WO2009092534A1 - Kompressor mit einer energiesparvorrichtung und verfahren zum energiesparenden betreiben eines kompressors - Google Patents

Kompressor mit einer energiesparvorrichtung und verfahren zum energiesparenden betreiben eines kompressors Download PDF

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WO2009092534A1
WO2009092534A1 PCT/EP2009/000144 EP2009000144W WO2009092534A1 WO 2009092534 A1 WO2009092534 A1 WO 2009092534A1 EP 2009000144 W EP2009000144 W EP 2009000144W WO 2009092534 A1 WO2009092534 A1 WO 2009092534A1
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WO
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piston chamber
compressor
piston
shut
dead space
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PCT/EP2009/000144
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Inventor
Frédéric AMIOT
Emmanuel Fraisse
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Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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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
    • F04B39/08—Actuation of distribution members
    • 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
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control
    • F04B49/03—Stopping, starting, unloading or idling control by means of valves
    • 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
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/16—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by adjusting the capacity of dead spaces of working chambers

Definitions

  • Compressor with an energy-saving device and method for energy-saving operation of a compressor
  • the invention relates to a compressor for generating compressed air for a commercial vehicle, wherein the compressor comprises a housing with a piston chamber and a dead space and a valve device with a shut-off body for separating the dead space of the piston chamber.
  • the invention further relates to a method for relieving a compressor for generating compressed air for a commercial vehicle, wherein the compressor comprises a housing with a piston chamber and a dead space and a valve device with a shut-off body for separating the dead space of the piston chamber.
  • Modern commercial vehicles which are used for example in rail or road, have many compressed air consumers whose air consumption is usually satisfied by a compressed air supply system comprising a compressor.
  • This compressor is usually driven directly by the existing in the commercial vehicle combustion engine, which is also used for the propulsion of the commercial vehicle. Since the drive of the compressor is coupled directly to the internal combustion engine, the compressor constantly rotates while the commercial vehicle engine is rotating. In particular, the compressor works even if no air requirement the compressed air consumer is present or existing in the commercial vehicle compressed air storage are completely filled. In this case, the compressor is usually relieved to reduce energy consumption.
  • An embodiment of such a relief device for example, GB 2 323 639 A can be removed.
  • the power consumption of the unloaded compressor drops from about 3 KW to less than 1 KW at 2000 rpm.
  • the existing dead space is currently about 7 ccm.
  • a maximum of about 90 cc dead space is possible because the dead space valve acts as a throttle and a larger dead space no further energy savings.
  • Another disadvantage is the high energy consumption during a delivery phase of the compressor due to the existing paragraph.
  • the invention has for its object to reduce the throttle effect of Schadraumventils and at the same time to reduce energy losses by a permanently existing Schad- space.
  • the invention builds on the generic compressor in that the shut-off body for opening the valve til adopted from a valve seat in the direction of the piston chamber can be lifted.
  • the throttling effect of the valve device can be reduced while the permanent existing dead space remains constant. Furthermore, only a seal and a spring are necessary in such a valve device.
  • shut-off body is at least partially movable into a recess in a cylinder head, which adjoins the piston chamber.
  • the Absperrk ⁇ rper is at least partially movable into the piston chamber, said lifted from the valve seat Absperrk ⁇ rper at the upper reversal point of a movable piston in the piston space at least partially protrudes into a recess arranged on the piston.
  • the permanently existing dead space during a delivery phase is reduced and so the overall efficiency of the compressor is increased, since less energy is lost useless in the compression.
  • the necessary minimum footprint of the recess is at least equal to the base of the Absperrk ⁇ rpers, while the height of the recess is at least equal to the distance by which the shut-off is lifted from its valve seat.
  • the dead space is coupled to the atmosphere.
  • a further reduction of the peak pressures occurring during a discharge phase is possible in comparison with a closed dead space, as a result of which the energy consumption of the compressor can be further reduced.
  • a further valve device with a further shut-off body and a further piston chamber are provided and that the further shut-off body for opening the further valve device can be lifted from a further valve seat in the direction of the further piston chamber.
  • opening valve means may be provided to relieve the compressor.
  • the further shut-off body is at least partially movable into a further recess in a cylinder head, which adjoins the other piston chamber.
  • the further shut-off body is at least partially movable into the further piston chamber, wherein the further shut-off body lifted from the further valve seat projects at least partially into a further recess arranged on the further piston at the upper reversal point of a further piston movable in the further piston chamber ,
  • the piston chamber and the further piston chamber are connected to one another via the dead space when the valve device and the further valve device are open.
  • a pressure build-up during a discharge phase of the compressor is largely prevented because the air between the piston chamber and the other piston chamber can be pumped back and forth.
  • a further dead space is provided, which is connectable via the further valve means with the further piston chamber. The provision of a further dead space allows the separate discharge of the piston chamber and the other piston chamber.
  • the further dead space is coupled to the atmosphere.
  • the invention further provides a utility vehicle having a compressor according to the invention.
  • the generic method is further developed by the fact that the shut-off body is lifted off from a valve seat in the direction of the piston chamber in order to open the valve device.
  • the advantages and particularities of the compressor according to the invention are also implemented in the context of a method.
  • shut-off body is at least partially moved into a recess in a cylinder head, which adjoins the piston chamber, while a piston movable in the piston chamber is in the vicinity of the lower turning point.
  • the movement of the shut-off body while the piston movable in the piston chamber is near the lower reversal point is particularly simple because at this time the pressure in the piston chamber is low.
  • the shut-off body is at least partially moved in the piston chamber, while a piston movable in the piston in the vicinity of the lower reversal point, wherein the lifted off the valve seat shut-off at the upper reversal point of the piston at least partially from one on the piston arranged recess is received.
  • the dead space is coupled to the atmosphere.
  • a further valve means are provided with a further shut-off body and a further piston chamber, wherein the further shut-off body is lifted to open the further valve means from a further valve seat in the direction of the further piston chamber.
  • the further Absperrk ⁇ rper at least partially in a further recess in a cylinder head, which is adjacent to the other piston chamber, is moved.
  • a further dead space is provided, which is connected via the further valve means with the further piston chamber.
  • Figure 1 is a sectional view of a first compressor according to the invention
  • Figure 2 is a detail view of a first cylinder head according to the invention.
  • FIG. 3 shows a detailed view of a first cylinder head according to the invention in a delivery phase
  • Figure 4 is a detail view of a first cylinder head according to the invention in a discharge phase
  • FIG. 5 shows a detail of a second compressor according to the invention
  • FIG. 6 shows a detail of a third compressor according to the invention
  • FIG. 7a shows a suction phase of a balanced compressor
  • FIG. 7b shows a compression phase of a unloaded compressor
  • FIG. 7c shows a further intake phase of a relieved compressor
  • Figure 8 is a discharged compressor
  • FIG. 9a shows a first diagram illustrating the energy saving by way of relief
  • FIG. 9b shows a second diagram illustrating the energy saving by way of relief.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a first compressor according to the invention.
  • the illustrated compressor 10 comprises a housing 14 with a piston chamber 16 in which a piston 30 movable in the piston chamber 30 is arranged, which is driven by a connecting rod 34 by a crankshaft 36, and a cylinder head 28.
  • a dead space 18th In the cylinder head 28 are a dead space 18th and a valve device 20 with a shut-off body 22 and an associated valve seat 24 behind a recess 26.
  • By switching the valve device 20 is a connection between the dead space 18 and the piston chamber 16 can be released, which will be explained in more detail below.
  • FIG. 2 shows a detailed view of a first cylinder head according to the invention.
  • a spring 46 a support plate 48, a sealing ring 50, a valve plate 52 and a switching space 54 are designated.
  • the recess 26 is recessed with the valve seat 24, on which the shut-off body 22 is seated in the illustrated closed state of the valve device 20.
  • the shut-off body 22 is pressed against the valve seat 24 by the spring 46 supported on the support plate 48.
  • the sealing ring 50 seals the switching chamber 54, wherein a ventilation of the switching chamber 54 causes disengagement of the shut-off body 22 in the recess 26 against the spring force of the spring 46.
  • FIGS. 3 and 4 show further detailed views of a first cylinder head according to the invention in a delivery or discharge phase.
  • the components of the cylinder head 28 shown in FIGS. 3 and 4 are substantially identical to the parts already designated in FIG.
  • FIG. 3 shows the valve device 20 in the closed state
  • FIG. 4 shows a similar valve device 20 in an open state.
  • the switching space 54 is vented and, as a result, the shut-off body 22 is disengaged into the recess 26, that is, lifted off the valve seat 24.
  • FIG. 5 shows a section of a second compressor according to the invention.
  • the embodiment shown in FIG. Section of the compressor 10 differs from the first embodiment in that in the valve plate 52, no recess 26 is provided.
  • the shut-off body 22 terminates flush with the valve plate 52 in the engaged state.
  • a recess 32 is provided in the piston 30, in which the shut-off body 22 can be disengaged.
  • the shut-off body 22 protrudes partially into the recess 32 at the upper reversal point of the piston 30.
  • Between the recess 32 and the dead space 18 is formed when disengaging the Absperrk ⁇ rpers 22 by ventilation of the control room 54 a connection through which air can flow.
  • FIG. 6 shows a detail of a third compressor according to the invention.
  • the compressor 10 shown in FIG. 6 is a compressor with two cylinders.
  • the compressor 10 shown in FIG. 6 also comprises a further piston chamber 16 ', a further dead space 18', a further valve device 20 "with a further shut-off body 22 ', a further valve seat 24' and a further spring 46 'and one
  • the dead space 18 is not connected to the further dead space 18 "and both dead spaces 18, 18 'can be separated from the two valve devices 20, 20' to relieve the pressure both cylinders are switched.
  • FIGS. 7a, 7b and 7c show the working phases of a balanced compressor 10.
  • FIG. 7a shows a compressor 10, the valve device 20 of which has been opened during the last working cycle to relieve the compressor 10.
  • a first intake phase in which the piston 30 moves away from the valve device 20, air is sucked through an air inlet valve 38 from an air inlet 42 into the piston chamber 16.
  • the air outlet valve 40 remains closed and no air is conveyed into an air outlet 44.
  • the piston 30 moves again in the direction of the valve device 20, whereby the air inlet valve 38 closes due to the lack of negative pressure and the air outlet valve 40 ideally does not open due to the low pressure in the piston chamber 16. Since the valve device 20 is open, that is, the dead space 18 is connected to the piston chamber 16, the compressor 10 during this phase breathes air into the dead space 18. The air is therefore compressed into the dead space 18, wherein the achievable pressure in the ideal case below the am Air outlet 44 remaining pressure remains.
  • the piston again moves away from the valve device 20, as in FIG. 7 a, but now both the air inlet valve 38 and the air outlet valve 40 remain closed. During the further intake phase, the air compressed into the dead space is expanded back into the piston chamber 16.
  • Figure 8 shows a balanced compressor.
  • the compressor 10 shown in Figure 8 is a compressor with two cylinders, wherein the piston chamber 16 and the other piston chamber 16 'by opening a valve means 20 and a further valve means 20' via a dead space 18 are connected.
  • the compressor 10 is relieved, during the periodic up and down movement of the piston 30 and the other piston 30', the air over the dead space 18 between the two piston chambers 16, 16 'is pumped back and forth.
  • both the air inlet valves 38, 38 'and the air outlet valves 40, 40' remain closed since neither a negative pressure nor an overpressure is built up in the interior.
  • the illustrated compressor thus sucks no air through the two air inlets 42, 42 'in its unloaded state.
  • FIG. 9a and 9b show two diagrams illustrating the energy saving by compressor discharge.
  • the compressor speed is plotted in revolutions per minute, while on the y-axis the respective energy consumption in kilowatt hours is plotted.
  • FIG. 9a shows four curves for a compressor with 250 cm 3 , wherein the curves 104 and 106 denote the energy consumption at a delivery pressure of 8.5 bar or 12 bar.
  • the curves 100 and 102 indicate two different energy-saving modes of the compressor, which can be realized by discharge.
  • the four curves plotted in FIG. 9b belong to a compressor with 360 cm 3 , the upper two curves 112, 114 again corresponding to a delivery pressure of 8.5 bar or 12 bar and the lower two curves 108, 110 again two different reliefs Describe energy-saving modes of the compressor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kompressor (10) zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug (12), wobei der Kompressor (10) ein Gehäuse (14) mit einem Kolbenraum (16) und einem Schadraum (18) und eine Ventileinrichtung (20) mit einem Absperrkörper (22) zum Trennen des Schadraums (18) von dem Kolbenraum (16) umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Absperrkörper (22) zum Öffnen der Ventileinrichtung (20) von einem Ventilsitz (24) in Richtung des Kolbenraums (16) abhebbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Entlastung eines Kompressors.

Description

Kompressor mit einer Energiesparvorrichtung und Verfahren zum energiesparenden Betreiben eines Kompressors
Die Erfindung betrifft einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug, wobei der Kompressor ein Gehäuse mit einem Kolbenraum und einem Schadraum und eine Ventileinrichtung mit einem Absperrkörper zum Trennen des Schadraums von dem Kolbenraum umfasst .
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Entlastung eines Kompressors zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug, wobei der Kompressor ein Gehäuse mit einem Kolbenraum und einem Schadraum und eine Ventileinrichtung mit einem Absperrkörper zum Trennen des Schad- raums von dem Kolbenraum umfasst.
Moderne Nutzfahrzeuge, die zum Beispiel im Schienen- oder Straßenverkehr eingesetzt werden, weisen viele Druckluftverbraucher auf, deren Luftverbrauch üblicherweise von einer Druckluftversorgungsanlage, die einen Kompressor umfasst, befriedigt wird. Dieser Kompressor wird üblicherweise direkt von der in dem Nutzfahrzeug vorhandenen Verbrennungsmaschine angetrieben, die auch für den Vortrieb des Nutzfahrzeugs eingesetzt wird. Da der Antrieb des Kompressors direkt mit der Verbrennungsmaschine gekoppelt ist, dreht der Kompressor ständig mit, solange die Verbrennungsmaschine des Nutzfahrzeugs dreht . Insbesondere arbeitet der Kompressor auch wenn kein Luftbedarf der Druckluftverbraucher vorliegt beziehungsweise die in dem Nutzfahrzeug vorhandenen Druckluftspeicher vollständig gefüllt sind. In diesem Fall wird üblicherweise der Kompressor entlastet, um den Energieverbrauch zu senken.
Eine Ausführungsform einer solchen Entlastungsvorrichtung ist beispielsweise der GB 2 323 639 A entnehmbar. Die Leistungsaufnahme des entlasteten Kompressors sinkt von ungefähr 3 KW auf unter 1 KW bei 2000 U/min. Der vorhan- dene Schadraum beträgt derzeit etwa 7 ccm. Maximal sind etwa 90 ccm Schadraum möglich, da das Schadraumventil auch als Drossel wirkt und ein größerer Schadraum keine weitere Energieeinsparung ermöglicht. Nachteilig ist weiterhin die hohe Energieaufnahme während einer Förder- phase des Kompressors aufgrund des vorhandenen Absatzes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drosselwirkung des Schadraumventils zu reduzieren und gleichzeitig Energieverluste durch einen permanent vorhandenen Schad- räum zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst .
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Kompressor dadurch auf, dass der Absperrkörper zum Öffnen der Ven- tileinrichtung von einem Ventilsitz in Richtung des Kolbenraums abhebbar ist. Durch das Abheben des Absperrkδr- pers in Richtung des Kolbenraums ist die Drosselwirkung der Ventileinrichtung reduzierbar, während der permanent vorhandene Schadraum konstant bleibt. Weiterhin sind bei einer derartigen Ventileinrichtung nur noch eine Dichtung und eine Feder notwendig.
Nützlicherweise kann dabei vorgesehen sein, dass der Absperrkörper zumindest teilweise in eine Ausnehmung in einem Zylinderkopf bewegbar ist, die an den Kolbenraum angrenzt .
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Absperrkδrper zumindest Teilweise in den Kolbenraum bewegbar ist, wobei der von dem Ventilsitz abgehobene Absperrkδrper am oberen Umkehrpunkt eines in dem Kolbenraum bewegbaren Kolbens zumindest Teilweise in eine an dem Kolben angeordnete Aussparung hineinragt. Bei dieser Ausführungsform wird der permanent vorhandene Schadraum während einer Förderphase verringert und so die Effizienz des Kompressors insgesamt gesteigert, da weniger Energie nutzlos bei der Komprimierung verloren geht . Die notwendige minimale Grundfläche der Aussparung ist zumindest gleich der Grundfläche des Absperrkδrpers , während die Höhe der Aussparung zumindest gleich der Strecke ist, um die der Absperrkörper von seinem Ventilsitz abgehoben wird.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Schadraum mit der Atmosphäre gekoppelt ist. Durch die Kopplung des Schadraums mit der Atmosphäre ist eine gegenüber einem geschlossenen Schadraum weitere Absenkung der während einer Entlastungsphase auftretenden Spitzendrücke möglich, wodurch der Energieverbrauch des Kompressors weiter gesenkt werden kann. Es ist auch denkbar, dass eine weitere Ventileinrichtung mit einem weiteren Absperrkörper und ein weiterer Kolbenraum vorgesehen sind und dass der weitere Absperrkörper zum Öffnen der weiteren Ventileinrichtung von einem wei- teren Ventilsitz in Richtung des weiteren Kolbenraums abhebbar ist. Neben einzylindrigen Kompressoren werden auch Kompressoren mit zwei oder mehr Zylindern verwendet, wobei jeweils eine in Richtung der weiteren Kolbenräume öffnende Ventileinrichtung zur Entlastung des Kompressors vorgesehen sein kann.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der weitere Absperrkörper zumindest Teilweise in eine weitere Ausnehmung in einem Zylinderkopf bewegbar ist, die an den weiteren Kolbenraum angrenzt.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass der weitere Absperrkörper zumindest Teilweise in den weiteren Kolbenraum bewegbar ist, wobei der von dem weiteren Ventilsitz abgehobene weitere Absperrkörper am oberen Umkehrpunkt eines in dem weiteren Kolbenraum bewegbaren weiteren Kolbens zumindest Teilweise in eine an dem weiteren Kolben angeordnete weitere Aussparung hineinragt .
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Kolbenraum und der weitere Kolbenraum über den Schadraum miteinander verbunden sind, wenn die Ventileinrichtung und die weitere Ventileinrichtung geöffnet sind. Durch die Verbindung des Kolbenraums und des weiteren Kolbenraums über den Schadraum wird ein Druckaufbau während einer Entlastungs- phase des Kompressors weitgehend verhindert, da die Luft zwischen dem Kolbenraum und dem weiteren Kolbenraum hin und her gepumpt werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein weiterer Schadraum vorgesehen ist, der über die weitere Ventileinrichtung mit dem weiteren Kolbenraum verbindbar ist . Das Vorsehen eines weiteren Schadraumes ermöglicht die sepa- rate Entlastung des Kolbenraums und des weiteren Kolbenraums.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der weitere Schadraum mit der Atmosphäre gekoppelt ist .
Die Erfindung stellt weiterhin ein Nutzfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kompressor bereit.
Das gattungsgemäße Verfahren wird dadurch weiterentwi- ekelt, dass der Absperrkörper zum Öffnen der Ventileinrichtung von einem Ventilsitz in Richtung des Kolbenraums abgehoben wird. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Kompressors auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt.
Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Dieses ist in nützlicher Weise dadurch weiterentwickelt, dass der Absperrkörper zumindest teilweise in eine Ausnehmung in einem Zylinderkopf bewegt wird, die an den Kolbenraum angrenzt, während ein in dem Kolbenraum bewegbarer Kolben in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist. Das Bewegen des Absperrkörpers während der in dem Kolben- räum bewegbare Kolben in der Nähe des unteren Umkehr- punkts ist, ist besonders einfach, da zu diesem Zeitpunkt der Druck in dem Kolbenraum niedrig ist. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Absperrkörper zumindest Teilweise in dem Kolbenraum bewegt wird, während ein in dem Kolbenraum bewegbarer Kolben in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist, wobei der von dem Ventilsitz abgehobene Absperrkörper am oberen Umkehrpunkt des Kolbens zumindest teilweise von einer an dem Kolben angeordneten Aussparung aufgenommen wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Schadraum mit der Atmosphäre gekoppelt wird.
Es ist auch denkbar, dass eine weitere Ventileinrichtung mit einem weiteren Absperrkörper und ein weiterer Kolbenraum vorgesehen sind, wobei der weitere Absperrkörper zum Öffnen der weiteren Ventileinrichtung von einem weiteren Ventilsitz in Richtung des weiteren Kolbenraums abgehoben wird.
Vorteilhafterweise kann dann vorgesehen sein, dass der weitere Absperrkδrper zumindest Teilweise in eine weitere Ausnehmung in einem Zylinderkopf, die an den weiteren Kolbenraum angrenzt, bewegt wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der weitere Ab- sperrkδrper zumindest Teilweise in den weiteren Kolbenraum bewegt wird, während ein in dem weiteren Kolbenraum bewegbarer weiterer Kolben in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist, wobei der von dem weiteren Ventilsitz abgehobene weitere Absperrkδrper am oberen Umkehrpunkt des weiteren Kolbens zumindest Teilweise von einer an dem weiteren Kolben angeordneten weiteren Aussparung aufgenommen wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kolbenraum und der weitere Kolbenraum über den Schadraum miteinander verbunden werden.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass ein weiterer Schadraum vorgesehen ist, der über die weitere Ventileinrichtung mit dem weiteren Kolbenraum verbunden wird.
Insbesondere kann dann vorgesehen sein, dass der weitere Schadraum mit der Atmosphäre gekoppelt wird.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht eines ersten erfindungsgemäßen Kompressors;
Figur 2 eine Detailansicht eines ersten erfindungsgemäßen Zylinderkopfs;
Figur 3 eine Detailansicht eines ersten erfindungsgemä- ßen Zylinderkopfs in einer Förderphase;
Figur 4 eine Detailansicht eines ersten erfindungsgemäßen Zylinderkopfs in einer Entlastungsphase;
Figur 5 einen Ausschnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Kompressors; Figur 6 einen Ausschnitt eines dritten erfindungsgemäßen Kompressors;
Figur 7a eine Ansaugphase eines entlasteten Kompressors;
Figur 7b eine Komprimierungsphase eines entlasteten Kompressors ;
Figur 7c eine weitere Ansaugphase eines entlasteten Kompressors;
Figur 8 einen entlasteten Kompressor;
Figur 9a ein erstes die Energieeinsparung durch Entlas- tung veranschaulichendes Diagramm und
Figur 9b ein zweites die Energieeinsparung durch Entlastung veranschaulichendes Diagramm.
In den Zeichnungen verwendete gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichartige Teile.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines ersten erfindungsgemäßen Kompressors. Der dargestellte Kompressor 10 umfasst ein Gehäuse 14 mit einem Kolbenraum 16 in dem ein in dem Kolbenraum 16 bewegbarer Kolben 30 angeordnet ist, der über ein Pleuel 34 von einer Kurbelwelle 36 angetrieben wird, und einen Zylinderkopf 28. In dem Zylinderkopf 28 sind ein Schadraum 18 und eine Ventileinrichtung 20 mit einem Absperrkörper 22 und einem zugehörigen Ventilsitz 24 hinter einer Ausnehmung 26 angeordnet. Durch das Schalten der Ventileinrichtung 20 ist eine Verbindung zwischen dem Schadraum 18 und dem Kolbenraum 16 freigebbar, was im Folgenden näher erläutert wird.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht eines ersten erfindungs- gemäßen Zylinderkopfs. Neben den in Figur l bezeichneten Teilen sind eine Feder 46, eine Stützplatte 48, ein Dichtring 50, eine Ventilplatte 52 und ein Schaltraum 54 bezeichnet. In die Ventilplatte 52 ist die Ausnehmung 26 mit dem Ventilsitz 24 eingelassen, auf den der Absperr- körper 22 in dem dargestellten geschlossenen Zustand der Ventileinrichtung 20 aufsitzt. Dabei wird der Absperrkörper 22 von der sich an der Stützplatte 48 abstützen Feder 46 gegen den Ventilsitz 24 gepresst. Der Dichtring 50 dichtet den Schaltraum 54 ab, wobei eine Belüftung des Schaltraumes 54 ein Ausrücken des Absperrkörpers 22 in die Ausnehmung 26 entgegen der Federkraft der Feder 46 bewirkt .
Die Figuren 3 und 4 zeigen weitere Detailansichten eines ersten erfindungsgemäßen Zylinderkopfs in einer Förder- beziehungsweise Entlastungsphase. Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Bestandteile des Zylinderkopfs 28 sind im Wesentlichen mit den in Figur 2 bereits bezeichneten Teilen identisch. In Figur 3 ist die Ventileinrich- tung 20 im geschlossenen Zustand dargestellt, während in Figur 4 eine gleichartige Ventileinrichtung 20 in einem geöffneten Zustand dargestellt ist. In dem geöffneten Zustand ist der Schalträum 54 belüftet und in Folge dessen der Absperrkδrper 22 in die Ausnehmung 26 ausgerückt, das heißt von dem Ventilsitz 24 abgehoben.
Figur 5 zeigt einen Ausschnitt eines zweiten erfindungs- gemäßen Kompressors. Der in Figur 5 dargestellte Aus- schnitt des Kompressors 10 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass in der Ventilplatte 52 keine Ausnehmung 26 vorgesehen ist. Der Absperrkörper 22 schließt im eingerückten Zustand bündig mit der Ven- tilplatte 52 ab. Um dennoch ein Ausrücken des Absperrkörpers 22 zu ermöglichen, ist eine Aussparung 32 in dem Kolben 30 vorgesehen, in die der Absperrkörper 22 ausrückbar ist . In seinem ausgerückten Zustand ragt der Absperrkörper 22 am oberen Umkehrpunkt des Kolbens 30 teilweise in die Aussparung 32 hinein. Zwischen der Aussparung 32 und dem Schadraum 18 entsteht beim Ausrücken des Absperrkδrpers 22 durch Belüftung des Schaltraumes 54 eine Verbindung, durch die Luft strömen kann.
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt eines dritten erfindungsgemäßen Kompressors. Der in Figur 6 dargestellte Kompressor 10 ist ein Kompressor mit zwei Zylindern. Neben den bereits bezeichneten Teilen umfasst der in Figur 6 dargestellte Kompressor 10 einen weitern Kolbenraum 16 ' , einen weiteren Schadraum 18', eine weitere Ventileinrichtung 20" mit einem weiteren Absperrkδrper 22 ', einem weiteren Ventilsitz 24' und einer weiteren Feder 46' und einen weiteren Kolben 30' mit einer weiteren Aussparung 32'. In der dargestellten Ausführungsform des Kompressors 10 ist der Schadraum 18 nicht mit dem weiteren Schadraum 18" verbunden und beide Schadräume 18, 18' können separat von den beiden Ventileinrichtungen 20, 20' zur Entlastung der beiden Zylinder geschaltet werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die beiden Schadräume 18, 18' miteinander verbunden sind, wodurch bei gleichzeitiger Öffnung der Ventileinrichtung 20 und der weiteren Ventileinrichtung 20' eine Verbindung zwischen dem Kolbenraum 16 und dem weiteren Kolbenraum 16' entsteht, über die Luft strömen kann. Diese Möglichkeit wird im Zusammenhang mit Figur 8 näher beschrieben. Analog zu dem dargestellten Zweizylinderkompressor mit einer Aussparung 32 und einer weiteren Aussparung 32' ist auch die Anordnung der Ventileinrich- tungen 20 und der weiteren Ventileinrichtung 20' in zwei Ausnehmungen, gemäß den Figuren 1 bis 4, denkbar.
Die Figuren 7a, 7b und 7c zeigen die Arbeitsphasen eines entlasteten Kompressors 10. In Figur 7a ist ein Kompres- sor 10 dargestellt, dessen Ventileinrichtung 20 während des letzten Arbeitstaktes zur Entlastung des Kompressors 10 geöffnet wurde. Während einer ersten Ansaugphase, bei der sich der Kolben 30 von der Ventileinrichtung 20 wegbewegt, wird Luft durch ein Lufteinlassventil 38 von einem Lufteinlass 42 in den Kolbenraum 16 gesaugt. Während dieser Phase bleibt das Luftauslaufventil 40 geschlossen und es wird keine Luft in einen Luftauslass 44 gefördert .
Im Anschluss an diese erste Ansaugphase bewegt sich der Kolben 30 wieder in Richtung der Ventileinrichtung 20, wobei sich das Lufteinlassventil 38 aufgrund des fehlenden Unterdrucks schließt und das Luftauslassventil 40 sich aufgrund des niedrigen Druckes in dem Kolbenraum 16 idealerweise nicht öffnet. Da die Ventileinrichtung 20 geöffnet, das heißt der Schadraum 18 mit dem Kolbenraum 16 verbunden ist, atmet der Kompressor 10 während dieser Phase Luft in den Schadraum 18. Die Luft wird daher in den Schadraum 18 hineinkomprimiert, wobei der erreichbare Druck im Idealfall unterhalb des am Luftauslass 44 anstehenden Drucks verbleibt . Bei der in Figur 7c gezeigten weiteren Ansaugphase bewegt sich der Kolben wieder, wie in Figur 7a, von der Ventil- einrichtung 20 weg, jedoch bleibt nun sowohl das Lufteinlassventil 38 als auch das Luftauslassventil 40 geschlos- sen. Während der weiteren Ansaugphase wird die in den Schadraum hineinkomprimierte Luft wieder zurück in den Kolbenraum 16 expandiert.
Figur 8 zeigt einen entlasteten Kompressor. Der in Figur 8 dargestellte Kompressor 10 ist ein Kompressor mit zwei Zylindern, wobei der Kolbenraum 16 und der weitere Kolbenraum 16' durch das Öffnen einer Ventileinrichtung 20 und einer weiteren Ventileinrichtung 20' über einen Schadraum 18 verbindbar sind. Im Inneren des Kolbenraums 16 und des weiteren Kolbenraums 16' sind über Pleuel 34 bzw. 34' mit einer Kurbelwelle 36 gekoppelte Kolben 30 bzw. 30' angeordnet. Wenn sowohl die Ventileinrichtung 20 als auch die weitere Ventileinrichtung 20' geöffnet sind, ist der Kompressor 10 entlastet, wobei während der perio- dischen Auf- und Abbewegung des Kolbens 30 und des weiteren Kolbens 30' die Luft über den Schadraum 18 zwischen den beiden Kolbenräumen 16, 16' hin und her gepumpt wird. Im Idealfall bleiben dabei sowohl die Lufteinlassventile 38, 38' als auch die Luftauslassventile 40, 40' geschlos- sen, da weder ein Unterdruck noch ein Überdruck im Inneren aufgebaut wird. Der dargestellte Kompressor saugt also keine Luft durch die beiden Lufteinlässe 42, 42' in seinem entlasteten Zustand.
Die Figuren 9a und 9b zeigen zwei die Energieeinsparung durch Kompressorentlastung veranschaulichende Diagramme. Auf der X-Achse beider Diagramme ist die Kompressordrehzahl in Umdrehungen pro Minute aufgetragen, während auf der Y-Achse der jeweilige Energieverbrauch in Kilowattstunden aufgetragen ist. Die Figur 9a zeigt vier Kurven für einen Kompressor mit 250 cm3, wobei die Kurven 104 und 106 den Energieverbrauch bei einem Förderdruck von 8,5 bar beziehungsweise 12 bar bezeichnen. Die Kurven 100 und 102 bezeichnen zwei unterschiedliche Energiesparmodi des Kompressors, die durch Entlastung realisierbar sind. Die in Figur 9b aufgetragenen vier Kurven gehören zu einem Kompressor mit 360 cm3, wobei die oberen beiden Kurven 112, 114 wieder einem Förderdruck von 8,5 bar beziehungsweise 12 bar entsprechen und die unteren beiden Kurven 108, 110 wieder zwei unterschiedliche durch Entlastung realisierbare Energiesparmodi des Kompressors bezeichnen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 Kompressor
12 Nutzfahrzeug
14 Gehäuse
16 Kolbenraum
16 ■ weiterer Kolbenraum 18 Schadraum
18 ' weiterer Schadraum
20 Ventileinrichtung
20' weitere Ventileinrichtung
22 Absperrkörper 22 ' weiterer Absperrkδrper
24 Ventilsitz
24' weiterer Ventilsitz
26 Ausnehmung
28 Zylinderköpf 30 Kolben
30' weiterer Kolben
32 Aussparung
32 ' weitere Aussparung
34 Pleuel 34' Pleuel
36 Kurbelwelle
38 Lufteinlassventil 38' Lufteinlassventil
40 Luftauslassventil 40' Luftauslassventil
42 Lufteinlass
42 ■ Lufteinlass
44 Luftauslass 6 Feder
46 ' weitere Feder
48 Stützplatte
50 Dichtring 52 Ventilplatte
54 Schaltraum
100 225 ccm Kompressor in einem Energiesparmodus
102 225 ccm Kompressor in einem Energiesparmodus
104 225 ccm Kompressor bei 8,5 bar Druck 106 225 ccm Kompressor bei 12 bar Druck
108 360 ccm Kompressor in einem Energiesparmodus
110 360 ccm Kompressor in einem Energiesparmodus
112 360 ccm Kompressor bei 8,5 bar Druck
114 360 ccm Kompressor bei 12 bar Druck

Claims

Ansprüche
1. Kompressor (10) zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug (12) , wobei der Kompressor (10)
ein Gehäuse (14) mit einem Kolbenraum (16) und einem Schadraum (18) und
eine Ventileinrichtung (20) mit einem Absperrkörper (22) zum Trennen des Schadraums (18) von dem Kolbenraum (16) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper (22) zum Öffnen der Ventileinrichtung (20) von einem Ventilsitz (24) in Richtung des Kolbenraums (16) abhebbar ist.
2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkδrper (22) zumindest Teilweise in eine Ausnehmung (26) in einem Zylinderkopf (28) bewegbar ist, die an den Kolbenraum (16) angrenzt.
3. Kompressor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper (22) zumindest Teilweise in den Kolbenraum (16) bewegbar ist, wobei der von dem Ventilsitz (24) abgehobene Absperrkδrper (22) am oberen Umkehrpunkt eines in dem Kolbenraum (16) bewegba- ren Kolbens (30) zumindest Teilweise in eine an dem Kolben (30) angeordnete Aussparung (32) hineinragt.
4. Kompressor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schadraum (18) mit der Atmosphäre gekoppelt ist.
5. Kompressor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine weitere Ventileinrichtung (20') mit einem weiteren Absperrkörper (22 ') und ein weiterer KoI- benraum (16') vorgesehen sind und
dass der weitere Absperrkörper (22') zum Öffnen der weiteren Ventileinrichtung (20') von einem weiteren Ventilsitz (24') in Richtung des weiteren Kolben- raums (16') abhebbar ist.
6. Kompressor (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Absperrkörper (22') zumindest Teilweise in eine weitere Ausnehmung in einem Zylinder- köpf (28) bewegbar ist, die an den weiteren Kolbenraum (16') angrenzt.
7. Kompressor (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Absperrkörper (22') zumindest Teilweise in den weiteren Kolbenraum (16') bewegbar ist, wobei der von dem weiteren Ventilsitz (24 ') abgehobene weitere Absperrkörper (22') am oberen Umkehrpunkt eines in dem weiteren Kolbenraum (16') bewegbaren weiteren Kolbens (30') zumindest Teilweise in eine an dem weiteren Kolben (30') angeordnete weitere Aussparung (32 ') hineinragt.
8. Kompressor (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (16) und der weitere Kolbenraum (16') über den Schadraum (18) miteinander verbunden sind, wenn die Ventileinrichtung (20) und die weitere Ventileinrichtung (20 ■) geöffnet sind.
9. Kompressor (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Schadraum (18') vorgesehen ist, der über die weitere Ventileinrichtung (20') mit dem weiteren Kolbenraum (16') verbindbar ist.
10. Kompressor (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schadraura (18 ') mit der Atmosphäre gekoppelt ist.
11. Nutzfahrzeug (12) mit einem Kompressor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Verfahren zur Entlastung eines Kompressors (10) zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug (12) , wobei der Kompressor (10)
ein Gehäuse (14) mit einem Kolbenraum (16) und einem Schadraum (18) und
eine Ventileinrichtung (20) mit einem Absperrkδrper (22) zum Trennen des Schadraums (18) von dem Kolbenraum (16) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkδrper (22) zum
Öffnen der Ventileinrichtung (20) von einem Ventilsitz (24) in Richtung des Kolbenraums (16) abgehoben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkδrper (22) zumindest Teilweise in eine Ausnehmung (26) in einem Zylinderkopf (28) bewegt wird, die an den Kolbenraum (16) angrenzt, während ein in dem Kolbenraum (16) bewegbarer Kolben (30) in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 , dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper (22) zumindest Teilweise in den Kolbenraum (16) bewegt wird, während ein in dem Kolbenraum (16) bewegbarer Kolben (30) in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist, wobei der von dem Ventilsitz (24) abgehobene Absperrkörper (22) am oberen Umkehrpunkt des Kolbens (30) zumindest Teilweise von einer an dem Kolben (30) angeordneten Aussparung (32) aufgenommen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schadraum (18) mit der Atmosphäre gekoppelt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Ventileinrichtung (20') mit einem weiteren Absperrkörper (22') und ein weiterer Kolbenraum (16') vorgesehen sind, wobei der weitere Absperrkδrper (22 ') zum Öffnen der weiteren Ventileinrichtung (20 ') von einem weiteren Ventilsitz (24') in Richtung des weiteren Kolbenraums (16 ') abgehoben wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Absperrkörper (22') zumindest Teilweise in eine weitere Ausnehmung in einem Zylinderkopf (28) , die an den weiteren Kolbenraum (16 ') angrenzt, bewegt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17 , dadurch gekenn- zeichnet, dass der weitere Absperrkδrper (22 ') zumindest Teilweise in den weiteren Kolbenraum (16 ') bewegt wird, während ein in dem weiteren Kolbenraum (16 ') bewegbarer weiterer Kolben (30') in der Nähe des unteren Umkehrpunkts ist, wobei der von dem weiteren Ventilsitz (24 ') abgehobene weitere Absperrkδrper (22') am oberen Umkehrpunkt des weiteren Kolbens (30') zumindest Teilweise von einer an dem weiteren Kolben (30 ') angeordneten weiteren Aussparung (32') aufgenommen wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (16) und der weitere Kolbenraum (16 ') über den Schadraum (18) miteinander verbunden werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Schadraum (18 ') vorgesehen ist, der über die weitere Ventileinrichtung (20') mit dem weiteren Kolbenraum (16 ') verbunden wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schadraum (18') mit der Atmosphäre gekoppelt wird.
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