WO2002040867A1 - Ein- oder mehrstufiger kolbenverdichter und verfahren zur kühlung eines elektrischen motors für einen ein- oder mehrstufigen kolbenverdichter - Google Patents

Ein- oder mehrstufiger kolbenverdichter und verfahren zur kühlung eines elektrischen motors für einen ein- oder mehrstufigen kolbenverdichter Download PDF

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WO2002040867A1
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piston compressor
electric motor
piston
pressure
low
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Steffan Beetz
Iwan Antufjew
Marco SCHRÖDTER
Henning Gold
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Continental Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F04B39/066—Cooling by ventilation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F04B25/02—Multi-stage pumps of stepped piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric

Definitions

  • the invention relates to a single or multi-stage piston compressor according to the preamble of claim 1 and to a method for cooling an electric motor for a single or multi-stage piston compressor according to the preamble of claim 5.
  • Such piston compressors are used in particular in the automotive industry.
  • This two-stage piston compressor consists of a compressor housing in which a cylindrical low-pressure chamber with a larger low-pressure piston and a cylindrical high-pressure chamber with a smaller high-pressure piston are formed.
  • the low-pressure chamber and the high-pressure chamber are located on a common axis and the low-pressure piston and the high-pressure piston are formed in one piece and equipped with a common piston rod.
  • the low pressure chamber has an inlet with an inlet check valve
  • the high pressure chamber has an outlet with an outlet check valve and both pressure chambers are connected to an overflow check valve by an overflow channel.
  • a crank pin of a crankshaft engages in the common piston rod of the low-pressure piston and the high-pressure piston in a right-angled orientation is driven by an electric motor and converts its rotating movement into a linear movement on the common piston rod.
  • a free space is also formed in the compressor housing, which is located in the area between the low-pressure piston and the high-pressure piston and the size of which essentially results from the difference in diameter and the axial distance between the low-pressure piston and the high-pressure piston.
  • This free space is connected to the environment via a compensation opening.
  • Piston compressors of this type have the disadvantage that a substantial part of the drive energy is converted into heat and thus negatively affects the efficiency of the technical unit.
  • the electric motor produces its own heat, which then has to be removed or recooled in a complex manner to protect the insulation. On the one hand, this limits the service life of the electric motors and requires additional and expensive cooling measures on the electric motor.
  • heat is generated on the piston compressor primarily by the recurring compression of the air, especially in the high-pressure chamber, but also by an internal friction of the air in the free space between the two pressure chambers.
  • the internal friction of this enclosed amount of air in the free space depends on the design of the piston compressor, but in any case represents a power loss for which additional drive power must be applied in an unacceptable manner.
  • the resulting heating on the piston compressor is either compensated for by an appropriate choice of material or material dimensioning to an acceptable level or the heat energy released is again cooled in a complex manner. All this affects the efficiency of the technical unit and makes the technical unit complex and expensive because of the increased cooling measures.
  • the invention is therefore based on the object of a generic piston compressor and a method for cooling an electric drive for such To develop piston compressors in which the generation of heat loss at the piston compressor is reduced and the cooling of the electric motor is simplified.
  • the invention eliminates the disadvantages of the prior art mentioned. It is particularly advantageous that the necessary cooling measures for the heated piston compressor can be kept low, because the heating of the piston compressor can be kept within limits by the removal of the heated air in the free space of the piston compressor. This simplifies the construction of the piston compressor and saves manufacturing costs.
  • the electric motor is only cooled with the air flow from the piston compressor to ensure its service life. This saves otherwise necessary complex cooling measures for the electric motor and in turn saves manufacturing costs.
  • the piston compressors according to the invention can be used for all types of protection.
  • FIG. 1 a schematic representation of an electrically driven two-stage piston compressor in a first embodiment
  • Fig. 2 another embodiment of the two-stage piston compressor.
  • the two-stage piston compressor in the first embodiment consists according to the Fig.
  • I mainly consist of the actual piston compressor 1 and an electric motor 2, both of which are connected via a mechanical gear 3 for converting the rotating input movement of the electric motor 2 into an oscillating and linear output movement of the piston compressor 1.
  • the piston-type compressor 1 includes a compressor housing 4 with a cylindrical interior 5 which is stepped in diameter and which is closed on the one hand by a low-pressure cover 6 and on the other hand by a high-pressure cover 7.
  • the gradation in the diameter of the interior 5 results on the one hand in a low-pressure chamber 8 with a larger diameter, in which a low-pressure piston 9 is guided with play, and on the other hand, a high-pressure chamber 10 with a smaller diameter, in which a high-pressure piston 11 is fitted with play.
  • the low-pressure chamber 8 and the high-pressure chamber 10 lie on a common axis.
  • the low-pressure piston 9 and the high-pressure piston 11 are made in one piece and accordingly have a common piston rod 12.
  • the low-pressure chamber 8 and the high-pressure chamber 10 are connected to one another and to the outside in a special way.
  • the low-pressure chamber 8 has at least one inlet 13, each with an inlet check valve 14 that opens in the direction of the low-pressure chamber 8
  • the high-pressure chamber 10 has an outlet 15 with an outlet check valve 16, which closes in the direction of the high-pressure chamber 10.
  • the common piston rod 12 and the low pressure piston 9 and the high pressure piston is the common piston rod 12 and the low pressure piston 9 and the high pressure piston
  • I I equipped with an inner overflow channel 17, which has an overflow check valve 18 opening in the direction of the high pressure chamber 10.
  • the common piston rod 12 is equipped with means for power transmission.
  • this free space 19 is connected to the interior of the mechanical transmission 3 via at least one first housing opening 20 and further to the interior of the electric motor 2 via at least one second housing opening 21.
  • One or more third housing openings 22 connect the interior of the electric motor 2 to the atmospheric environment. These third housing openings 22 are located as far as possible from the second housing openings 21 in order to obtain the largest possible flow area within the engine 2. In order to ensure a high degree of protection for the electric motor 2, the third housing openings 22 are placed outside the dirt and water hazard area via suitable means.
  • the second embodiment of the two-stage piston compressor according to FIG. 2 basically has the same structure as the first embodiment.
  • the second embodiment is equipped with an additional suction chamber 23, which is arranged in the flow direction before the inlet 13 to the low-pressure chamber 8 and which on the one hand has a connection to the atmosphere via an inlet opening 24 and on the other hand has a connection channel 25 to the interior of the mechanical transmission 3 is connected.
  • the suction chamber 23 is thus also connected to the free space 19 in the compressor housing 4 and to the interior of the electric motor 2 via the first housing opening 20 and the second housing opening 21.
  • the interior of the electric motor 2 is hermetically separated from the outside world.
  • the suction chamber 23 can of course also be designed as an open suction area. In order to ensure the required high degree of protection for the electric motor 2, the inlet opening 24 for the suction chamber 23 is again placed outside the dirt and water hazard area by suitable means.
  • an expedient embodiment consists in connecting the free space 19 to the atmosphere via one or more suction bores 26 with a suitable inlet check valve 27 opening in the direction of the free space 19.
  • the rotating movement of the drive shaft of the electric motor 2 is converted into an oscillating linear movement by means of the mechanical transmission 3 and transmitted to the common piston rod 12.
  • the low-pressure piston 9 and the high-pressure piston 11 thus move equally between two opposite reversal points and thus form two pressure chambers which alternate in volume.
  • This sequence of movements and the functions of the inlet check valve 14, the overflow pressure relief valve 18 and the outlet check valve 16 ensure that air is drawn in and out of the atmosphere into the low-pressure chamber 8, conveyed via the overflow channel 17 into the high-pressure chamber 10 and compressed and expelled there becomes.
  • the sequence of movements of the two low-pressure and high-pressure pistons 9, 11 likewise means that the free space 19 of the compressor housing 4 alternately increases and decreases, so that the air located there alternately via the first housing bore 20 into the interior of the mechanical transmission 3 and via the second housing bore 21 into the interior of the electric motor 2 and from there is expelled into the open via third housing bore 22 and is then sucked in again in return. This keeps the air moving in this area and practically pushes it back and forth.
  • air is sucked in from the outside via this inlet check valve 27 and discharged into the open via the third housing opening 22 which is removed.
  • the air that is moved either way serves as a coolant for the electric motor.
  • the required air is drawn in with an increasing free space 19 in the compressor housing 4 via the inlet opening 24, the suction chamber 23 and the connecting channel 25, and in the case of using the inlet check valve 27 also via this inlet check valve 27, and thus the Space 19 filled.
  • a shrinking free space 19 as the arrows in FIG. 2 show, the air located in the free space 19 is expelled and is first conveyed into the suction chamber 23 via the connecting channel 25. Since the low-pressure chamber 8 enlarges and air is sucked in at the same time, the air made available from the free space 19 immediately returns to the low-pressure space 8.

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Abstract

Bekannte Kolbenverdichter produzieren einen hohen Anteil an Verlustwärme. Das beeinflusst die Energiebilanz der Kolbenverdichter negativ und erfordert zur Schonung der Kolbenverdichter einen hohen Aufwand an Kühlungsmitteln. Es wird daher vorgeschlagen, den stets vorhandenen volumenveränderlichen Freiraum (19) am kolbenverdichter (1) als ein Druck- und Saugraum auszulegen und diesen volumenveränderlichen Freiraum (19) über den Innenraum des elektrischen Motors (2) mit der Atmosphäre zu verbinden.

Description

Beschreibung
Ein- oder mehrstufiger Kolbenverdichter und Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Motors für einen ein- oder mehrstufigen Kolbenverdichter
Die Erfindung bezieht sich auf einen ein- oder mehrstufigen Kolbenverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Motors für einen ein- oder mehrstufigen Kolbenverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5. Derartige Kolbenverdichter werden insbesondere in der Fahrzeugindustrie eingesetzt.
Ein solcher Kolbenverdichter in einer zweigestuften Ausführung ist beispielsweise in der DE 197 15 291 AI näher beschrieben.
Dieser zweistufige Kolbenverdichter besteht aus einem Verdichtergehäuse, in dem eine zylindrische Niederdruckkammer mit einem größeren Niederdruckkolben und eine zylindrische Hochdruckkammer mit einem kleineren Hochdruckkolben ausgebildet ist. Dabei befinden sich die Niederdruckkammer und die Hochdruckkammer auf einer gemeinsamen Achse und der Niederdruckkolben und der Hochdruckkolben sind einstückig ausgeformt und mit einer gemeinsamen Kolbenstange ausgerüstet. Die Niederdruckkammer besitzt einen Einlass mit einem Einlassrückschlagventil, die Hochdruck- kammer besitzt einen Auslass mit einem Auslassrückschlagventil und beide Druckräume sind durch einen Überströmkanal mit einem Überströmrückschlagventil verbunden. In die gemeinsame Kolbenstange des Niederdruckkolbens und des Hochdruckkolbens greift in rechtwinkliger Ausrichtung ein Kurberzapfen einer Kurbelwelle ein, die von einem Elektromotor angetrieben wird und die ihre rotierende Bewegung in eine lineare Bewegung an der gemeinsamen Kolbenstange umwandelt.
Im Verdichtergehäuse ist weiterhin ein Freiraum ausgebildet, der sich im Bereich zwischen dem Niederdruckkolben und dem Hochdruckkolben befindet und dessen Größe sich im wesentlichen aus der Differenz der Durchmesser sowie des axialen Abstandes zwischen dem Niederdruckkolben und dem Hochdruckkolben ergibt. Dieser Freiraum ist über eine Ausgleichsöffnung mit der Umwelt verbunden. Kolbenverdichter dieser Art haben den Nachteil, dass ein wesentlicher Teil der Antriebsenergie in Wärme umgewandelt wird und somit den Wirkungsgrad der technischen Einheit negativ beeinflusst. So produziert der Elektromotor eigene Wärme, die dann in aufwendiger Weise und zum Schutz der Isolierungen abgeführt oder rückge- kühlt werden muss. Das begrenzt einerseits die Lebensdauer der elektrischen Motore und erfordert zusätzliche und teuere Kühlmaßnahmen am elektrischen Motor.
Ebenso entsteht am Kolbenverdichter Wärme in erster Linie durch die wiederkehrende Komprimierung der Luft insbesondere in der Hochdrackkammer, aber auch durch eine innere Reibung der im Freiraum zwischen den beiden Druckkammern befindlichen Luft. Die innere Reibung dieser eingeschlossenen Luftmenge im Freiraum ist abhängig von der Auslegung des Kolbenverdichters, stellt aber in jedem Fall eine Verlustleistung dar, für die in unvertretbarer Weise zusätzliche Antriebsleistung aufgebracht werden muss.
Die so entstehende Erwärmung am Kolbenverdichter wird entweder durch eine entsprechende Materialauswahl oder Materialdimensionierung auf ein vertretbares Maß kompensiert oder die freiwerdende Wärmeenergie wird wiederum aufwendig gekühlt. Das alles beeinträchtigt den Wirkungsgrad der technischen Einheit und macht die technische Einheit wegen der erhöhten Kühlmaßnahmen aufwendig und teuer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen gattungsgemäßen Kolbenverdichter und ein Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Antriebs für einen solchen Kolbenverdichter zu entwickeln, bei dem die Entstehung von Verlustwärme am Kolbenverdichter verringert und die Kühlung des elektrischen Motors vereinfacht wird.
Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch die kennzeichnenden Merkmale des Ansprüche 1 und verfahrensseitig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 4 sowie 6 bis 8.
Die Erfindung beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik. Dabei ist von besonderem Vorteil, dass die erforderlichen Kühlungsmaßnahmen für den erwärmten Kolbenverdichter gering gehalten werden können, weil durch die Abführung der miterwärmten Luft im Freiraum des Kolbenverdichters die Erwärmung des Kolbenverdichters in Grenzen gehalten werden kann. Das vereinfacht den Aufbau des Kolbenverdichters und spart Herstellungskosten.
Vorteilhaft ist natürlich auch, dass der elektrische Motor zur Sicherung seiner Lebensdauer nur mit dem Luftstrom des Kolbenverdichters gekühlt wird. Das erspart sonst notwendige aufwendige Kühlmaßnahmen für den elektrischen Motor und spart wiederum Herstellungskosten.
Von besonderem Vorteil dabei ist, dass für die erforderliche Luftbewegung zur Begrenzung der Erwärmung im Kolbenverdichter und zur Kühlung des elektrischen Motors keine zusätzliche Antriebsenergie erforderlich wird. Das wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad des Kolbenverdichters aus.
Die erfindungsgemäßen Kolbenverdichter können für alle Schutzarten eingesetzt werden.
Die Erfindung soll an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines elektrisch angetriebenen zweistufigen Kolbenverdichters in einer ersten Ausführungsform und Fig. 2: eine andere Ausführungsform des zweistufigen Kolbenverdichters.
Der zweistufige Kolbenverdichter in der ersten Ausführungsform besteht nach der Fig.
I in der Hauptsache aus dem eigentlichen Kolbenverdichter 1 und einem elektrischen Motor 2, die beide über ein mechanisches Getriebe 3 zur Wandlung der rotierenden Eingangsbewegung des elektrischen Motors 2 in eine oszillierende und lineare Ausgangsbewegung des Kolbenverdichters 1 verbunden sind.
Zum Kolbenverdichter 1 gehört ein Verdichtergehäuse 4 mit einem zylindrischen und im Durchmesser gestuften Innenraum 5, der einerseits mit einem Niederdruckdeckel 6 und andererseits mit einem Hochdruckdeckel 7 nach außen verschlossen ist. Durch die Stufung im Durchmesser des Innenraumes 5 ergibt sich einerseits eine Niederdruckkammer 8 mit einem größeren Durchmesser, in der ein Niederdruckkolben 9 mit Spiel geführt ist und andererseits eine Hochdruckkammer 10 mit einem kleineren Durchmesser, in dem ein Hochdruckkolben 11 mit Spiel eingepasst ist. Dabei liegen die Niederdruckkammer 8 und die Hochdruckkammer 10 auf einer gemeinsamen Achse. Der Niederdruckkolben 9 und der Hochdruckkolben 11 sind einstückig ausgeführt und besitzen demnach eine gemeinsame Kolbenstange 12.
Die Niederdruckkammer 8 und die Hochdruckkammer 10 sind in besonderer Weise untereinander und nach außen verbunden. So besitzt die Niederdruckkammer 8 mindestens einen Einlass 13 mit je einem Einlassrückschlagventil 14, das in Richtung der Nieder- druckkarnmer 8 öffnet, und die Hochdruckkammer 10 einen Auslass 15 mit einem Aus- lassrückschlagventil 16, das in Richtung der Hochdruckkammer 10 schließt. Zur notwendigen Verbindung der Niederdruckkammer 8 und der Hochdruckkammer 10 ist die gemeinsame Kolbenstange 12 und der Niederdruckkolben 9 und der Hochdruckkolben
I I mit einem inneren Überströmkanal 17 ausgerüstet, der ein in Richtung der Hochdruckkammer 10 öffnendes Überströmrückschlagventil 18 besitzt.
Mit der Ausführung des im Durchmesser gestuften Innenraumes 5 und der Gestaltung des Niederdruckkolbens 9 und des Hochdruckkolbens 11 ergibt sich innerhalb des Innenraumes 5 und zwischen dem Niederdruckkolben 9 und dem Hochdruckkolben 11 ein Freiraum 19, der für die Bewegungsfreiheit der beiden Niederdruck- bzw. Hochdruckkolben 9, 11 und für die Unterbringung der erforderlichen Elemente des mechanischen Getriebes 3 benötigt wird. Dieses mechanische Getriebe ist beispielsweise ein Kurbelwellengetriebe. Dementsprechend ist auch die gemeinsame Kolbenstange 12 mit Mitteln zur Kraftübertragung ausgerüstet.
Erfindungsgemäß ist dieser Freiraum 19 über mindestens eine erste Gehäuseöffnung 20 mit dem Innenraum des mechanischen Getriebes 3 und weiterhin über mindestens eine zweite Gehäuseöffhung 21 mit dem Innenraum des elektrischen Motors 2 verbunden. Ein oder mehrere dritte Gehäuseöffnungen 22 verbinden den Innenraum des elektrischen Motors 2 mit dem atmosphärischen Umfeld. Diese dritten Gehäuseöffnungen 22 befinden sich weitestgehend entfernt von den zweiten Gehäuseöffnungen 21, um einen möglichst großen Strömungsbereich innerhalb des Motors 2 zu erhalten. Zur Gewährleistung einer hohen Schutzart für den elektrischen Motor 2 sind die dritten Gehäuseöffnungen 22 über geeignete Mittel außerhalb des Schmutz- und Wassergefährdungsbereiches gelegt.
Die zweite Ausführungsform des zweistufigen Kolbenverdichters gemäß der Fig. 2 hat grundsätzlich den gleichen Aufbau wie die erste Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten AusfUhrungsform ist die zweite Ausführungsform mit einer zusätzlichen Ansaugkammer 23 ausgerüstet, die in Strömungsrichtung vor dem Einlass 13 zur Nieder- druckkammer 8 angeordnet ist und die einerseits über eine Einlassöfϊhung 24 Verbindung zur Atmosphäre hat und andererseits über einen Verbindungskanal 25 mit dem Innenraum des mechanischen Getriebes 3 verbunden ist. Über die erste Gehäuseöffnung 20 und über die zweite Gehäuseöffnung 21 ist damit die Ansaugkammer 23 auch mit dem Freiraum 19 im Verdichtergehäuse 4 und mit dem Innenraum des elektrischen Motors 2 verbunden. Dagegen ist der Innenraum des elektrischen Motors 2 gegenüber der Außenwelt hermetisch abgetrennt. Die Ansaugkammer 23 kann natürlich auch als ein offener Ansaugbereich ausgebildet sein. Zur Gewährleistung der geforderten hohen Schutzart für den elektrischen Motor 2 ist die Einlassöffnung 24 für die Ansaugkammer 23 wiederum über geeignete Mittel außerhalb des Schmutz- und Wassergefährdungsbereiches gelegt.
Für beide Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 besteht eine zweckmäßige Ausgestaltung darin, den Freiraum 19 über ein oder mehrere Ansaugbohrungen 26 mit einem passenden und in Richtung des Freiraumes 19 öffnendes Einlassrückschlagventil 27 mit der Atmosphäre zu verbinden.
Damit wird zur Kühlung des Motors 2 ständig frische und kühle Luft von außen zugeführt und erwärmte Luft über die dritten Gehäuseöffnungen im Motor 2 oder über die Einlassöffnung 24 der Ansaugkammer 23 ins Freie abgegeben.
Die Wirkungsweise eines Kolbenverdichters ist allgemein bekannt und braucht hier nur im wesentlichen wiedergegeben zu werden.
Die drehende Bewegung der Antriebswelle des elektrischen Motors 2 wird mit Hilfe des mechanischen Getriebes 3 in eine oszillierenden Linearbewegung umgewandelt und auf die gemeinsame Kolbenstange 12 übertragen. Damit bewegen sich gleichermaßen der Niederdruckkolben 9 und der Hochdruckkolben 11 zwischen zwei gegenüberliegenden Umkehrpunkten und bilden so zwei sich im Volumen wechselweise verändernde Druckkammern. Dieser Bewegungsablauf und die Funktionen des Einlassrückschlag- ventiles 14, des Überströmdruckbegrenzungsventiles 18 und des Auslassrückschlag ven- tiles 16 sorgen dafür, dass Luft stoßweise aus der Atmosphäre in die Niederdruckkammer 8 angesaugt, über den Überströmkanal 17 in die Hochdruckkarnmer 10 befördert und dort komprimiert und ausgestoßen wird.
Der Bewegungsablauf der beiden Nieder- und Hochdruckkolben 9, 11 bringt es gleichermaßen mit sich, dass sich auch der Freiraum 19 des Verdichtergehäuses 4 wechselweise vergrößert und verkleinert, so dass die dort befindliche Luft wechselweise über die erste Gehäusebohrung 20 in den Innenraum des mechanischen Getriebes 3 und über die zweite Gehäusebohrung 21 in den Innenraum des elektrischen Motors 2 und von dort über dritte Gehäusebohrung 22 ins Freie ausgestoßen und anschließend im Gegenzuge wieder angesaugt wird. Damit wird die Luft in diesem Bereich in Bewegung gehalten und praktisch hin- und hergeschoben. Im Falle der Verwendung eines Einlassrückschlag ventiles 27 im Freiraum 19 wird über dieses Einlassrückschlagventil 27 Luft von außen angesaugt und über die entfernt liegende dritte Gehäuseöffnung 22 ins Freie abgegeben. Die so oder so bewegte Luft dient dabei als Kühlmittel für den elektrischen Motor.
Bei der zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung wird die benötigte Luft bei einem sich vergrößernden Freiraum 19 im Verdichtergehäuse 4 über die Einlassöffnung 24, der Ansaugkammer 23 und dem Verbindungskanal 25, und im Falle der Verwendung des Einlassrückschlagventiles 27 auch über dieses Einlassrückschlagventil 27, angesaugt und damit der Freiraum 19 befüllt. Bei einem sich verkleinernden Freiraum 19 wird, wie die Pfeile in der Fig. 2 zeigen, die im Freiraum 19 befindliche Luft ausgestoßen und über den Verbindungskanal 25 zunächst in die Ansaugkammer 23 befördert. Da die Niederdruckkammer 8 sich im gleichen Zuge vergrößert und Luft ansaugt, gelangt die aus dem Freiraum 19 bereitgestellte Luft gleich wieder in den Niederdruckraum 8. Zum Volumenausgleich zwischen dem Luftbedarf der Niederdruckkammer 8 und der aus dem Freiraum 19 bereitgestellten Luft wird zusätzlich Luft über die Einlassöffnung 24 angesaugt. Bei dem Befüllungsvorgang der Ansaugkammer 23 sind die statischen Druckverhältnisse so geregelt, dass sich in der Ansaugkammer 23 ein den Öffnungsvor- gang der Einlassrückschlagventile 14 unterstützender Druck einstellt. Dieses Verhalten des Einlassrückschlagventiles 14 wird zusätzlich durch die dynamischen Drückverhältnisse unterstützt, die durch die Strömungs- und Schwingungskräfte der bewegten Luft hervorgerufen werden. Das verbessert den Befüllungsvorgang der Niederdruckkammer 8 und verbessert damit den Wirkungsgrad des Kolbenverdichters 1. Die so zwischen dem Freiraum 19 und der Ansaugkammer 23 bewegte Luft durchströmt natürlich auch den Innenraum des elektrischen Motors 2 und dient dabei wieder als Kühlmittel für den elektrischen Motor 2. Liste der Bezugszeichen
1 Kolbenverdichter
2 elektrischer Motor
3 mechanisches Getriebe
4 Verdichtergehäuse
5 Innenraum
6 Niederdruckdeckel
7 Hochdruckdeckel
8 Niederdruckkammer
9 Niederdruckkolben
10 Hochdruckkammer
11 Hochdruckkolben
12 gemeinsame Kolbenstange
13 Einlass
14 Einlassrückschlagventil
15 Auslass
16 Auslassrückschlag ventü
17 Überströmkanal
18 Überströmrückschlagventil
19 Freiraum
20 erste Gehäuseöffhung
21 zweite Gehäuseöffhung
22 dritte Gehäuseöffnung
23 Ansaugkammer
24 Einlassöffnung
25 Verbindungskanal
26 Ansaugbohrung
27 Einlassrückschlagventil

Claims

Patentansprüche
1. Ein- oder mehrstufiger Kolbenverdichter, bestehend aus einem Kolbenverdichter (1), einem elektrischen Motor (2) und einem mechanischen Getriebe (3), das die rotierende Bewegung des elektrischen Motors (2) in eine oszillierende lineare Bewegung umwandelt und auf den Kolbenverdichter (1) überträgt, wobei ein einstufiger Kolbenverdichter aus einer volumenveränderlichen Druckkammer mit einem Druckkolben besteht und ein mehrstufiger Kolbenverdichter (1) mindestens eine volumenveränderliche Niederdruckkammer (8) mit einem Niederdruckkolben (9) und mindestens eine volumenveränderliche Hochdruckkammer (10) mit einem Hochdruckkolben (11) besitzt und die Niederdruckkammer (8) und die Hochdruckkammer (10) des mehrstufigen Kolbenverdichters (1) durch einen Überströmkanal (17) verbunden sind und der Niederdruckkolben (9) und der Hochdruckkolben (11) einstückig ausgeführt sind und zwischen dem Niederdruckkolben (9) und dem Hochdruckkolben (11) ein volumenveränderlicher Freiraum (19) gelegen ist, dadurch gekennzeichnet- dass der volumenveränderliche Freiraum (19) des Kolbenverdichters (1) als Druck- und Saugraum ausgelegt ist und über den Innenraum des e- lektrischen Motors (2) mit der Atmosphäre verbunden ist.
2. Ein- und mehrstufiger Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der volumenveränderliche Freiraum (19) über ein Einlassrückschlagventil (27) Verbindung zur Atmosphäre hat.
3. Ein- oder mehrstufiger Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet- dass der Niederdruckkammer (8) eine Ansaugkammer (23) vorgeschaltet ist und die Ansaugkammer (23) einerseits mit der Niederdruckkammer (8) und andererseits mit dem Innenraum des elektrischen Motors (2) und mit der Atmosphäre Verbindung hat.
4. Ein- oder mehrstufiger Kolbenverdichter nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffhung (24) der Ansaugkammer (23) oder die dritte Gehäuseöffnung (22) des elektrischen Motors (2) zur Sicherung der Schutzart des elektrischen Motors (2) außerhalb des Schmutz- und Wassergefährdungsbereiches gelegt sind.
5. Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Motors (2) für einen ein- oder mehrstufigen Kolbenverdichter (1), dadurch gekennzeichnet, dass die von einem zwischen zwei benachbarten Druckkolben unterschiedlicher Größe gelegenen und volumenveränderlichen Freiraum (19) des Kolbenverdichters (1) angesaugte und ausgestoßene Luft als Kühlmittel für den elektrischen Motor (2) verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Kolbenverdichter (1) bewegte Luft wechselweise über den Innenraum des elektrischen Motors (2) aus der Atmosphäre angesogen und in die Atmosphäre abgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Kolbenverdichter (1) bewegte Luft separat aus der Atmosphäre angesogen und über den Innenraum des elektrischen Motors (2) in die Atmosphäre abgeführt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Kolbenverdichter (1) bewegte Luft über den Innenraum des elektrischen Motors (2) gleichzeitig in die Niederdruckkammer (8) des Kolbenverdichters (1) geführt wird.
PCT/DE2001/004280 2000-11-18 2001-11-15 Ein- oder mehrstufiger kolbenverdichter und verfahren zur kühlung eines elektrischen motors für einen ein- oder mehrstufigen kolbenverdichter WO2002040867A1 (de)

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