WO2004011804A1 - Einrichtung zur verdichtung von gasen - Google Patents

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WO2004011804A1
WO2004011804A1 PCT/AT2003/000209 AT0300209W WO2004011804A1 WO 2004011804 A1 WO2004011804 A1 WO 2004011804A1 AT 0300209 W AT0300209 W AT 0300209W WO 2004011804 A1 WO2004011804 A1 WO 2004011804A1
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seal
piston
cuts
cylinder
working space
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PCT/AT2003/000209
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Helmut Thurner
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Ventrex Automotive Gmbh
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/04—Composite, e.g. fibre-reinforced

Definitions

  • the present invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • Compressors of this type which compress gases by means of a piston moved by an electromechanical or other type of drive are known.
  • a piston driven by a crank or a connecting rod is set in a reciprocating motion in a cylinder and thereby causes the gas to compress on one side of the piston.
  • Such devices exist in various designs and sizes and are used in a wide variety of fields.
  • Drive mechanisms of different types and performance are also used. Difficulties arise in particular with weaker drives, for example with systems operated by batteries, which have to set a piston in motion against an already existing initial counterpressure.
  • the object of this invention is to propose a device of the type mentioned at the outset or a piston compressor which, with a simple and reliable design, can start up against significantly higher back pressures than previously known embodiments.
  • a quiet movement and longevity of the piston and the seal in the cylinder are achieved by the design features according to claim 2, 3 and / or 10.
  • An advantageous and effective embodiment of the sealing mechanism is described in the features of claims 4 to 6.
  • the seal is advantageously stored and guided according to claims 7, 8 and / or 9.
  • the leaks advantageously formed according to the features of claim 11 have a small cross-sectional area compared to the cylinder cross-section or the stroke volume of the piston, with which the leakage losses after start-up are minimal being held.
  • the positioning, shape and type of formation of the leaks according to claim 12 allow design-related variation options, depending primarily on the type and size of the piston or the entire compressor device.
  • the leaks are formed in the inner region of the support disk and the guide disk, they are arranged in alignment and enable the defined gas passage through this feature described in claim 13.
  • the cuts in the seal described in the features of claims 14 to 22 and their number, design and distribution improve the elasticity and the friction behavior of the seal and thereby bring about an optimal sealing and compression behavior.
  • the piston is essentially sealed in the cylinder. A gas passage from
  • Working space in the unpressurized room is essentially determined by the leaks.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a compressor arrangement including power supply, drive and hose connections.
  • Fig. 2 shows an overview of the power transmission and compression mechanisms.
  • Fig. 3 shows a schematic sectional view of the piston located in the cylinder.
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment of a piston with leaks.
  • Fig. 5 shows a cross section through a seal.
  • Fig. 6 shows a plan view of an annular seal with cuts.
  • an electromechanical drive 1 is fed via a battery, not shown, which is connected via a cigarette lighter plug 9 and a cable 10 to a control console 12 and via a further cable 13 to the drive or
  • Electric motor 1 is connected.
  • the power supply can be switched on and off with a rocker switch 11 located on the console 12.
  • Compression mechanism is actuated via this drive 1 and the working medium, in this case air, is conveyed via a pressure hose 5 fastened with a clamp 4 to the outlet 22 of the cylinder 2, via a manometer 6 for pressure control and via an outlet 8 to the destination object, e.g. Car tire, pressed.
  • the working medium in this case air
  • Cylinder 2 and the piston 20 limited volume of the working space 26 in front of the piston 20 or the volume of the unpressurized space 24 behind the piston 20 changed.
  • a Check valve 27 prevents the air forced out of the outlet 22 from flowing back into the working space 26.
  • the piston 20, shown enlarged in FIG. 3 and located in the cylinder 2, comprises a plate-shaped guide disk 16 fixed to the push rod 14 on its head or work space side 26, and also a fixed to the push rod 14 and possibly permanently connected to the guide disk 16 in the inner region plate-shaped support disk 15 on its rear side or its side facing the unpressurized space 24 and an annular seal 17 lying against the wall of the cylinder 2.
  • the guide disk 16 is in the inner region, a central part 28, preferably running parallel to the wall of the cylinder 2, and a terminal part peripheral flange 25 'articulated.
  • the support disc 15 is also divided into an inner region, a middle part and a terminal peripheral flange 25.
  • the height of the seal 17 is between the two peripheral flanges 25, 25 'of the support disc 15 and the guide disc 16 in the peripheral region of the piston 20. Between the seal 17, the support disk 15 and the guide disk 16 or their peripheral flanges 25, 25 'there is a free space 27.
  • the surface of the seal 17 facing the inner wall of the cylinder 2 is concave outwards, in particular with a circular curvature, around the slightly oscillating one
  • the seal 17 has on its side facing the working space 26 in
  • Cross-section narrow head region 40 and on the side facing away from the working space 26 a foot region 41 which is wider in cross-section.
  • a recess 43 is advantageously formed on the inner surface of the seal 17, into which a spring ring 18 is inserted, in particular firmly and preferably with a snug fit.
  • This spring ring 18 is accordingly between the middle part 28 of the guide disk 16 and the head region 40 of the seal 17.
  • the spring ring 18 can be moved up and down during a stroke movement of the piston 20 along or in front of this middle part 28 of the guide disk 16, its upward movement or its upward travel is limited by the peripheral flange 25 'of the guide disk 16.
  • the seal 17 is pressed radially outward or against the side wall of the cylinder 2 by means of this spring ring 18 and prevents undesired gas passage there.
  • a resilient clamping ring can also be used. In both cases, however, air can pass between the free space 27 and the work space 26 at this point.
  • the height H of the seal 17, measured in the direction of movement of the piston 20, is less than the distance A measured between the inner sides of the peripheral flanges 25, 25 'of the support disk 15 and the guide disk 16. Accordingly, the movement amplitude of the seal 17 is based on the difference D. limited between the height H of the seal 17 and the distance A of the peripheral flanges 25, 25 'of the support plate 15 and the guide plate 16.
  • the seal 17 consists of a largely heat-stable and / or largely abrasion-resistant polymer, in particular with good running and sliding properties, preferably polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon) or polytetrafluoroethylene compounds, and can optionally be combined with carbon or carbon fibers and / or particles in one Proportion of 10 to 20% by weight, preferably from 15 to 25% by weight, of the PTFE or PTFE compound weight can be reinforced.
  • the number of leaks 19, as well as their shape or cross-sectional shape depends on the power of the drive mechanism, the amount of the initial counterpressure, the size and type of the compressor device, the shape of the piston, etc.
  • the leaks 19 can be caused by bores, milled recesses, Sinkings or the like are formed, the shape of which is also determined by the production method. Accordingly, the leakages 19 can be round, angular or even irregularly shaped in cross section.
  • the total cross-sectional area of the at least one leakage 19 is between 0.005 and 0.1 mm 2 , preferably 0.01 and 0.06 mm 2 , per cm 3 of stroke volume of the piston 20.
  • the formation of the leaks 19 can take place in the support plate 15 and / or the guide plate 16, both in the outer regions, that is to say in the peripheral flanges 25, 25 ', in particular in the peripheral flange 25 of the support plate 15, and in the inner regions, whereby to It should be noted that, when formed in the firmly and flatly connected inner regions of the disks 15, 16, the leaks 19 are advantageously arranged in alignment. Furthermore, there is the possibility of forming leaks in the entire area of the seal 17, in particular in the end face of the seal 17 facing the inside of the peripheral flange 25 of the support disk 15.
  • FIG. 4 An alternative embodiment of a compression mechanism with startup relief is shown in FIG. 4.
  • a piston 32 driven by a push rod or piston rod 14 is moved back and forth in the cylinder 2.
  • This piston 32 divides the cylinder 2, as in FIGS. 2 and 3, into a head-side working space 26 and a pressure-free space 24.
  • An annular seal 33 which lies tightly against the wall of the cylinder 2, is intended to prevent gas from passing through at this point prevent.
  • In the piston 32 there is at least one defined leakage 19 with a small cross-sectional area compared to the cross-sectional area of the piston 32 or the cylinder 2 as well a suction opening 38, which can be closed with a check valve 37, is formed with a larger cross-sectional area.
  • the check valve 37 closes the passage opening 38. Only the leakage 19 allows a low defined gas passage, which reduces the pressure existing in the working space 26 or acting on the piston 32 and thus realizes the start-up relief.
  • the air is pressed to the destination object via an outlet 22 located in the wall of the cylinder 2 via a further check valve 37 '.
  • the check valve 38 opens and allows free gas passage through the passage opening 38 and thus a rapid wake of "fresh air" from the unpressurized space 34 under the piston into the working space 26.
  • the check valve 37 ' closes and prevents the back flow Air from the destination object into the work space 26.
  • the above-mentioned essentially applies to the shape and configuration of the leak (s) 19.
  • the leakage can also be formed in the valve 37.
  • FIG. 5 shows a cross section through the seal 17.
  • the head area 40 there are cuts 45 trained. Regarding the characteristics of the cuts 45, it should be noted that the cuts 45 are made without material removal, i.e. not milled, sawn or the like. become.
  • the cuts 45 extend, starting from the upper end face of the head region 40 of the seal 17, at least to the beginning of the contact region 44 of the seal 17 with the inner wall of the cylinder 2, which in practice is due to the compression of the seal 17 against the wall of the cylinder 2 or by the tumbling movements of the piston 20.
  • the cuts 45 extend from the upper end face of the head region 40 of the seal 17 to the theoretical contact line 42 of the concave seal 17, which is geometrically determined in FIG. 5, with the inner wall of the cylinder 2.
  • the cuts 45, starting from the upper end face of the head region 40 of the seal 17, extend at least to the lower end of the recess 43.
  • the cuts 45, measured from the upper end face of the head region 40 of the seal 17, extend to the beginning of the foot region 41 of the seal 17, that is to a maximum depth T.
  • the cuts 45 completely penetrate the head region 40 of the seal 17.
  • the preferably 6 to 12, in particular 8 to 10, here 9 cuts 45 are distributed along the circumference of the annular seal 17 and at equal distances from one another and are inclined relative to the radius R of the seal 17 in the same direction, preferably at an angle a between 30 and 80 °, especially between 40 and 70 °.
  • the surfaces of the cuts 45 are flat and are aligned perpendicular to the plane spanned by the seal 17.
  • the cuts 45 are advantageously identical to one another or have the same shape or dimensions. Leakage is understood to mean a constantly open (gas) passage connection between the space in front and behind the piston.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verdichtung von Gasen, insbesondere Luft, vorzugsweise zur Befüllung von Reifen von Kraftfahrzeugen, mit einem von einem insbesondere elektromechanischen Antrieb angetriebenen, in einem Zylinder dicht gelagerten, hin- und her bewegbaren Kolben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Kolben (20) zumindest eine definierte Leckage (19) zum Gasdurchtritt von dem vor dem Kolben (20) liegenden Arbeitsraum (26) zu dem hinter dem Kolben (20) liegenden drucklosen Raum (24) ausgebildet ist.

Description

Einrichtung zur Verdichtung von Gasen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Kompressoren, die mittels eines von einem elektromechanischen oder andersartigen Antrieb bewegten Kolbens Gase verdichten, sind bekannt. Hierbei wird ein über eine Kurbel bzw. ein Pleuel angetriebener Kolben in einem Zylinder in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt und bewirkt dadurch eine Verdichtung des Gases auf einer Seite des Kolbens. Derartige Einrichtungen existieren in vielfältigen Ausführungen und Größen und werden auf den verschiedensten Gebieten zum Einsatz gebracht. Auch Antriebsmechanismen unterschiedlicher Art und Leistung werden eingesetzt. Hierbei treten insbesondere Schwierigkeiten bei schwächeren Antrieben, beispielsweise bei von Batterien betriebenen Systemen auf, die einen Kolben gegen einen bereits bestehenden Anfangsgegendruck in Bewegung setzen müssen. Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art bzw. einen Kolbenkompressor vorzuschlagen, der bei einfacher und betriebssicherer Ausbildung gegen deutlich höhere Gegendrücke anlaufen kann, als bisher bekannte Ausführungsformen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass in dem Kolben definierte Leckagen vorhanden sind, die einen Gasdurchtritt zwischen den vom Kolben getrennten Arbeitsräumen ermöglichen. Durch diese Leckagen kann bei der Kompressionsbewegung des Kolbens eine geringe definierte Menge Gas von dem vor dem Kolben liegenden Kompressionsraum bzw. Arbeitsraum in den hinter dem Kolben liegenden Ansaugraum bzw. drucklosen Raum durchtreten und somit wird der von der Kompressionsseite her auf den Kolben einwirkende Druck gemindert. Durch eine derartige Anlaufentlastung kann bereits ein relativ schwacher Antriebsmotor gegen einen hohen Gegendruck anlaufen, ohne dass dabei der zulässige Anlaufstrom überschritten wird oder diverse Sicherheitsvorrichtungen ausgelöst werden. Diese erfindungsgemäße Ausbildung vereinfacht auch den konstruktiven Aufbau der Einrichtung.
Eine ruhige Bewegung und Langlebigkeit des Kolbens und der Dichtung im Zylinder werden durch die konstruktiven Merkmale gemäß Anspruch 2, 3 und/oder 10 erreicht. Eine vorteilhafte und effektive Ausführung des Dichtungsmechanismus wird in den Merkmalen der Ansprüche 4 bis 6 beschrieben. Um bei der Kolbenrück- bzw. Ansaugbewegung einen Nachstrom von zu komprimierendem Gas in den kopfseitigen Arbeitsraum zu gewährleisten, erfolgt die Lagerung und Führung der Dichtung vorteilhafterweise gemäß den Ansprüchen 7, 8 und/oder 9. Die vorteilhafterweise gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 ausgebildeten Leckagen haben eine im Vergleich zum Zylinderquerschnitt bzw. zum Hubvolumen des Kolbens geringe Querschnittsfläche, womit die Leckverluste nach erfolgtem Anlauf minimal gehalten werden. Die Positionierung, Form und Ausbildungsart der Leckagen nach Anspruch 12 gestatten konstruktionsbedingte Variationsmöglichkeiten, abhängig vor allem von der Bauart und Größe des Kolbens bzw. der gesamten Kompressoreinrichtung. Sind die Leckagen im Innenbereich der Stützscheibe und der Führungsscheibe ausgebildet, so sind sie fluchtend angeordnet und ermöglichen durch dieses in Anspruch 13 beschriebene Merkmal den definierten Gasdurchtritt. Die in den Merkmalen der Ansprüche 14 bis 22 beschriebenen Schnitte in der Dichtung bzw. deren Anzahl, Ausführung und Verteilung verbessern die Elastizität und das Reibungsverhalten der Dichtung und bewirken dadurch ein optimales Dichtungs- und Kompressionsverhalten. Der Kolben ist im Zylinder im wesentlichen dicht gelagert. Ein Gasdurchtritt vom
Arbeitsraum in den drucklosen Raum wird im wesentlichen durch die Leckagen bestimmt. Ein durch Undichtheiten, insbesondere in der Dichtung, auftretender Gasdurchtritt vom Arbeitsraum in den drucklosen Raum tritt gegenüber dem Gasdurchtritt durch die Leckagen in den Hintergrund. Der folgenden Beschreibung, den Unteransprüchen und den Zeichnungen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Einrichtung zu entnehmen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kompressoranordnung inklusive Stromversorgung, Antrieb und Schlauchverbindungen.
Fig. 2 stellt den Kraftübertragungs- und den Kompressionsmechanismus im Überblick dar.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des sich im Zylinder befindlichen Kolbens.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Kolbens mit Leckagen. Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Dichtung. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine ringförmige Dichtung mit Schnitten.
Gemäß Fig. 1 wird ein in diesem Fall elektromechanischer Antrieb 1 über eine nicht dargestellte Batterie gespeist, die über einen Zigarettenanzünderstecker 9 und ein Kabel 10 mit einer Steuerungskonsole 12 und über ein weiteres Kabel 13 mit dem Antrieb bzw.
Elektromotor 1 verbunden ist. Mit einem an der Konsole 12 befindlichen Wippschalter 11 lässt sich die Stromzufuhr ein- und ausschalten.
Der in einem Antriebsraum 3 bzw. im Zylinder 2 befindliche
Kompressionsmechanismus wird über diesen Antrieb 1 betätigt und das Arbeitsmittel, in diesem Fall Luft, wird über einen mit einer Klemme 4 am Auslass 22 des Zylinders 2 befestigten Druckschlauch 5 über ein Manometer 6 zur Druckkontrolle und über einen Auslass 8 zum Destinationsobjekt, z.B. Autoreifen, gedrückt.
Wie Fig. 2 überblicksmäßig darstellt, ist eine Antriebswelle des Antriebes 1 im
Antriebsraum 3 über eine Kurbel 23 mit einer Schubstange 14 verbunden, die im Zylinder 2 einen Kolben 20 in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt, der das von der Wand des
Zylinders 2 und dem Kolben 20 begrenzte Volumen des Arbeitsraumes 26 vor dem Kolben 20 bzw. das Volumen des drucklosen Raumes 24 hinter dem Kolben 20 verändert. Durch ein Rückschlagventil 27 wird die aus dem Ausiass 22 gedrückte Luft am Zurückströmen in den Arbeitsraum 26 gehindert.
Der in Fig. 3 vergrößert dargestellte, im Zylinder 2 befindliche Kolben 20 umfasst eine an der Schubstange 14 fixierte tellerförmige Führungsscheibe 16 auf seiner Kopf- bzw. Arbeitsraumseite 26, eine ebenfalls an der Schubstange 14 fixierte und gegebenenfalls mit der Führungsscheibe 16 im Innenbereich fest verbundene tellerförmige Stützscheibe 15 auf seiner Rückseite bzw. seiner dem drucklosen Raum 24 zugekehrten Seite und eine an die Wand des Zylinders 2 anliegende ringförmige Dichtung 17. Die Führungsscheibe 16 ist in den Innenbereich, einen vorzugsweise parallel zur Wand des Zylinders 2 verlaufenden Mittelteil 28 und einen endständigen peripheren Flansch 25' gegliedert. Die Stützscheibe 15 gliedert sich ebenfalls in einen Innenbereich, einen Mittelteil und einen endständigen peripheren Flansch 25. Die Dichtung 17 befindet sich höhenmäßig zwischen den beiden peripheren Flanschen 25, 25' der Stützscheibe 15 und der Führungsscheibe 16 im Umfangsbereich des Kolbens 20. Zwischen der Dichtung 17, der Stützscheibe 15 und der Führungsscheibe 16 bzw. deren peripheren Flanschen 25, 25' befindet sich ein Freiraum 27.
Die der Innenwand des Zylinders 2 zugekehrte Fläche der Dichtung 17 ist konkav nach außen, insbesondere mit kreisförmiger Krümmung, gewölbt, um die leicht pendelnde
Bewegung des im vorliegenden Fall nur über die Schubstange 14 und nicht über einen
Kreuzkopf geführten Kolbens 20 auszugleichen bzw. zuzulassen und dabei einen ständigen dichten Kontakt zwischen der Wand des Zylinders 2 und der Dichtung 17 zu gewährleisten.
Die Dichtung 17 weist an ihrer dem Arbeitsraum 26 zugewandten Seite einen im
Querschnitt schmalen Kopfbereich 40 und an der dem Arbeitsraum 26 abgewandten Seite einen im Querschnitt breiteren Fußbereich 41 auf. In der Höhe des Kopfbereiches 40 ist an der Innenfläche der Dichtung 17 vorteilhafterweise eine Ausnehmung 43 ausgebildet, in die ein Federring 18 insbesondere fest und vorzugsweise mit Passsitz eingesetzt ist. Dieser Federring 18 liegt demgemäß zwischen dem Mittelteil 28 der Führungsscheibe 16 und dem Kopfbereich 40 der Dichtung 17. Der Federring 18 ist bei einer Hubbewegung des Kolbens 20 entlang bzw. vor diesem Mittelteil 28 der Führungsscheibe 16 auf- und ab bewegbar, wobei seine Aufwärtsbewegung bzw. sein Aufwärtsweg vom peripheren Flansch 25' der Führungsscheibe 16 begrenzt ist. Die Dichtung 17 wird mittels dieses Federringes 18 radial nach außen bzw. an die seitliche Wand des Zylinders 2 gedrückt und verhindert dort einen unerwünschten Gasdurchtritt. Anstelle des Federringes 18 kann auch ein federnder Spannring eingesetzt werden. In beiden Fällen ist jedoch ein Luftdurchtritt zwischen dem Freiraum 27 und dem Arbeitsraum 26 an dieser Stelle möglich. Die Höhe H der Dichtung 17, gemessen in Bewegungsrichtung des Kolbens 20, ist geringer als der zwischen den Innenseiten der peripheren Flanschen 25, 25' der Stützscheibe 15 und der Führungsscheibe 16 gemessene Abstand A. Dementsprechend ist die Bewegungsamplitude der Dichtung 17 auf die Differenz D zwischen der Höhe H der Dichtung 17 und dem Abstand A der peripheren Flansche 25, 25' der Stützscheibe 15 und der Führungsscheibe 16 beschränkt. Diese Ausführung bewirkt bei einer Ansaugbewegung, das heißt bei einer Bewegung des Kolbens 20 in Richtung der Kurbel 23, ein Abheben der Dichtung 17 von der Stützscheibe 15 um den Betrag D und ermöglicht damit ein Nachströmen von Gas über den Freiraum 27 in den kopfseitigen Arbeitsraum 26. Beim Kompressionshub wird die Dichtung 17 dicht an den peripheren Flansch 25 der Stützscheibe 15 gedrückt und ein Gasdurchtritt ist nur mehr durch die im folgenden beschriebenen definierten Leckagen 19 möglich. Die im Arbeitsraum 26 komprimierte Luft wird durch ein Rückschlagventil 27 aus dem Auslass 22 gedrückt und durch dieses Rückschlagventil 27 gleichzeitig am Zurückströmen in den Arbeitsraum 26 gehindert.
Die Dichtung 17 besteht aus einem weitgehend hitzestabilen und/oder weitgehend abriebfesten Polymer, insbesondere mit guten Lauf- und Gleiteigenschaften, vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon) oder Polytetrafluorethylen-Compounds, und kann gegebenenfalls mit Kohle- oder Kohlenstofffasern und/oder -partikeln in einem Anteil von 10 bis zu 20 Gew-%, vorzugsweise von 15 bis 25 Gew-%, des PTFE- bzw. PTFE-Compound- Gewichts, verstärkt werden. Die Anzahl der Leckagen 19, ebenso wie ihre Form bzw. Querschnittsform richtet sich nach der Leistung der Antriebsmechanismus, der Höhe des Anfangsgegendrucks, der Größe und Bauart der Kompressoreinrichtung, der Form des Kolbens usw. Die Leckagen 19 können durch Bohrungen, Einfräsungen, Ausnehmungen, Einsickungen oder dgl. ausgebildet werden, wobei deren Formgebung auch durch die Herstellungsmethode bestimmt wird. Dementsprechend können die Leckagen 19 im Querschnitt rund, eckig oder auch unregelmäßig geformt ausbildet sein. Die gesamte Querschnittsfläche der zumindest einen Leckage 19 beträgt pro cm3 Hubvolumen des Kolbens 20 zwischen 0,005 und 0,1 mm2, vorzugsweise 0,01 und 0,06 mm2.
Die Ausbildung der Leckagen 19 kann konstruktionsbedingt in der Stützscheibe 15 und/oder der Führungsscheibe 16 erfolgen, sowohl in den Außenbereichen, also den peripheren Flanschen 25, 25', insbesondere im peripheren Flansch 25 der Stützscheibe 15, als auch in den Innenbereichen, wobei zu beachten ist, dass bei Ausbildung in den fest und plan miteinander verbundenen Innenbereichen der Scheiben 15,16, die Leckagen 19 vorteilhafterweise fluchtend angeordnet sind. Des Weiteren besteht die Möglichkeit der Ausbildung von Leckagen im gesamten Bereich der Dichtung 17, insbesondere in der der Innenseite des peripheren Flansches 25 der Stützscheibe 15 zugekehrten Endfläche der Dichtung 17.
Eine alternative Ausführungsform eines Kompressionsmechanismus mit Anlaufentlastung ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei wird ein von einer Schubstange bzw. Kolbenstange 14 angetriebener Kolben 32 in dem Zylinder 2 hin- und her bewegt. Dieser Kolben 32 teilt den Zylinder 2 wie auch in Fig. 2 und Fig. 3 in einen kopfseitigen Arbeitsraum 26 und einen drucklosen Raum 24. Eine ringförmige Dichtung 33, die dicht an der Wand des Zylinders 2 anliegt, soll einen an dieser Stelle unerwünschten Gasdurchtritt verhindern. Im Kolben 32 ist zumindest eine definierte Leckage 19 mit einer im Vergleich zur Querschnittsfläche des Kolbens 32 bzw. des Zylinders 2 geringen Querschnittsfläche sowie eine mit einem Rückschlagventil 37 verschließbare Ansaugöffnung 38 mit einer größeren Querschnittsfläche ausgebildet. Bei einer Kompressionsbewegung des Kolbens 32 verschließt das Rückschlagventil 37 die Durchlassöffnung 38. Nur die Leckage 19 erlaubt einen geringen definierten Gasdurchtritt, der den im Arbeitsraum 26 bestehenden bzw. auf den Kolben 32 einwirkenden Druck mindert und damit die Anlaufentlastung verwirklicht. Die Luft wird über einen in der Wand des Zylinders 2 befindlichen Auslass 22 über ein weiteres Rückschlagventil 37' zum Destinationsobjekt gedrückt. Bei einer Ansaugbewegung öffnet sich das Rückschlagventil 38 und erlaubt freien Gasdurchtritt durch die Durchlassöffnung 38 und damit einen raschen Nachstrom von „frischer Luft" aus dem drucklosen Raum 34 unter dem Kolben in den Arbeitsraum 26. Gleichzeitig schließt das Rückschlagventil 37' und verhindert ein Zurückströmen der Luft aus dem Destinationsobjekt in den Arbeitsraum 26.
Für die Form und Ausbildung der Leckage(n) 19 gilt im Wesentlichen das oben erwähnte. Die Leckage kann auch im Ventil 37 ausgebildet sein.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch die Dichtung 17. Gut zu erkennen sind der dem Arbeitsraum 26 zugekehrte, im Querschnitt schmale Kopfbereich 40 mit der an seiner Innenseite für den Federring 18 vorgesehenen Ausnehmung 43 und der etwas dickere Fußbereich 41. Im Kopfbereich 40 sind Schnitte 45 ausgebildet. Zu Charakteristik der Schnitte 45 ist zu bemerken, dass die Schnitte 45 ohne Materialabtragung ausgebildet werden, also nicht gefräst, gesägt o.a. werden. Die Schnitte 45 reichen, ausgehend von der oberen Endfläche des Kopfbereichs 40 der Dichtung 17, mindestens bis zum Beginn des Berührungsbereichs 44 der Dichtung 17 mit der Innenwand des Zylinders 2, der sich in der Praxis durch die Kompression der Dichtung 17 an die Wand des Zylinders 2 bzw. durch die taumelnden Bewegungen des Kolbens 20 ergibt. Vorzugsweise reichen die Schnitte 45 jedoch, ausgehend von der oberen Endfläche des Kopfbereichs 40 der Dichtung 17, bis zur in Fig. 5 geometrischen ermittelten, theoretischen Berührungslinie 42 der konkaven Dichtung 17 mit der Innenwand des Zylinders 2. Eine Alternative ist auch, dass die Schnitte 45, ausgehend von der oberen Endfläche des Kopfbereichs 40 der Dichtung 17, mindestens bis zum unteren Ende der Ausnehmung 43 reichen. Maximal reichen die Schnitte 45, gemessen von der oberen Endfläche des Kopfbereichs 40 der Dichtung 17, bis zum Beginn des Fußbereichs 41 der Dichtung 17, also bis in eine maximale Tiefe T.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht vom Arbeitsraum 26 auf die ringförmige Dichtung 17. Die Schnitte 45 durchsetzen den Kopfbereich 40 der Dichtung 17 vollständig. Die vorzugsweise 6 bis 12, insbesondere 8 bis 10, hier 9 Schnitte 45 sind längs des Umfangs der ringförmigen Dichtung 17 und in gleichen Abständen zueinander verteilt und sind relativ zum Radius R der Dichtung 17 in die gleiche Richtung geneigt, vorzugsweise mit einem Winkel a zwischen 30 und 80°, insbesondere zwischen 40 und 70°. Die Flächen der Schnitte 45 sind eben und sind senkrecht zu der von der Dichtung 17 aufgespannten Ebene ausgerichtet. Die Schnitte 45 sind vorteilhafterweise untereinander gleich ausgebildet bzw. besitzen gleiche Form bzw. Abmessungen. Unter Leckage wird eine ständig offene (Gas)Durchlassverbindung zwischen dem vor und dem hinter dem Kolben liegenden Raum verstanden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Einrichtung zur Verdichtung von Gasen, insbesondere Luft, vorzugsweise zur Befüllung von Reifen von Kraftfahrzeugen, mit einem von einem insbesondere elektromechanischen, vorzugsweise an eine Batterie angeschlossenen, Antrieb angetriebenen, in einem Zylinder gelagerten, auf- und ab bewegbaren Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kolben (20) zumindest eine definierte Leckage (19) zum Gasdurchtritt während des Kompressionshubes von dem vor dem Kolben (20) liegenden Arbeitsraum (26) zu dem hinter dem Kolben (20) liegenden drucklosen Raum (24) ausgebildet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (20) eine an seiner Schubstange (14) fixierte, vorzugsweise tellerförmige, Führungsscheibe (16) mit einem, vorzugsweise parallel zur Wand des Zylinders (2) verlaufenden, Mittelteil (28) und einem peripheren Flansch (25') auf seiner Kopfseite bzw. der dem Arbeitsraum (26) zugekehrten Seite, eine an der Schubstange (14) fixierte, vorzugsweise tellerförmige, Stützscheibe (15) mit einem Mittelteil und einem peripheren Flansch (25) auf seiner Rückseite bzw. der dem drucklosen Raum (24) zugekehrten Seite und eine höhenmäßig zwischen den beiden peripheren Flanschen (25, 25') der Stützscheibe (15) und der Führungsscheibe (16) im Umfangsbereich des Kolbens (20) befindliche, an die
Innenwand des Zylinders (2) anliegende ringförmige Dichtung (17) umfasst.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (17) aus einem weitgehend hitzestabilen und/oder weitgehend abriebfesten Polymer, insbesondere mit guten Lauf- und Gleiteigenschaften, vorzugsweise
Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon) oder Polytetrafluorethylen-Compounds, gegebenenfalls verstärkt mit Kohle- oder Kohlenstofffasern und/oder -partikeln in einem Anteil von 10 bis zu 20 Gew-%, vorzugsweise von 15 bis 25 Gew-%, des PTFE- bzw. PTFE-Compound-Gewichts, gebildet ist.
4. Einrichtung einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Wand des Zylinders (2) zugekehrte Außenfläche der Dichtung (17) konkav nach außen, insbesondere mit kreisförmiger Krümmung, gewölbt ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (17) an ihrer dem Arbeitsraum (26) zugewandten Seite einen im Querschnitt schmalen Kopfbereich (40) und an der dem Arbeitsraum (26) abgewandten Seite einen im Querschnitt gegenüber dem Kopfbereich (40) breiteren Fußbereich (41 ) aufweist, wobei gegebenenfalls an der Innenfläche des Kopfbereiches (40) eine Ausnehmung (43) ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenfläche der Dichtung (17) ein zwischen der Dichtung (17) und dem Mittelteil (28) der Führungsscheibe (16) liegender, vorzugsweise in die Ausnehmung (43) im Kopfbereich (40) der Dichtung (17), insbesondere mit Passsitz eingesetzter, kreisringförmiger, luftdurchlässiger, die Dichtung (17) an die Innenwand des Zylinders (2) drückender Federring (18), vorzugsweise ein Schraubenfederdruckring, anliegt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) der Dichtung (17) geringer ist als der zwischen den Innenseiten der peripheren
Flansche (25, 25') der Stützscheibe (15) und der Führungsscheibe (16) gemessene Abstand (A).
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (18) im Zuge der Hubbewegungen des Kolbens (20) dem Mittelteil (28) der Führungsscheibe
(16) entlang auf- und ab bewegbar ist und dass die Aufwärtsbewegung bzw. der Aufwärtsweg des Federrings (18) vom peripheren Flansch (25') der Führungsscheibe
(16) begrenzt ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (17) beim Kompressionshub des Kolbens (20) mit einer dem Arbeitsraum (26) abgewandten Endfläche auf dem peripheren Flansch (25) der Stützscheibe (15) aufliegt und dass beim Ansaughub des Kolbens (20) der Federring (18) und/oder die Dichtung
(17) mit einer dem Arbeitsraum (26) zugewandten Endfläche auf dem peripheren Flansch (25') der Führungsscheibe (16) aufliegen.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (15) und die Führungsscheibe (16) mit der Schubstange (14) und in ihren Innenbereichen gegebenenfalls miteinander verbunden sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Querschnittsfläche der zumindest einen Leckage (19) pro cm3 Hubvolumen des Kolbens (20) zwischen 0,005 und 0,1 mm2, vorzugsweise 0,01 und 0,06 mm2, beträgt.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leckage(n) (19) in Form von Einfräsungen, Ausnehmungen, Einsickungen, Bohrungen oder dgl. in der Stützscheibe (15) und/oder der Führungsscheibe (16) bzw. im peripheren Flansch (25) der Stützscheibe (15) und/oder in der Dichtung (17), insbesondere in der dem peripheren Flansch (25) der Stützscheibe (15) zugewandten Endfläche der Dichtung (17) ausgebildet ist (sind).
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagen (19) in der Stützscheibe (15) und in der Führungsscheibe (16) fluchten.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtung (17) eine Anzahl von Schnitten (45), vorzugsweise 6 bis 12, insbesondere 8 bis 10, ausgebildet ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (45), ausgehend von der oberen Endfläche des Kopfbereichs (40) der Dichtung (17), mindestens bis in eine Tiefe bis zum Beginn des Berührungsbereichs (44) der Dichtung (17) mit der Innenwand des Zylinders (2), vorzugsweise bis zur theoretischen geometrischen Berührungslinie (42) der Dichtung (17) mit der Innenwand des Zylinders (2), ausgebildet sind.
16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (45), ausgehend von der oberen Endfläche des Kopfbereichs (40) der Dichtung (17), mindestens bis zum unteren Ende der Ausnehmung (43) ausgebildet sind.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (45) bis maximal zum Beginn des Fußbereichs (41) der Dichtung (17), d.h. bis in eine Tiefe (T), gemessen von der oberen Endfläche des Kopfbereichs (40) der Dichtung (17), ausgebildet sind.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Schnitte (45) eben ausgebildet sind und senkrecht zu der von der Dichtung (17) aufgespannten Ebene verlaufen.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (45) längs des Umfangs der ringförmigen Dichtung (17) regelmäßig und in gleichen Abständen zueinander verteilt sind.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schnitte (45) relativ zum Radius (R) der Dichtung (17) in die gleiche Richtung geneigt sind, vorzugsweise mit einem Winkel (a) zwischen 30 und 80°, insbesondere zwischen
40 und 70°.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (45) den Kopfbereich (40) der Dichtung (17) vom Außenumfang bis in den Innenbereich der Dichtung (17) vollständig durchsetzen.
2. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (45) untereinander gleiche Form und/oder gleiche Abmessungen besitzen.
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