one cylinder head. The cooling channels preferably carry a cooling liquid. The cooling liquid can be water. In this way, good and effective cooling of the reciprocating compressor can be achieved. In addition, the integration of cooling channels in the engine housing and / or the guide block and / or one of the cylinder heads ensures the compact design of the reciprocating compressor.
Ferner kann eine Kühlhülle mit Kühlkanälen vorgesehen sein, die das Triebwerksgehäuse, den Führungsblock, den Zylinderblock, die erste Ventilplatte, die zweite Ventilplatte, den ersten Zylinderkopf und/oder den zweiten Zylinderkopf ummantelt. Insbesondere kann die Kühlhülle die gesamte Außenumfangsfläche des Hubkolbenkompressors ummanteln. Bei dieser Variante kann auf Kühlkanäle im Triebwerksgehäuse verzichtet werden, obwohl diese zusätzlich auch vorgesehen sein können. Furthermore, a cooling sleeve with cooling channels can be provided which encases the engine housing, the guide block, the cylinder block, the first valve plate, the second valve plate, the first cylinder head and / or the second cylinder head. In particular, the cooling sleeve can encase the entire outer circumferential surface of the reciprocating compressor. With this variant cooling ducts in the engine housing can be dispensed with, although these can also be provided.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressors ist eine schall- und/oder vibrationsabsorbierende Schutzumhüllung vorgesehen, die sich um die Kühlhülle erstreckt. Eine solche Schall- und/oder Vibrationsisolierung ist insbesondere für die Integration des Hubkolbenkompressors in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen interessant, da hier kleinste Vibrationen auffällig erscheinen. In a further preferred variant of the reciprocating piston compressor according to the invention, a sound- and / or vibration-absorbing protective cover is provided, which extends around the cooling cover. Such a sound and / or vibration insulation is particularly interesting for the integration of the reciprocating compressor in electrically driven vehicles, since the smallest vibrations appear noticeable here.
Besonders bevorzugt ist es, wenn bei einer Variante des erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressors der erste Verdichtungsraum und der zweite Verdichtungsraum desselben Druckerzeugungszylinders und/oder mehrerer erster Verdichtungsräume und/oder zweiter Verdichtungsräume verschiedener Druckerzeugungszylinder miteinander so fluidverbunden sind, dass eine zweistufige Verdichtung bewirkt wird. Generell kann vorgesehen sein, dass der Hubkolbenkompressor mehrere Druckerzeugungszylinder aufweist, die jeweils einen ersten Verdichtungsraum und einen zweiten Verdichtungsraum bilden.It is particularly preferred if, in a variant of the reciprocating piston compressor according to the invention, the first compression chamber and the second compression chamber of the same pressure generating cylinder and / or several first compression chambers and / or second compression chambers of different pressure generating cylinders are fluidly connected to one another in such a way that a two-stage compression is effected. In general, it can be provided that the reciprocating piston compressor has a plurality of pressure generating cylinders which each form a first compression chamber and a second compression chamber.
Dabei können beispielsweise alle ersten Verdichtungsräume die über den ersten Gasansaugkanal angesaugte Niederdruckluft vorverdichten, so dass in den ersten Gassammelraum eine Luft mit mittleren Druck (Mitteldruckluft) gesammelt wird. Die Mitteldruckluft kann dann von dem ersten Gassammelraum an den zweiten Gasansaugraum geleitet werden. Vom zweiten Gassammelraum gelangt die Mitteldruckluft dann in den zweiten Verdichtungsraum und wird dort weiter zu einer Hochdruckluft verdichtet. Die Hochdruckluft gelangt in den zweiten Gassammelraum und von dort an die Auslassöffnung. For example, all of the first compression spaces can precompress the low-pressure air drawn in via the first gas intake duct, so that medium-pressure air (medium-pressure air) is collected in the first gas collection space. The medium-pressure air can then be passed from the first gas collecting space to the second gas suction space. The medium-pressure air then passes from the second gas collecting chamber into the second compression chamber, where it is further compressed to form high-pressure air. The high pressure air reaches the second gas collecting chamber and from there to the outlet opening.
Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Druckluftanlage eines Lastkraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid- oder vollelektrischen Lastkraftfahrzeugs, mit einem zuvor beschriebenen Hubkolbenkompressor. Wie bereits erläutert, ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Hubkolbenkompressors in einer Druckluftanlage eines zumindest teilelektrisch betriebenen Lastkraftfahrzeugs besonders vorteilhaft, da der Hubkolbenkompressor mit seinem elektrischen Antrieb mit wenig Aufwand in ein solches Lastkraftfahrzeug integriert werden kann. Insofern wird gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung eine Verwendung eines zuvor beschriebenen Hubkolbenkompressors als Drucklufterzeuger in der Druckluftanlage eines Lastkraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid- oder vollelektrischen Lastkraftfahrzeugs, offenbart und beansprucht. Die Druckluftanlage kann insbesondere eine Druckluftbremsanlage eines Lastkraftfahrzeuges sein. A secondary aspect of the invention relates to a compressed air system of a truck, in particular a hybrid or fully electric truck, with a reciprocating compressor described above. As already explained, the use of the reciprocating piston compressor according to the invention in a compressed air system of an at least partially electrically operated truck is particularly advantageous, since the reciprocating compressor with its electric drive can be integrated into such a truck with little effort. In this respect, according to a further preferred aspect of the invention, a use of a previously described reciprocating piston compressor as a compressed air generator in the compressed air system of a truck, in particular a hybrid or fully electric truck, is disclosed and claimed. The compressed air system can in particular be a compressed air brake system of a truck.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen: The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying schematic drawings. Show in it:
Fig. 1: eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßenFig. 1: an exploded view of an inventive
Hubkolbenkompressors nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; Reciprocating compressor according to a preferred embodiment;
Fig. 2: einen Längsschnitt durch den Hubkolbenkompressor gemäßFig. 2: a longitudinal section through the reciprocating compressor according to
Fig. 1; Fig. 1;
Fig. 3: das Detail X des Hubkolbenkompressors gemäß Fig. 2; FIG. 3: the detail X of the reciprocating piston compressor according to FIG. 2;
Fig. 4: eine Explosionsdarstellung der ersten Ventilplatte desFig. 4: an exploded view of the first valve plate of the
Hubkolbenkompressors gemäß Fig. 1; und Reciprocating compressor according to FIG. 1; and
Fig. 5: eine Explosionsdarstellung der zweiten Ventilplatte desFig. 5: an exploded view of the second valve plate of the
Hubkolbenkompressors gemäß Fig. 1. Reciprocating compressor according to FIG. 1.
Fig. 1 zeigt in der Explosionsansicht den Hubkolbenkompressor mit einem Triebwerksgehäuse 10, einem Führungsblock 20, einem ersten Zylinderkopf 40, einem Zylinderblock 30 und einem zweiten Zylinderkopf 50. Zwischen dem ersten Zylinderkopf 40 und dem Zylinderblock 30 ist eine erste Ventilplatte 60 angeordnet. Zwischen dem Zylinderblock 30 und dem zweiten Zylinderkopf 50 ist eine zweite Ventilplatte 70 angeordnet. Ferner weist der Hubkolbenkompressor ein Elektronikgehäuse 80 auf, das am Triebwerksgehäuse 10 angebracht ist. Das Elektronikgehäuse 80 umschließt einen Elektronikraum 81, der elektronische Bauteile, beispielsweise einen Inverter, für den elektrischen Antrieb 12 des Hubkolbenkompressors aufnimmt. Das Triebwerksgehäuse 10 umschließt einen Triebwerksraum, der den elektrischen Antrieb 12, eine Antriebswelle 13 und eine Taumelscheibe 14 aufnimmt. Die Antriebswelle 13 ist im Triebwerksraum durch Wellenlager 15 gelagert. Im Führungsblock 20 sind Führungszylinder 21 angeordnet, in welchen Führungskolben 22 geführt sind. Die Führungskolben 22 sind ferner mit der Taumelscheibe 14 gelenkig gekoppelt. 1 shows an exploded view of the reciprocating compressor with an engine housing 10, a guide block 20, a first cylinder head 40, a cylinder block 30 and a second cylinder head 50. A first valve plate 60 is arranged between the first cylinder head 40 and the cylinder block 30. A second valve plate 70 is arranged between the cylinder block 30 and the second cylinder head 50. The reciprocating compressor also has an electronics housing 80 which is attached to the engine housing 10. The electronics housing 80 encloses an electronics space 81 which accommodates electronic components, for example an inverter, for the electric drive 12 of the reciprocating compressor. The engine housing 10 encloses an engine compartment which accommodates the electric drive 12, a drive shaft 13 and a swash plate 14. The drive shaft 13 is supported by shaft bearings 15 in the engine room. Guide cylinders 21, in which guide pistons 22 are guided, are arranged in the guide block 20. The guide pistons 22 are also coupled in an articulated manner to the swash plate 14.
Im Zylinderblock 30 sind ferner Druckerzeugungszylinder 31 vorgesehen, in welchen Druckerzeugungskolben 32 geführt sind. Die Druckerzeugungskolben 32 sind jeweils mit einer Koppelstange 24 mit einem der Führungskolben 22 verbunden. Der Zylinderblock 30 ist beidseitig durch Ventilplatten 60, 70 abgeschlossen. Die Ventilplatten 60, 70 umfassen einen Aufbau aus jeweils drei Schreiben, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. In the cylinder block 30, pressure generating cylinders 31 are also provided, in which pressure generating pistons 32 are guided. The pressure generating pistons 32 are each connected to one of the guide pistons 22 by a coupling rod 24. The cylinder block 30 is closed on both sides by valve plates 60, 70. The valve plates 60, 70 comprise a structure of three letters each, which fulfill different functions.
So weist die erste Ventilplatte 60 eine erste Auslassventilscheibe 61 und eine erste Einlassventilscheibe 62 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten einer ersten Flaltescheibe 63 angeordnet sind. Die zweite Ventilplatte 70 umfasst eine zweite Auslassventilscheibe 71 und eine zweite Einlassventilscheibe 72, die auf gegenüberliegenden Seiten einer zweiten Flaltescheibe 73 angeordnet sind. The first valve plate 60 has a first outlet valve disk 61 and a first inlet valve disk 62, which are arranged on opposite sides of a first folded disk 63. The second valve plate 70 comprises a second outlet valve disk 71 and a second inlet valve disk 72, which are arranged on opposite sides of a second folded disk 73.
Der zweite Zylinderkopf 50 weist eine seitliche Einlassöffnung 53 auf. Die seitliche Einlassöffnung 53 mündet in einen zweiten Gasansaugraum 51. Der zweite Gasansaugraum 51 ist ringförmig ausgebildet und verläuft um einen zweiten Gassammelraum 52, der zentral im zweiten Zylinderkopf 50 ausgebildet ist. Ferner weist der zweite Zylinderkopf 50 einen ringförmigen Luftzufuhrkanal 36 auf, der sich außen um den zweiten Gasansaugraum 51 erstreckt. The second cylinder head 50 has a lateral inlet opening 53. The lateral inlet opening 53 opens into a second gas suction space 51. The second gas suction space 51 is annular and runs around a second gas collecting space 52 which is formed centrally in the second cylinder head 50. The second cylinder head 50 also has an annular air supply duct 36 which extends around the outside of the second gas intake chamber 51.
Der Aufbau des Flubkolbenkompressors nach dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist gut in Fig. 2 erkennbar. Insbesondere ist zu sehen, dass der Flubkolbenkompressor modulartig aufgebaut ist, wobei die einzelnen Module durch das Triebwerksgehäuse 10, den Führungsblock 20, den ersten Zylinderkopf 40, den Zylinderblock 30, den zweiten Zylinderkopf 50 sowie das Elektronikgehäuse 80 gebildet sind. The construction of the floating piston compressor according to the embodiment described here can be seen clearly in FIG. In particular, it can be seen that the floating piston compressor has a modular design, the individual modules being formed by the engine housing 10, the guide block 20, the first cylinder head 40, the cylinder block 30, the second cylinder head 50 and the electronics housing 80.
Das Triebwerksgehäuse 10 umschließt bzw. begrenzt einen Triebwerksraum 11, in dem der elektrische Antrieb 12, die Antriebswelle 13 und die Taumelschraube 14 angeordnet sind. Das Triebwerksgehäuse 10 ist direkt mit dem Führungsblock 20 verbunden, in welchen Führungszylinder 21 und darin geführte Führungskolben 22 angeordnet sind. Die Führungskolben 22 erstrecken in den Triebwerksraum 11 und sind mit der Taumelscheibe 14 gelenkig verbunden. The engine housing 10 encloses or delimits an engine compartment 11 in which the electric drive 12, the drive shaft 13 and the wobble screw 14 are arranged. The engine housing 10 is connected directly to the guide block 20, in which guide cylinders 21 and guide pistons 22 guided therein are arranged. The guide pistons 22 extend into the engine compartment 11 and are connected in an articulated manner to the swash plate 14.
An den Führungsblock 20 schließt sich unmittelbar der erste Zylinderkopf 40 an. Der erste Zylinderkopf 40 weist Durchführungen für jeweils eine Koppelstange 24 auf, die sich vom Führungskolben 22 zum Druckerzeugungskolben 32 erstreckt und diese verbindet. Im ersten Zylinderkopf 40 ist außerdem ein Abdichtelement 43 angeordnet, durch welches die Koppelstange 24 geführt ist. Das Abdichtelement 43 dichtet die Koppelstange 24 ab. Insbesondere sorgt das Abdichtelement 43 für eine öldichte und luftdichte Trennung zwischen einer ölführenden Seite des Flubkolbenkompressors und einer ölfreien Seite des Flubkolbenkompressors. Die ölführende Seite des Flubkolbenkompressors umfasst das Triebwerksgehäuse 10 und den Führungsblock 20. Der erste Zylinderkopf 40, der Zylinderblock 30 und der zweite Zylinderkopf 50 gehören der ölfreien Seite des Flubkolbenkompressors an. The first cylinder head 40 directly adjoins the guide block 20. The first cylinder head 40 has bushings for one coupling rod 24 each, which extends from the guide piston 22 to the pressure generating piston 32 and connects them. A sealing element 43 through which the coupling rod 24 is guided is also arranged in the first cylinder head 40. The sealing element 43 seals the coupling rod 24. In particular, the sealing element 43 ensures an oil-tight and airtight separation between an oil-carrying side of the floating piston compressor and an oil-free side of the floating piston compressor. The oil-carrying side of the floating piston compressor comprises the engine housing 10 and the guide block 20. The first cylinder head 40, the cylinder block 30 and the second cylinder head 50 belong to the oil-free side of the floating piston compressor.
Im ersten Zylinderkopf 40 sind ferner ein erster Gasansaugraum 41 und ein erster Gassammelraum 42 ausgebildet. Der erste Gasansaugraum 41 ist vorzugsweise als Ringraum ausgebildet und gewährt Zugang zu allen Druckerzeugungszylindern 31. Ebenso ist der erste Gassammelraum 42 vorzugsweise mit allen Druckerzeugungszylindern 31 fluidverbunden. In the first cylinder head 40, a first gas suction space 41 and a first gas collecting space 42 are also formed. The first gas suction space 41 is preferably designed as an annular space and grants access to all pressure generating cylinders 31. Likewise, the first gas collecting space 42 is preferably fluidly connected to all pressure generating cylinders 31.
Der Zylinderblock 30 umfasst die Druckerzeugungszylinder 31, in welchen die Druckerzeugungskolben 32 geführt sind. Ferner ist im Zylinderblock 30 ein zentraler Verbindungsraum 35 vorgesehen, der den ersten Gassammelraum 42 des ersten Zylinderkopfs 40 mit dem zweiten Gassammelraum 52 des zweiten Zylinderkopfs 50 verbindet. Um die Druckerzeugungszylinder 31 herum ist im Zylinderblock 30 ferner ein Luftzufuhrkanal 36 ausgebildet. Der Luftzufuhrkanal 36 ist vorzugsweise als umlaufender Kanal um den Umfang des Zylinderblocks 30 ausgebildet. Im Wesentlichen bildet der Luftzufuhrkanal 36 einen Ringkanal, wobei dieser nicht vollständig kreisförmig ist, sondern für Montagebohrungen entsprechende Ausformungen aufweist, wie dies in Fig. 1 erkennbar ist. Der Luftzufuhrkanal 36 verbindet den zweiten Gasansaugraum 51 des zweiten Zylinderkopfs 50 mit dem ersten Gasansaugraum 41 des ersten Zylinderkopfs 40. Der zweite Zylinderkopf 50 weist den zweiten Gasansaugraum 51 auf, der über die Einlassöffnung 53 eine Verbindung nach außen hat. Die Einlassöffnung 53 kann dabei zur Umgebung hin offen oder mit einer Rückführung eines Druckluftsystems verbunden sein. Ferner ist im zweiten Zylinderkopf 50 der zweite Gassammelraum 52 angeordnet, der mit einer Auslassöffnung 54 fluidverbunden ist. The cylinder block 30 comprises the pressure generating cylinders 31, in which the pressure generating pistons 32 are guided. Furthermore, a central connecting space 35 is provided in the cylinder block 30, which connects the first gas collecting space 42 of the first cylinder head 40 to the second gas collecting space 52 of the second cylinder head 50. An air supply duct 36 is also formed around the pressure generating cylinder 31 in the cylinder block 30. The air supply channel 36 is preferably designed as a circumferential channel around the circumference of the cylinder block 30. The air supply channel 36 essentially forms an annular channel, this not being completely circular, but rather having corresponding formations for assembly bores, as can be seen in FIG. 1. The air supply channel 36 connects the second gas intake chamber 51 of the second cylinder head 50 to the first gas intake chamber 41 of the first cylinder head 40. The second cylinder head 50 has the second gas intake chamber 51, which is connected to the outside via the inlet opening 53. The inlet opening 53 can be open to the environment or connected to a return of a compressed air system. Furthermore, the second gas collecting chamber 52, which is fluidly connected to an outlet opening 54, is arranged in the second cylinder head 50.
Die Druckerzeugungszylinder 31 im Zylinderblock 30 weisen jeweils zwei variable Verdichtungsräume 33, 34 auf. Bei dem Betriebszustand des Hubkolbenkompressors, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Druckerzeugungskolben 32 im oberen Druckerzeugungszylinder 31 an seinem oberen Totpunkt, so dass der zweite Verdichtungsraum 34 nicht mehr erkennbar ist. Der erste Verdichtungsraum 33 weist hingegen sein maximales Volumen auf. Für den in Fig. 2 unten dargestellten Druckerzeugungszylinder 31 gilt das Gegenteilige. Der erste Verdichtungsraum 33 ist nicht erkennbar, da der Druckerzeugungskolben 32 den unteren Totpunkt erreicht hat. Der zweite Verdichtungsraum 34 weist jedoch sein maximales Volumen auf. The pressure generating cylinders 31 in the cylinder block 30 each have two variable compression spaces 33, 34. In the operating state of the reciprocating piston compressor, as shown in FIG. 2, the pressure generating piston 32 in the upper pressure generating cylinder 31 is at its top dead center, so that the second compression chamber 34 can no longer be seen. The first compression space 33, however, has its maximum volume. The opposite applies to the pressure generating cylinder 31 shown below in FIG. 2. The first compression chamber 33 cannot be seen because the pressure generating piston 32 has reached bottom dead center. The second compression space 34, however, has its maximum volume.
Die erste Ventilplatte 60 ist zwischen dem ersten Zylinderkopf 40 und dem Zylinderblock 30 angeordnet. Die erste Ventilplatte 60 umfasst ein erstes Einlassventil 64, das ersten Gasansaugraum 41 mit dem ersten Verdichtungsraum 33 verbindet. Ferner ist in der ersten Ventilplatte 60 ein erstes Auslassventil 65 ausgebildet, das den ersten Verdichtungsraum 33 mit dem ersten Gassammelraum 42 verbindet. The first valve plate 60 is arranged between the first cylinder head 40 and the cylinder block 30. The first valve plate 60 comprises a first inlet valve 64, which connects the first gas suction chamber 41 to the first compression chamber 33. Furthermore, a first outlet valve 65, which connects the first compression chamber 33 to the first gas collecting chamber 42, is formed in the first valve plate 60.
Die zweite Ventilplatte 70 ist im Wesentlichen analog aufgebaut. Sie weist ein zweites Einlassventil 74 auf, das den zweiten Gassammelraum 51 mit dem zweiten Verdichtungsraum 34 verbindet. Ferner umfasst die zweite Ventilplatte 70 ein zweites Auslassventil 75, das den zweiten Verdichtungsraum 34 mit dem zweiten Gassammelraum 52 verbindet. The second valve plate 70 is constructed essentially analogously. It has a second inlet valve 74 which connects the second gas collection chamber 51 to the second compression chamber 34. Furthermore, the second valve plate 70 comprises a second outlet valve 75, which connects the second compression chamber 34 to the second gas collection chamber 52.
In Fig. 2 gut zu erkennen sind auch die Kühlkanäle 16, die zur Kühlung des Hubkolbenkompressors genutzt werden. Die Kühlkanäle 16 erstrecken sich vorzugsweise ringförmig über den Umfang des Hubkolbenkompressors. Insbesondere ist im Bereich des Triebwerksgehäuses 10, insbesondere im Bereich des elektrischen Antriebs 12, ein Kühlkanal 16 ausgebildet. Ein weiterer Kühlkanal 16 ist im Führungsblock 20 ausgebildet, wobei sich dieser Kühlkanal 16 auch in den ersten Zylinderkopf 40 erstreckt. The cooling channels 16, which are used for cooling the reciprocating piston compressor, can also be clearly seen in FIG. 2. The cooling channels 16 preferably extend annularly over the circumference of the reciprocating compressor. In particular, a cooling duct 16 is formed in the area of the engine housing 10, in particular in the area of the electric drive 12. Another cooling channel 16 is formed in the guide block 20, this cooling channel 16 also extending into the first cylinder head 40.
Fig. 3 zeigt einen Detailausschnitt des Flubkolbenkompressors im Bereich des Führungsblocks 20 des ersten Zylinderkopfs 40 und des Zylinderblocks 30. Besonders gut zu erkennen ist die Verbindung der Koppelstange 24 mit dem Führungskolben 22. Der Führungskolben 22 umfasst eine Gewindebohrung, in die ein Gewindefortsatz 25 der Koppelstange 24 eingreift. Die Gewindeverbindung ist erheblich kürzer als der Führungskolben 22, wodurch Fluchtfehler, die sich gegebenenfalls bei der Fierstellung des Flubkolbenkompressors ergeben, automatisch ausgeglichen werden. Ferner weist die Koppelstange 24 in der Nähe des Führungskolbens 22 eine Ringkerbung 26 auf. Die Ringkerbung 26 ist dabei so positioniert, dass sie das Abdichtelement 43, das im ersten Zylinderkopf 40 angeordnet ist, im Betrieb nicht erreicht. Die Ringkerbung 26 trägt ebenfalls zum Ausgleich etwaig auftretender Fluchtfehler bei. 3 shows a detail of the floating piston compressor in the area of the guide block 20 of the first cylinder head 40 and the cylinder block 30. The connection of the coupling rod 24 to the guide piston 22 can be seen particularly well. The guide piston 22 comprises a threaded bore into which a threaded extension 25 of the Coupling rod 24 engages. The threaded connection is considerably shorter than the guide piston 22, as a result of which misalignments, which may arise when the floating piston compressor is in the lowering position, are automatically compensated for. Furthermore, the coupling rod 24 has an annular notch 26 in the vicinity of the guide piston 22. The annular notch 26 is positioned so that it does not reach the sealing element 43, which is arranged in the first cylinder head 40, during operation. The annular notch 26 also helps to compensate for any misalignment that may occur.
Der Führungskolben 22 liegt gleitend an der Innenwand des Führungszylinders 21 an. Zur Abdichtung ist ein Dichtungsring 23 vorgesehen, der in einer Ringnut des Führungskolbens 22 angeordnet ist. Die über eine beträchtliche Länge bestehende Gleitverbindung zwischen dem Führungskolben 22 und dem Führungszylinder 21 sorgt für eine Kreuzkopfführung für die Koppelstange 24. So ist auch bei Unwuchten in der Taumelscheibe sichergestellt, dass kaum Kippmomente auf die Koppelstange 24 wirken, so dass diese gut und kontinuierlich linear geführt ist. Damit ist wiederrum gewährleistet, dass der Verschleiß des Abdichtelements 43 gering ist und so eine Abdichtung des Triebwerkraums 11 gegenüber dem ersten Verdichtungsraum 33 bzw. zwischen der ölführenden Seite und der ölfreien Seite des Flubkolbenkompressors gewährleistet ist. The guide piston 22 slides against the inner wall of the guide cylinder 21. A sealing ring 23, which is arranged in an annular groove of the guide piston 22, is provided for sealing. The sliding connection between the guide piston 22 and the guide cylinder 21, which exists over a considerable length, ensures cross-head guidance for the coupling rod 24. Even in the event of unbalances in the swash plate, it is ensured that hardly any tilting moments act on the coupling rod 24, so that it is well and continuously linear is led. This in turn ensures that the wear of the sealing element 43 is low and that the engine compartment 11 is sealed off from the first compression compartment 33 or between the oil-carrying side and the oil-free side of the reciprocating piston compressor.
In Fig. 4 ist die erste Ventilplatte 60 nochmals im Detail dargestellt. Es ist erkennbar, dass die erste Ventilplatte 60 eine erste Auslassventilscheibe 61, eine erste Einlassventilscheibe 62 und eine dazwischen angeordnete Flaltescheibe 63 aufweist. Die Flaltescheibe 63 umfasst mehrere Bohrungen, insbesondere für jeden Druckerzeugungszylinder 31 eine Einlassbohrung 29, zwei Auslassbohrungen 28 und eine Durchführung 27. Die Durchführung 27 dient dazu, die Koppelstange 24 durch die erste Ventilplatte 60 zu führen. Auf der Einlassbohrung 29 liegt das erste Einlassventil 64 auf. Das erste Einlassventil 64 ist, wie vorzugsweise alle Ventile der beiden Ventilplatten 60, 70, als Flatterventil ausgebildet. Die Auslassbohrungen 28 sind bei der ersten Ventilplatte 60 durch jeweils ein erstes Auslassventil 65 abgedeckt. Die erste Ventilplatte 60 weist also für jeden Druckerzeugungszylinder 31 zwei erste Auslassventile 65 auf. In Fig. 4, the first valve plate 60 is shown again in detail. It can be seen that the first valve plate 60 has a first outlet valve disc 61, a first inlet valve disc 62 and a folded disc 63 arranged in between. The folded disk 63 comprises several bores, in particular an inlet bore 29, two outlet bores 28 and a passage 27 for each pressure generating cylinder 31. The passage 27 serves to guide the coupling rod 24 through the first valve plate 60. On the The first inlet valve 64 rests on the inlet bore 29. The first inlet valve 64, like preferably all valves of the two valve plates 60, 70, is designed as a flutter valve. The outlet bores 28 in the first valve plate 60 are each covered by a first outlet valve 65. The first valve plate 60 thus has two first outlet valves 65 for each pressure generating cylinder 31.
Zentral in der ersten Ventilplatte 60 ist eine Öffnung vorgesehen, die dafür sorgt, dass der erste Gassammelraum 42 Zugang zum Verbindungsraum 35 erhält. An opening is provided in the center of the first valve plate 60 which ensures that the first gas collecting space 42 has access to the connecting space 35.
Die zweite Ventilplatte 70, die in Fig. 5 dargestellt ist, weist einen ähnlichen Aufbau auf. So umfasst die zweite Ventilplatte 70 eine zweite Auslassventilscheibe 71, eine zweite Einlassventilscheibe 72 und eine dazwischen angeordnete zweite Flaltescheibe 73. Die zweite Auslassventilscheibe 71 umfasst mehrere zweite Auslassventile 75. Im Unterschied zur ersten Auslassventilscheibe 61, die für jeden Druckerzeugungszylinder 31 zwei erste Auslassventile 65 vorsieht, weist die zweite Auslassventilscheibe 71 ein einziges zweites Auslassventil 75 für jeden Druckerzeugungszylinder 31 auf. The second valve plate 70 shown in FIG. 5 has a similar structure. The second valve plate 70 comprises a second outlet valve disk 71, a second inlet valve disk 72 and a second folded disk 73 arranged in between. The second outlet valve disk 71 comprises several second outlet valves 75. In contrast to the first outlet valve disk 61, which provides two first outlet valves 65 for each pressure generating cylinder 31 , the second outlet valve disk 71 has a single second outlet valve 75 for each pressure generating cylinder 31.
Die zweite Einlassventilscheibe 72 umfasst mehrere zweite Einlassventile 74. Die Flaltescheibe 73 weist im Wesentlichen analog zur ersten Flaltescheibe 63 mehrere Einlassbohrungen 29 auf, die von den zweiten Einlassventilen 74 abgedeckt sind. Ferner sind in der zweiten Flaltescheibe 73 mehrere Auslassbohrungen 28 vorgesehen, die von den zweiten Auslassventilen 75 abgedeckt sind. Im Unterschied zur ersten Flaltescheibe 63 ist bei der zweiten Flaltescheibe 73 für jeden Druckerzeugungszylinder 31 nur eine Auslassbohrung 28 vorgesehen. Eine Durchführung 27 wie bei der ersten Flaltescheibe 63 ist bei der zweiten Flaltescheibe 73 nicht erforderlich, da die Koppelstange 24 vor der zweiten Ventilplatte 70 endet. The second inlet valve disk 72 comprises a plurality of second inlet valves 74. The folded disk 73 has a plurality of inlet bores 29, which are covered by the second inlet valves 74, essentially analogously to the first folded disk 63. Furthermore, several outlet bores 28, which are covered by the second outlet valves 75, are provided in the second folded disk 73. In contrast to the first folded disk 63, in the second folded disk 73 only one outlet bore 28 is provided for each pressure generating cylinder 31. A passage 27 as in the first folded disk 63 is not required in the second folded disk 73, since the coupling rod 24 ends in front of the second valve plate 70.
Die Funktionsweise des Flubkolbenkompressors erklärt sich anhand von Fig. 2 besonders anschaulich. Der Flubkolbenkompressor bewirkt eine Verdichtung von Druckluft, die ausschließlich im ölfreien Abschnitt des Flubkolbenkompressors zirkuliert. The mode of operation of the floating piston compressor is explained particularly clearly with the aid of FIG. 2. The floating piston compressor compresses compressed air that only circulates in the oil-free section of the floating piston compressor.
Die Druckluft gelangt als Niederdruckluft zunächst über die Einlassöffnung 53 in den zweiten Gasansaugraum 51. Der zweite Gasansaugraum 51 sammelt die Niederdruckluft und gibt diese über den Luftzuführkanal 36 an den ersten Gasansaugraum 41 weiter. Im ersten Gasansaugraum 41, im zweiten Gasansaugraum 51 und im Luftzufuhrkanal 36 liegt somit Niederdruckluft vor. Wenn nun der Druckerzeugungskolben 32 im Druckerzeugungszylinder 31 von einem Totpunkt zum nächsten geführt wird, so wird einerseits aus einem der Gasansaugräume 41, 51 Niederdruckluft angesaugt. Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist beispielsweise der obere Druckerzeugungskolben in seinem oberen Totpunkt angelangt, so dass der erste Verdichtungsraum 33 mit Niederdruckluft gefüllt ist. Beim Ansaugvorgang öffnet sich das entsprechende Einlassventil 64,The compressed air first reaches the second gas suction chamber 51 as low pressure air via the inlet opening 53. The second gas suction chamber 51 collects the Low-pressure air and passes it on to the first gas suction chamber 41 via the air supply duct 36. In the first gas intake chamber 41, in the second gas intake chamber 51 and in the air supply channel 36 there is thus low-pressure air. If the pressure generating piston 32 in the pressure generating cylinder 31 is now guided from one dead point to the next, then on the one hand low-pressure air is sucked in from one of the gas suction spaces 41, 51. In the illustration according to FIG. 2, for example, the upper pressure generating piston has reached its top dead center, so that the first compression chamber 33 is filled with low-pressure air. During the intake process, the corresponding inlet valve 64 opens,
65 und lässt so aus dem jeweils zugeordneten Gasansaugraum 41, 51 Niederdruckluft in den jeweiligen Verdichtungsraum 33, 34 einströmen. 65 and thus allows low-pressure air to flow into the respective compression chamber 33, 34 from the respectively assigned gas suction chamber 41, 51.
Bei der Bewegung des Druckerzeugungskolbens 32 erfolgt einerseits ein Ansaugen von Niederdruckluft aus dem jeweils zugeordneten Gasansaugraum 41, 51. Gleichzeitig verdrängt der Druckerzeugungskolben 32 zuvor im gegenüberliegenden Verdichtungsraum 34 angesaugte Niederdruckluft und erzeugt dadurch eine Hochdruckluft. Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist beispielsweise erkennbar, dass der zweite Verdichtungsraum 34 zunächst Niederdruckluft enthält. Sobald der Druckerzeugungskolben 32 vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt, also in Richtung des zweiten Zylinderkopfs 50, bewegt wird, wird der Verdichtungsraum 34 verkleinert, wodurch die darin enthaltene Niederdruckluft komprimiert wird. Durch diese Verdichtung entsteht Hochdruckluft, die über das zweite Auslassventil 75 in den zweiten Gassammelraum 52 gelangt. When the pressure generating piston 32 moves, low-pressure air is sucked in from the respectively assigned gas suction chamber 41, 51. At the same time, the pressure generating piston 32 displaces low-pressure air previously sucked in the opposite compression chamber 34, thereby generating high-pressure air. In the illustration according to FIG. 2, it can be seen, for example, that the second compression chamber 34 initially contains low-pressure air. As soon as the pressure generating piston 32 is moved from bottom dead center to top dead center, that is to say in the direction of the second cylinder head 50, the compression space 34 is reduced, whereby the low-pressure air contained therein is compressed. This compression creates high-pressure air which reaches the second gas collecting chamber 52 via the second outlet valve 75.
Hochdruckluft, die bei einer gegenläufigen Bewegung desHigh pressure air, which with a counter-rotating movement of the
Druckerzeugungskolbens 32, also in Richtung zum ersten Zylinderkopf 40, erzeugt wird, gelangt über das erste Auslassventil 65 in den ersten Gassammelraum 42. Über den Verbindungsraum 35 gelangt die Hochdruckluft aus dem ersten Gassammelraum 42 in den zweiten Gassammelraum 52. Die insgesamt im zweiten Gassammelraum 52 gesammelte Hochdruckluft verlässt den Hubkolbenkompressor dann über die Auslassöffnung 54. Pressure generating piston 32, i.e. in the direction of the first cylinder head 40, is generated via the first outlet valve 65 into the first gas collecting chamber 42. Via the connecting chamber 35, the high-pressure air from the first gas collecting chamber 42 reaches the second gas collecting chamber 52 Collected high pressure air then exits the reciprocating compressor via the outlet port 54.
Der in Fig. 2 dargestellte Hubkolbenkompressor ist im Wesentlichen als einstufiger Hubkolbenkompressor ausgelegt. Das bedeutet, dass die über die Einlassöffnung 53 eintretende Niederdruckluft lediglich einmal verdichtet und als Hochdruckluft 52 ausgegeben wird. Es ist allerdings auch möglich, den Hubkolbenkompressor als zwei- oder mehrstufigen Hubkolbenkompressor auszulegen. So können beispielsweise insgesamt sechs Druckerzeugungszylinder 31 vorgesehen sein, wobei drei Druckerzeugungszylinder 31 eine Vorverdichtung zu einem Mittelluftdruck durchführen, wobei den anderen drei Druckerzeugungszylindern 31 diese Mitteldruckluft über die Einlassventile 64, 74 zugeführt wird. Die anderen Druckerzeugungszylinder 31 verdichten dann diese Mitteldruckluft weiter zu einer Hochdruckluft. The reciprocating compressor shown in FIG. 2 is designed essentially as a single-stage reciprocating compressor. This means that the low-pressure air entering via the inlet opening 53 is compressed only once and as High pressure air 52 is output. However, it is also possible to design the reciprocating compressor as a two-stage or multi-stage reciprocating compressor. For example, a total of six pressure generating cylinders 31 can be provided, three pressure generating cylinders 31 performing a pre-compression to a medium air pressure, the other three pressure generating cylinders 31 being supplied with this medium pressure air via the inlet valves 64, 74. The other pressure generating cylinders 31 then compress this medium-pressure air further to form high-pressure air.
Alternativ ist es auch möglich, dass jeder einzelne Druckerzeugungszylinder 31 einerseits eine Vorverdichtung und andererseits eine Nachverdichtung durchführt. So können beispielsweise alle ersten Verdichtungsräume 33 eine Niederdruckluft zu einer Mitteldruckluft verdichten und alle zweiten Verdichtungsräume 34 dann die Mitteldruckluft zu einer Hochdruckluft nachverdichten. Der Hubkolbenkompressor ist vorzugsweise zu ausgelegt, dass eine Hochdruckluft mit einem Druck von mindestens 10 bar erzeugbar ist. Alternatively, it is also possible for each individual pressure-generating cylinder 31 to carry out a pre-compression on the one hand and a post-compression on the other hand. For example, all first compression spaces 33 can compress a low-pressure air to form medium-pressure air and all second compression spaces 34 can then recompress the medium-pressure air to form high-pressure air. The reciprocating piston compressor is preferably designed so that high pressure air can be generated with a pressure of at least 10 bar.
Wie aus Fig. 2 außerdem ersichtlich ist, weisen der erste Gassammelraum 42, der Verbindungsraum 35 und der zweite Gassammelraum 52 jeweils vergleichsweise große Volumina auf, wogegen der Durchmesser der Auslassöffnung 54 insbesondere gegenüber dem zweiten Gassammelraum 52 kleiner ist. Dadurch wird ein Windkesseleffekt in den Gassammelräumen 42, 52 und dem Verbindungsraum 53 erreicht. Das bedeutet, dass die pulsierend aus den Druckerzeugungszylindern 31 ausgestoßene Druckluft hinsichtlich Ihrer Druckschwankungen geglättet wird. Der Windkesseleffekt sorgt also dafür, dass über die Austrittsöffnung 52 relativ kontinuierlich eine Hochdruckluft abgegeben wird. As can also be seen from FIG. 2, the first gas collecting space 42, the connecting space 35 and the second gas collecting space 52 each have comparatively large volumes, whereas the diameter of the outlet opening 54 is smaller, in particular compared to the second gas collecting space 52. As a result, an air chamber effect is achieved in the gas collecting spaces 42, 52 and the connecting space 53. This means that the compressed air ejected in a pulsating manner from the pressure generating cylinders 31 is smoothed with regard to its pressure fluctuations. The wind kettle effect thus ensures that high-pressure air is emitted relatively continuously via the outlet opening 52.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
10 Triebwerksgehäuse 10 engine casing
11 Triebwerksraum 11 machine room
12 elektrischer Antrieb 12 electric drive
13 Antriebswelle 13 drive shaft
14 Taumelscheibe 14 swashplate
15 Wellenlager 15 shaft bearings
16 Kühlkanal 16 cooling duct
20 Führungsblock 20 guide block
21 Führungszylinder 21 guide cylinder
22 Führungskolben 22 guide piston
23 Dichtungsring 23 O-ring
24 Koppelstange 24 coupling rod
25 Gewindefortsatz 25 thread extension
26 Ringkerbung 26 notch
27 Durchführung 27 Implementation
28 Auslassbohrung 28 outlet hole
29 Einlassbohrung 29 Inlet Hole
30 Zylinderblock 30 cylinder block
31 Druckerzeugungszylinder 31 pressure generating cylinder
32 Druckerzeugungskolben 32 pressure generating pistons
33 erster Verdichtungsraum 33 first compression area
34 zweiter Verdichtungsraum 34 second compression area
35 Verbindungsraum 35 connecting room
36 Luftzufuhrkanal 36 air supply duct
40 erster Zylinderkopf 40 first cylinder head
41 erster Gasansaugraum 41 first gas intake space
42 erster Gassammelraum 42 first gas collection room
43 Abdichtelement 50 zweiter Zylinderkopf 43 sealing element 50 second cylinder head
51 zweiter Gasansaugraum51 second gas intake chamber
52 zweiter Gassammelraum52 second gas collection room
53 Einlassöffnung 54 Auslassöffnung 53 inlet opening 54 outlet opening
60 erste Ventilplatte 60 first valve plate
61 erste Auslassventilscheibe61 first exhaust valve disc
62 erste Einlassventilscheibe62 first inlet valve disc
63 erste Haltescheibe 64 erstes Einlassventil 63 first retaining disk 64 first inlet valve
65 erstes Auslassventil 65 first exhaust valve
70 zweite Ventilplatte 70 second valve plate
71 zweite Auslassventilscheibe71 second exhaust valve disc
72 zweite Einlassventilscheibe 73 zweite Haltescheibe 72 second inlet valve disk 73 second retaining disk
74 zweites Einlassventil 74 second inlet valve
75 zweites Auslassventil 75 second exhaust valve
80 Elektronikgehäuse 80 electronics housings
81 Elektronikraum 81 electronics room

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Hubkolbenkompressor zur Erzeugung ölfreier Druckluft mit wenigstens einem Führungskolben (22) und einem Druckerzeugungskolben (32), wobei der Führungskolben (22) mit einer Taumelscheibe (14) gekoppelt ist und der Druckerzeugungskolben (32) ölfrei in einem Druckerzeugungszylinder (31) geführt ist, dad u rch geken nzeich net, dass der Führungskolben (22) in einem Führungszylinder (21) geführt und über eine Koppelstange (24) mit dem Druckerzeugungskolben (32) verbunden ist, wobei die Koppelstange (24) durch wenigstens ein Abdichtelement (43) geführt ist, das einen Triebwerksraum (11) und einen Verdichtungsraum (33) voneinander abdichtet und der Führungskolben (22) als Kreuzkopfführung für die Koppelstange (24) wirkt, und wobei ein elektrischer Antrieb (12) im Triebwerksraum (11) angeordnet ist. 1. Reciprocating compressor for generating oil-free compressed air with at least one guide piston (22) and a pressure generating piston (32), wherein the guide piston (22) is coupled to a swash plate (14) and the pressure generating piston (32) is guided oil-free in a pressure generating cylinder (31) , because the guide piston (22) is guided in a guide cylinder (21) and is connected to the pressure generating piston (32) via a coupling rod (24), the coupling rod (24) being connected by at least one sealing element (43) is guided, which seals an engine room (11) and a compression chamber (33) from one another and the guide piston (22) acts as a cross-head guide for the coupling rod (24), and an electric drive (12) is arranged in the engine room (11).
2. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 1, dad u rch geken nzeich net, dass der Triebwerksraum (11) von einem Triebwerksgehäuse (12) umschlossen ist. 2. Reciprocating compressor according to claim 1, dad u rch geken nzeich net that the engine room (11) is enclosed by an engine housing (12).
3. Hubkolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass der Druckerzeugungszylinder (31) beidseitig jeweils ein Einlassventil (64, 74) und ein Auslassventil (65, 75) aufweist, so dass der Druckerzeugungskolben (32) beidseitig druckerzeugend wirksam ist. 3. Reciprocating compressor according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that the pressure generating cylinder (31) has an inlet valve (64, 74) and an outlet valve (65, 75) on both sides, so that the pressure generating piston (32) generates pressure on both sides is effective.
4. Hubkolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass der Druckerzeugungszylinder (31) in einem Zylinderblock (30) angeordnet ist, der auf einer dem Triebwerksraum (11) zugewandten Seite durch eine erste Ventilplatte (60) und auf einer dem Triebwerksraum (11) abgewandten Seite durch eine zweite Ventilplatte (70) abgedeckt ist. 4. Reciprocating compressor according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that the pressure generating cylinder (31) is arranged in a cylinder block (30) which is on a side facing the engine room (11) through a first valve plate (60) and on a side facing away from the engine compartment (11) is covered by a second valve plate (70).
5. Hubkolbenkompressor nach den Ansprüchen 3 und 4, dad u rch geken nzeich net, dass der Druckerzeugungskolben (32) in dem Druckerzeugungszylinder (31) zwei Verdichtungsräume (33, 34) begrenzt, wobei die erste Ventilplatte (60) ein erstes Einlassventil (64) und ein erstes Auslassventil (65) bildet, die einem ersten Verdichtungsraum (33) zugeordnet sind, und wobei die zweite Ventilplatte (70) ein zweites Einlassventil (74) und ein zweites Auslassventil (75) bildet, die dem zweiten Verdichtungsraum (34) zugeordnet sind. 5. Reciprocating compressor according to claims 3 and 4, dad u rch geken nzeich net that the pressure generating piston (32) in the pressure generating cylinder (31) delimits two compression spaces (33, 34), the first valve plate (60) having a first inlet valve (64 ) and forms a first outlet valve (65), which are assigned to a first compression chamber (33), and wherein the second valve plate (70) forms a second inlet valve (74) and a second outlet valve (75) which are connected to the second compression chamber (34) assigned.
6. Hubkolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass der Führungszylinder (21) in einem Führungsblock (20) angeordnet ist, der mit dem Triebwerksraum (11), insbesondere dem Triebwerksgehäuse (10), verbunden ist. 6. Reciprocating compressor according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that the guide cylinder (21) is arranged in a guide block (20) which is connected to the engine room (11), in particular the engine housing (10).
7. Hubkolbenkompressor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dad u rch geken nzeich net, dass die erste Ventilplatte (60) mit einem ersten Zylinderkopf (40) und die zweite Ventilplatte (70) mit einem zweiten Zylinderkopf (50) abgedeckt sind, wobei der erste Zylinderkopf (40) mindestens einen ersten Gassammelraum (42) und der zweite Zylinderkopf (50) mindestens einen zweiten Gassammelraum (52) aufweisen. 7. Reciprocating compressor according to one of claims 4 to 6, dad u rch geken nzeich net that the first valve plate (60) with a first cylinder head (40) and the second valve plate (70) with a second cylinder head (50) are covered, wherein the first cylinder head (40) have at least one first gas collecting chamber (42) and the second cylinder head (50) have at least one second gas collecting chamber (52).
8. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 7, dad u rch geken nzeich net, dass der Zylinderblock (30) einen Verbindungsraum (35) aufweist, der den ersten Gassammelraum (42) des ersten Zylinderkopfs (40) mit dem zweiten Gassammelraum (52) des zweiten Zylinderkopfs (50) verbindet. 8. Reciprocating compressor according to claim 7, dad u rch geken nzeich net that the cylinder block (30) has a connecting space (35) which connects the first gas collecting space (42) of the first cylinder head (40) with the second gas collecting space (52) of the second cylinder head (50) connects.
9. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 7 oder 8, dad u rch geken nzeich net, dass der zweite Zylinderkopf (50) eine Auslassöffnung (54) für Druckluft und/oder eine Einlassöffnung (53) für Niederdruckluft aufweist. 9. Reciprocating compressor according to claim 7 or 8, dad u rch geken nzeich net that the second cylinder head (50) has an outlet opening (54) for compressed air and / or an inlet opening (53) for low-pressure air.
10. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 9, dad u rch geken nzeich net, dass erste Zylinderkopf (40) einen ersten Gasansaugraum (41) und der zweite Zylinderkopf (50) einen zweiten Gasansaugraum (51) aufweisen, wobei der Zylinderblock (30) wenigstens einen Luftzufuhrkanal (36) aufweist, der den zweiten Gasansaugraum (52) mit dem ersten Gasansaugraum (41) verbindet. 10. Reciprocating compressor according to claim 9, dad u rch geken nzeich net that the first cylinder head (40) has a first gas suction space (41) and the second cylinder head (50) has a second gas suction space (51), the cylinder block (30) having at least one air supply duct (36) which connects the second gas suction space (52) to the first gas suction space (41).
11. Hubkolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass wenigstens der Triebwerksraum (11), insbesondere wenigstens das Triebwerksgehäuse (10), flüssigkeitsgekühlt, insbesondere wassergekühlt, ist. 11. Reciprocating compressor according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that at least the engine room (11), in particular at least the engine housing (10), is liquid-cooled, in particular water-cooled.
12. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 11, dad u rch geken nzeich net, dass eine Kühlhülle mit Kühlkanälen vorgesehen ist, die das Triebwerksgehäuse (10), den Führungsblock (20), den Zylinderblock (30), die erste Ventilplatte (60), die zweite Ventilplatte (70), den ersten Zylinderkopf (40) und/oder den zweiten Zylinderkopf (50), insbesondere eine gesamte Außenumfangsfläche des Hubkolbenkompressors, ummantelt. 12. Reciprocating compressor according to claim 11, dad u rch geken nzeich net that a cooling sleeve is provided with cooling channels, which the engine housing (10), the guide block (20), the cylinder block (30), the first valve plate (60), the second Valve plate (70), the first cylinder head (40) and / or the second cylinder head (50), in particular an entire outer circumferential surface of the reciprocating compressor, encased.
13. Hubkolbenkompressor nach Anspruch 12, dad u rch geken nzeich net, dass eine schall- und/oder vibrationsabsorbierende Schutzumhüllung vorgesehen ist, die sich um die Kühlhülle erstreckt. 13. Reciprocating compressor according to claim 12, dad u rch geken nzeich net that a sound- and / or vibration-absorbing protective cover is provided which extends around the cooling envelope.
14. Hubkolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass der erste Verdichtungsraum (33) und der zweite Verdichtungsraum (34) desselben Druckerzeugungszylinders (31) und/oder mehrere erste Verdichtungsräume (33) und/oder mehrere zweite Verdichtungsräume (34) verschiedener Druckerzeugungszylinder (31) miteinander so fluidverbunden sind, dass eine zweistufige Verdichtung bewirkt wird. 14. Reciprocating compressor according to one of the preceding claims, dad u rch geken nzeich net that the first compression chamber (33) and the second compression chamber (34) of the same pressure generating cylinder (31) and / or several first compression chambers (33) and / or several second compression chambers (34) of different pressure generating cylinders (31) are fluidly connected to one another in such a way that a two-stage compression is effected.
15. Druckluftanlage eines Lastkraftfahrzeugs, insbesondere eines hybrid- oder vollelektrischen Lastkraftfahrzeugs, mit einem Hubkolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 15. Compressed air system of a truck, in particular a hybrid or fully electric truck, with a reciprocating compressor according to one of the preceding claims.
16. Verwendung eines Hubkolbenkompressors nach einem der vorhergehenden16. Use of a reciprocating compressor according to one of the preceding
Ansprüche als Drucklufterzeuger in einer Druckluftanlage, insbesondere Druckluftbremsanlage, eines Lastkraftfahrzeugs, insbesondere eines hybrid- oder vollelektrischen Lastkraftfahrzeugs. Claims as a compressed air generator in a compressed air system, in particular a compressed air brake system, of a truck, in particular a hybrid or fully electric truck.
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