JP2016525180A - 圧力制限型コンプレッサ - Google Patents

Abstract

スライダクランク機構を介して駆動される往復ピストン式コンプレッサを備え、この往復ピストン式コンプレッサがシリンダ内を往復運動するピストンを有し、このピストンが第１死空気容積を有する圧縮室を画成し、シリンダの出口側が排出弁を有するシリンダヘッドによって閉鎖され、圧縮室が弁を介して少なくとも１つの他の死空気容積に接続可能である、持ち運び可能な圧縮空気源のコンプレッサユニット。

Description

本発明は、スライダクランク機構を介して駆動される往復ピストン式コンプレッサを備え、この往復ピストン式コンプレッサがシリンダ内を往復運動するピストンを有し、このピストンが第１死空気容積を有する圧縮室を画成し、シリンダの出口側が排出弁を有するシリンダヘッドによって閉鎖されている、持ち運び可能な圧縮空気源のコンプレッサユニットに関する。

このようなコンプレッサユニットは例えば、膨らまし可能な物体を封止および空気充填するため、特に自動車タイヤを封止および空気充填するための装置と共にあるいはこの装置の一部として必要とされる（パンク修理セット）。

持ち運び可能で軽量のこの装置は圧縮ガス源としてコンプレッサユニットを有し、さらに膨らまし可能な物体に充填可能な自動シール剤のためのシール剤容器と、シール剤と圧縮ガスのための弁兼分配器ユニットと、圧縮ガス源に接続可能な流入管および膨らまし可能な物体に接続可能な排出管とを備えている。

このような装置の場合、系内の最高圧力は、コンプレッサの達成可能な最高圧力によって決まるかまたは圧力制限弁によって決定される。前者の場合、最高圧力は構造に起因して実質的に、シリンダのいわゆる「死容積」に依存する。

タイヤのパンクの修理中に上記の空気コンプレッサによって、シール剤もタイヤ内に圧入されるため、圧力逃がし弁によって圧力を制限する場合には、少なからぬ運転状態で、この弁の開放によって高圧下のシール剤が流出および／またはコンプレッサのシリンダ内に達するので不所望である。このケースは例えば、タイヤバルブが空気充填中にシール剤によって閉塞し、許容されないほど高い圧力が空気コンプレッサ内に発生するときに起きる。その際、従来用いられた制限弁は高圧側が開放し、系の高圧側から或る流量の空気が流出する。シール剤がコンプレッサとそれに接続する管内に少しだけ達するときには、この逆流によってマノメータ機能またはコンプレッサの排出弁の機能が悪影響を受ける。

この解決策は特許文献１に示されている。この特許文献１には、従来技術において一般的である排出弁を備えたコンプレッサユニットまたはピストン式コンプレッサが開示されている。この排出弁は同時に、コンプレッサの内室のための唯一の「圧力逃がし弁」である。このような排出弁はばねで付勢されたディスクを備え、このディスクはシリンダ内の圧縮室の排出穴を覆い、圧力室内が適当な圧力になったときにばねに抗して持ち上げられる。このような排出弁がきわめて高い開放周波数、すなわち短いストロークできわめて迅速に動くピストン式コンプレッサには条件付きでのみ適しているということは別として、圧縮室／圧力室へのシール剤の逆流を防止するために、シール剤容器または所属の分配器ユニットに対する所定の管長間隔を維持することが必要である。これは全体として、膨らまし可能な物体を封止および空気充填するための装置の寸法を大きくすることになる。

シール剤逆流を防止するために、損傷したタイヤに至る流入管内に、付加的な逆止弁が組み込まれると、この逆止弁は修理すべきタイヤの正確な圧力測定を阻止するので不利である。

すべての往復ピストン式コンプレッサにおいて死容積が存在する。というのは、上死点においてピストン底がシリンダヘッドの内側表面に対してゼロとは異なる或る程度の間隔を有していなければならないからである。適当な大きさに設計された死空気容積によって、すなわちピストン底とシリンダヘッドの内側表面との間の大きな間隔によって「圧力を制限する」場合には、シール剤が流出する危険はない。なぜなら、空気または空気とシール剤の混合物が周囲に吹き出されないからである。しかしながら、コンプレッサ内の適当に設計された死空気容積はその効率を低下させ、設定された仕様を達成するためには余計な大きさのまたは高価なコンプレッサを必要とする。

タイヤに空気を充填することができる小型コンプレッサを有する、タイヤを封止するための市販のパンク修理セットは、最高圧力を制限するために一般的に、圧縮室内の排出弁あるいは流れ方向において圧縮室の後に配置された管内の弁、例えば排出弁とタイヤバルブの間またはコンプレッサとマノメータの間に配置された後続の分配ユニット内の弁を使用する。

独国特許出願公開第４４２９０９７Ａ１号明細書

そこで、本発明の課題は、シール剤逆流が回避されると同時に圧縮室内の最高圧力の制限が保証され、系の高圧側から急に流出する流れが回避され、そして構造が簡単で、コンプレッサの使用期間と信頼性が高められる、往復ピストン式コンプレッサを備えたコンプレッサユニットを提供することである。

この課題は請求項１の特徴によって解決される。他の有利な実施形は従属請求項に開示されている。

圧縮室は弁を介して少なくとも１つの他の死空気容積に接続可能である。従って、空気コンプレッサのための機械的に作用する最高圧力制限が達成される。この最高圧力制限の場合、いかなる時点でも空気流がコンプレッサの周囲へ排出されることがなく、コンプレッサの効率がコンプレッサの作動範囲内で低下することはない。同様に、上記の死空気容積の大きさ、すなわち第１死空気容積と他の死空気容積の大きさが、コンプレッサユニットのいろいろな運転状態に依存して制御または調節される。それによって、シリンダの死容積を縮小して、コンプレッサの効率を大幅に高めることはでき、それにもかかわらず高すぎる圧力の際に接続される、提起された要求／課題にとって十分な他の死空気容積を設けることができる。

有利な発展形態では、第２死空気容積がコンプレッサの排出管内の圧力に依存してまたは圧縮室内の圧力に依存して、弁を介して圧縮室に接続可能であり、好ましくは弁を介して可逆的に接続可能であり、この場合弁は好ましくはばねで付勢されている。それによって弁が応答して開放する圧縮ステージを、きわめて良好に調節することができ、そして設計が簡単になる。

他の有利な実施形では、他の死空気容積が可変であり、かつコンプレッサの排出管内の圧力に依存してまたは圧縮室内の圧力に依存して、その容積を連続的に変更可能である。第１と他の死空気容積からなる、供される死空気容積の全体の容積を、このように圧力に依存して可変に変更することにより、実際にコンプレッサの運転状態に結びつけられた死空気容積の制御またはフィードバックによって調整のように行われる死空気容積の可変の調節が全作動範囲にわたって可能になる。

このように死空気容積を圧力に依存して可変に変更するための有利な構造的な実施形は、他の死空気容積が圧力に依存して付勢可能なばねに抗してあるいは圧力変化に応答する電気機械式アクチュエータによって連続的に変更可能であることによって達成可能である。

他の有利な実施形では、弁がシリンダまたは圧縮室からの圧力ピークを減衰するための絞り装置を備えている。それによって、第２死空気容積の接続機能を妨げる空気柱の衝撃および振動が回避される。

他の有利な実施形では、死空気容積が弁を介して圧縮室に不可逆的に接続可能であり、例えば定格圧力で開放する破裂弁を介して接続可能である。それによって、構造がきわめて簡単になる。その際勿論、コンプレッサの排出管内の圧力が所定の時点で再び許容値以下に低下する瞬間に、コンプレッサが低下した効率で引き続き作動することを人は甘受する。というのは、第２死空気容積が再び分離されないからである。

他の有利な実施形では、弁が再び手動閉鎖可能な弁であり、好ましくは外から見える、開放位置のための表示器を備えた弁である。ここでも構造が簡単になる。この場合しかし、それにもかかわらずリセットが手動で可能であり、コンプレッサは元の効率で引き続き運転可能である。

このようなコンプレッサユニットは、膨らまし可能な物体の封止および空気充填、特に自動車タイヤの封止および空気充填のための装置と共に使用するのに非常に適している。

実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。

第２死空気容積が圧縮室に可逆的に接続可能である、本発明に係るコンプレッサユニットの通常状態を示す。 第２死空気容積が接続された、図１の本発明に係るコンプレッサユニットの状態を示す。 第２死空気容積が圧縮室に不可逆的に接続可能である、本発明に係るコンプレッサユニットの他の実施の形態の通常状態を示す。 第２死空気容積が接続された、図３の本発明に係るコンプレッサユニットの状態を示す。 第２死空気容積の大きさと空気コンプレッサの達成された最高圧力との間の、実験に基づいて定められた関係を示すグラフである。 死空気容積が可変であり、かつ圧縮室内の圧力に依存して変更可能である、本発明に係るコンプレッサユニットを示す。

図１および図２は、自動車タイヤの空気が抜けた場合に空気を充填するための、ここでは詳しく示していない持ち運び可能な圧縮空気源における本発明に係るコンプレッサユニットの実施の形態のきわめて概略的な原理図である。図１は通常状態を示す。図２は第２死空気容積が接続された状態を示す。

コンプレッサユニットは、ここでは同様に示していないスライダクランク機構を介して駆動される往復ピストン式コンプレッサ１を備えている。このコンプレッサはシリンダ２内で往復運動するピストン３を備えている。ピストンは第１死空気容積４を有する圧縮室を画成する。シリンダは出口側が排出弁６を備えたシリンダヘッド５によって閉鎖されている。

往復ピストン式コンプレッサ１は第２死空気容積７を有する。この第２死空気容積は弁８を介して圧縮室に接続可能である。弁８はコンプレッサの排出管９内の圧力に依存して開放可能である。

その際、弁８はばねで付勢されたピストン弁１０として形成されている。ピストン１１は案内されるピストンロッド１２を介して、第２死空気容積７に通じる圧縮室の開口１３に作用し、排出管内の圧力に依存してあるいは圧縮室内の圧力に依存して開口１３を開閉する。図示した実施形では、排出管９内の圧力に依存して開閉する。

通常運転では、ピストン３とシリンダカバーまたはシリンダヘッド５の間に第１死空気容積がほとんど存在しない。公知の原理に従って、周期的なピストン運動により、空気流が排出弁６から排出管９を経て運ばれる。この運転状態では、コンプレッサの効率は悪影響を受けない。

排出管９内または圧縮室の第１死空気容積４内の圧力が許容される値を越えて上昇すると、排出弁６の開放後、ピストン弁１０が適当に予め選定されたばね１４の圧力に抗して持ち上げられる。ピストン弁１０の持ち上げにより、シリンダ２内の第１死空気容積と少なくとも１つの他の死空気容積、ここでは第２死空気容積７との間の開口１３が開放される。

この場合、ピストン弁１０は、シリンダ２内の空気圧によってピストン弁に加えられる力が、排出管９内の空気圧によって加えられる力と比べて無視できるように設計されている。

さらに、ピストン弁１０および／またはピストン弁に通じる流入管は、シリンダからの圧力ピークが減衰され、ピストン弁の開放を引き起こさないように設計されている。接続された死空気容積７は圧力を制限することになる。この死空気容積７の大きさと、ピストン弁１０に対するばね１４の押圧力によって、コンプレッサの最高圧力を予め選定することができる。

空気出口の圧力が所定の時点で再び許容値以下に低下すると、ピストン弁１０は開口１３を閉鎖し、コンプレッサは再びその通常の運転状態に戻る。

図３および図４は、自動車タイヤの空気が抜けた場合に空気を充填するための、ここでは詳しく示していない持ち運び可能な圧縮空気源における本発明に係るコンプレッサユニットの実施の形態を示す。この場合、弁は定格圧力のときに不可逆的に開放する破裂弁１５である。

図３は通常状態を示す。図４は第２死空気容積が接続された状態を示す。

前述した図１および図２の実施の形態の場合のように、通常運転ではピストン３とシリンダカバーまたはシリンダヘッド５の間に第１死空気容積がほとんど存在しない。すなわち、コンプレッサは効率を制限されずに作動する。

排出管９内または圧縮室の第１死空気容積４内の圧力が許容値を越えて上昇すると、閉鎖部または破裂弁１５が適当に予め選定された保持力に逆らってこじ開けられる。これによって、圧縮室と第２死空気容積７の間の開口１３が開放される。この第２死空気容積７の大きさによってコンプレッサの最高圧力が予め決められている。

排出管９内または圧縮室の第１死空気容積４内の圧力が所定の時点で再び許容値以下に低下すると、コンプレッサは低下した効率で引き続き動作する。というのは、第２死空気容積７が再び閉鎖されないからである。

図５は、第２死空気容積の大きさと、３３．０ｍｍのピストン直径と７．５ｍｍのピストンストロークを有する空気コンプレッサの達成された最高圧力との間の実験に基づいて定められた関係を明示する。４５０ｋＰａと６５０ｋＰａの間の所望される到達圧力範囲において、この関係はほぼ直線的である。

図６は、他の死空気容積が可変であり、かつ圧縮室または第１死空気容積４内の圧力に依存して連続的にその容積を変更可能であるコンプレッサユニットを示す。

そのために、弁８はばね１６によって付勢されたピストン弁１７の端部分として形成され、シリンダヘッド内に形成された隣接する他の死空気容積１９を開閉する。圧力に依存して拡大または縮小する他の死空気容積１９の開閉と準備および解放は、ばねで付勢されたピストン弁１７の、圧力に依存した上方へのスライドによって行われる。

ばねの支持部として形成されたばねブッシュ２１を、めねじを有する案内スリーブ２０内に深くまたは浅くねじ込むことができるので、ばね張力、ひいては応答圧力を調節するとことができる。

１ 往復ピストン式コンプレッサ
２ シリンダ
３ ピストン
４ 第１死空気容積
５ シリンダヘッド
６ 排出弁
７ 第２死空気容積
８ 弁
９ 排出管
１０ ピストン弁
１１ ピストン
１２ ピストンロッド
１３ 開口
１４ ばね
１５ 破裂弁
１６ ばね
１７ ピストン弁
１８ 開口
１９ 可変死空気容積
２０ 案内スリーブ
２１ ばねブッシュ

Claims (14)

1. スライダクランク機構を介して駆動される往復ピストン式コンプレッサ（１）を備え、この往復ピストン式コンプレッサがシリンダ（２）内を往復運動するピストン（３）を有し、このピストンが第１死空気容積（４）を有する圧縮室を画成し、前記シリンダ（２）の出口側が排出弁（６）を有するシリンダヘッド（５）によって閉鎖されている、持ち運び可能な圧縮空気源のコンプレッサユニットにおいて、前記圧縮室が少なくとも１個の弁（８）を介して少なくとも１つの他の死空気容積（７）に接続可能であることを特徴とするコンプレッサユニット。
2. 前記の他の死空気容積（７）がコンプレッサの排出管（９）内の圧力に依存してまたは圧縮室内の圧力に依存して、前記弁（８）を介して圧縮室に接続可能である、請求項１に記載のコンプレッサユニット。
3. 前記の他の死空気容積（１９）が可変であり、かつコンプレッサの前記排出管（９）内の圧力に依存してまたは圧縮室内の圧力に依存して、その容積を連続的に変更可能である、請求項１または２に記載のコンプレッサユニット。
4. 前記の可変の他の死空気容積（１９）が電気機械式アクチュエータによって連続的に変更可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンプレッサユニット。
5. 前記弁（８）が前記シリンダ（２）または前記圧縮室からの圧力ピークを減衰するための絞り装置を備えている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンプレッサユニット。
6. 前記の他の死空気容積が前記弁（８）を介して前記圧縮室に可逆的に接続可能であり、前記弁が好ましくはばねで付勢されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコンプレッサユニット。
7. 前記弁（８）がばねで付勢されたピストン弁（１０）として形成され、このピストン弁のピストン（１１）が案内されたピストンロッド（１２）を介して、前記の他の死空気容積（７）に通じる前記圧縮室の開口（１３）に作用し、前記排出管（９）内の圧力に依存してまたは前記圧縮室内の圧力に依存して前記開口（１３）を開閉する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコンプレッサユニット。
8. 前記弁（８）がばね（１６）によって付勢されたピストン弁（１７）の端部分として形成され、かつ前記の可変の他の死空気容積（１９）に通じる前記圧縮室の開口（１８）に作用し、前記排出管（９）内の圧力に依存してまたは前記圧縮室（４）内の圧力に依存して前記開口（１３）を開閉し、圧力に依存して拡大または縮小する可変の他の死空気容積（１９）の準備が、案内スリーブ（２０）内での、ばねで付勢された前記ピストン弁（１７）の圧力に依存するスライドによって行われる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコンプレッサユニット。
9. 前記案内スリーブ（２０）がめねじを有し、前記ばね（１６）による前記ピストン弁（１７）の付勢がばねブッシュ（２１）を介して調節可能であり、このばねブッシュが前記案内スリーブ（２０）内に深くまたは浅くねじ込み可能である、請求項８に記載のコンプレッサユニット。
10. 前記の他の死空気容積（７、１９）が前記弁を介して前記圧縮室に不可逆的に接続可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコンプレッサユニット。
11. 前記弁が再び手動閉鎖可能な弁であり、好ましくは外から見える、開放位置のための表示器を備えた弁である、請求項１０に記載のコンプレッサユニット。
12. 前記弁が定格圧力で不可逆的に開放する弁であり、好ましくは破裂弁（１５）である、請求項１０に記載のコンプレッサユニット。
13. 自動車タイヤを封止および空気充填するための、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のコンプレッサユニットの使用。
14. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のコンプレッサユニットを備えた、自動車タイヤを修理するためのパンク修理セット。

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