WO2011157681A1 - Luftgekühlter kolbenkompressor mit spezieller kühlluftführung - Google Patents

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WO2011157681A1
WO2011157681A1 PCT/EP2011/059782 EP2011059782W WO2011157681A1 WO 2011157681 A1 WO2011157681 A1 WO 2011157681A1 EP 2011059782 W EP2011059782 W EP 2011059782W WO 2011157681 A1 WO2011157681 A1 WO 2011157681A1
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air
cooling air
compressor
cooled
cooling
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PCT/EP2011/059782
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Michael Hartl
Jürgen MENDEL
Jörg MELLAR
Matthias Fritz
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Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F04B25/005—Multi-stage pumps with two cylinders
    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B27/005—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders with two cylinders
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an air-cooled piston compressor for use in vehicles, especially commercial vehicles, with a compressor having a plurality of cylinders, which is driven by a motor, which also has a fan for generating a cooling air flow for cooling, in particular the cylinder.
  • the field of application of the invention extends primarily to oil-free piston compressors in multi-cylinder design, which operate in one stage even at high operating pressures, wherein the cooling of the cylinder is performed via a cooling air flow.
  • compressor concepts are recently being tested in which the compressor is driven by an electric motor, which is supplied for example by a generator and a converter and is installed in places of the vehicle, where no cooling water is available, but often high ambient temperatures prevail.
  • the compressed air generated by the compressor is used in particular for the operation of the vehicle brakes.
  • Compressors of the type described above required, which work reliably with little effort in the smallest space at extreme ambient temperatures and with a LK: hv Low maintenance cover a high air requirement.
  • oil-free compressor concepts no oil filling of the compressor housing in the conventional sense is more available.
  • the lubrication on the piston raceways is replaced by a low-friction piston coating.
  • the rotating parts are supported by roller bearings with temperature-resistant, long-lasting grease filling. In the valves also guided parts are avoided, which could generate frictional heat.
  • air-cooled compressors are used rather.
  • Particularly air-cooled reciprocating compressors are often equipped in these applications with axial fans, which are mounted on one side of the crankshaft of the reciprocating compressor and driven by this.
  • These piston compressors are often designed in W, V or star design, so that the cooling air of the axial fan can be performed as evenly as possible over all cylinders. If, on the other hand, cylinders of other cylinders - for example in the case of a row arrangement - are concealed in the direction of cooling flow, there is a risk of overheating.
  • Such air-cooled reciprocating compressors are designed in two-stage or multi-stage operating pressures of over 8 bar, in order to keep the component temperatures low.
  • Such multi-stage compressor concepts are in the general state of the art often in brake air compressors in rail vehicle application in application. Some types work with simple baffles, through which the cooling air is passed as close as possible to the hidden cylinders, in order to cool them better.
  • oil-free reciprocating compressor concepts in single-stage design for pressures above 10 bar could not prevail, especially in air-cooled design, because due to the high component temperatures, resulting from high speed and power density in the smallest space, the necessary component life could not be achieved.
  • DE 101 38 070 C2 discloses a technical solution for lowering the temperatures in the crankcase of an oil-free two-stage compressor.
  • the change in volume caused by the piston movement is used to generate a cooling air flow.
  • the cooling air is used primarily for jacket cooling of the cylinder, but also for ventilation of the crankcase.
  • the disadvantage of this design is that the ventilation is not completely integrated in the compressor, but lateral cooling air supply and additional filter systems for cleaning the cooling air are required. Furthermore, can Contaminants and water accumulate in the crankcase. This solution was therefore unsuitable for single-stage compressor.
  • the object is achieved on the basis of an air-cooled piston compressor according to the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features.
  • the following dependent claims give advantageous developments of the invention.
  • the invention includes the technical teaching that a fan is mounted on a connecting shaft between the engine and the compressor, which sucks cooling air from the environment and promotes in a subsequent cooling air duct, wherein the cylinder at least partially surrounding the cooling air duct is designed such that all Cylinder cylinders arranged in series of the compressor are uniformly flowed around by the cooling air.
  • the advantage of the solution according to the invention manifests itself in particular in that piston and piston ring wear as well as the wear of the lubricants at the bearing points on all cylinders are uniformly low.
  • the air-cooled piston compressor according to the invention achieves long service lives without maintenance, so that the overhaul intervals of the vehicle or the vehicle life are achieved even without replacement.
  • the compressor of the piston compressor according to the invention can be performed oil-free and produces so far advantageous oil-free compressed air, which solves the hitherto commonly occurring in commercial vehicle Verkölungs- and coking problem in the brake system.
  • the freedom from oil of the compressor also solves the problem of condensate removal and emulsion binding in the oil.
  • the air-cooled piston compressor according to the invention can be used in commercial vehicles, since this is characterized by a sufficiently high power density at high speeds.
  • the flow around the cylinder of the compressor should mainly be done by the cooling air duct from two sides and perpendicular to the direction of rotation of the compressor. As a result, the cooling air flow can be evenly distributed to the points to be cooled and divided in adaptation to the number of components to be cooled.
  • cooling air duct along the flow direction constant in order to produce a uniform flow of cooling air, but to selectively select different cross-sections.
  • the cylinder which is closest to the fan, by cross-section throttling a experience reduced cooling air supply, so that remaining cylinders, which are arranged further away from the fan, receive approximately the same cooling air as said closer cylinder.
  • This advantage can be implemented solely by appropriate dimensioning of the cooling air forming component.
  • such a cooling air channel should be formed by a two-part plastic housing, the halves of which can be easily produced in molds with a simple mold division, preferably by injection molding.
  • the cooling air channel recombine the cooling air in the flow direction downstream of the cylinders, so that said cooling air can be directed out of the hot zone of the cylinder to the outside via a common exhaust air duct. Since thereby consumed, so heated, cooling air does not flow out at different points of the compressor unit to the outside, the spent cooling air can be purposefully dissipate to the outside, if necessary, via a further s hose extension.
  • the fan arranged between the motor and the compressor should be designed in the manner of a radial fan.
  • a radial fan can be arranged in a particularly space-saving manner between the said components without the outer geometric dimensions of the entire air-cooled piston compressor increasing disproportionately.
  • such a radial fan should initially blow the cooling air drawn in radially away from the rotational axis of the compressor, after which a redirection of the cooling air flow through the cooling air duct should first be effected in the axial direction of the compressor axis and then again away from the compressor axis in the radial direction to blow over the cylinders.
  • this special cooling air flow guide can save space to create a sufficient cooling effect.
  • the cooling air should be sucked over circumferentially distributed openings arranged in the region of the drive side shaft end of the compressor or the driven side shaft end of the motor flange to from there from the radial fan in the cooling air duct to be pressed. By using this flange area no additional space for generating the openings for the radial fan is required. In particular, this solution avoids further axial expansion of the air-cooled reciprocating compressor.
  • the filtered air passes into a connecting line between the cylinder head and the crankcase, where there flows a part for compression in the direction of the cylinder head and another part passes to the crankcase for the purpose of internal cooling of the bearings there existing.
  • the cooling air be guided into the crankcase in channels arranged separately from the cylinder.
  • the cooling air flowing through the crankcase housing internally preferably evenly to chambers and to Cooling components should be divided to achieve a particularly high efficiency of the internal cooling.
  • the cooling air can also be divided evenly into chambers and components to be cooled within the crankcase.
  • cooling air duct with regard to the most compact possible structural adaptation to the existing geometric dimensions of the compressor, possibly other sound insulation measures can be taken, for example by integration of sound insulation materials. These can also cover other sound-emitting components of the crankcase, in particular cylinder heads and crankcases.
  • FIG. 1 is a perspective view of an air-cooled piston compressor
  • Fig. 2 is a view of an air-cooled piston compressor from below with partially cut compressor
  • Fig. 2 is a view of the reciprocating compressor of FIG. 1 from the side with also partially sectioned compressor.
  • Fig.l passes through an air filter 13 sucked and filtered air from the environment via an intake air line 14 in a branching therefrom connecting line 10 between the cylinder head 11 and the crankcase 12 of the compressor 2.
  • Part of the air flows therewith for compression in the direction of the cylinder head 11 and remaining part of the air flows into the crankcase 12 for cooling internal bearings.
  • the air drawn in from the outside is thus divided by the heat emitted by the compressor 2 before heating. Heated and therefore used cooling air leaves the cooling passage via a cooling air outlet 15.
  • a fan 4 is integrated, which is designed in the manner of a radial fan.
  • Both compressor 2 and electric motor 3 are designed in self-centering flange design and are bolted together via the intermediate fan 4. The air enters via radial openings 8.
  • the air-cooled piston compressor has inside two cylinders la and lb, which are shown here from below looking.
  • the two cylinders la and lb are part of the single-stage and oil-free compressor 2, which is driven by the electric motor 3.
  • the fan 4 is arranged on a driven by the motor 3 and passed through to the compressor 2 common connecting shaft 5, about which the fan 4 rotates at the engine speed to suck cooling air from the environment and to promote in a fan 4 subsequent cooling air duct 6.
  • the cooling air duct 6 which completely surrounds the cylinders 1a and 1b in the further course is designed so that the two cylinders la and lb of the compressor 2 arranged in series are uniformly circulated with cooling air as described above.
  • the cooling air duct 6 forwards the used cooling air in the flow direction downstream of the two cylinders 1a and 1b into a common exhaust air duct, from where the used cooling air is brought together to the outside.
  • the cooling air guide is controlled such that the fan 4 initially blows away the cooling air radially from the axis of rotation of the compressor 2, after which a deflection of the cooling air flow through the cooling air duct 6 first takes place in the axial direction of the compressor axis and then again in the radial direction of the Compressor axis away over the cylinder la and lb blown away.
  • the air-cooled piston compressor has circumferentially distributed openings 8 of a flange 9 of the motor 3, from where the cooling air enters the fan 4 to save space.
  • a connecting line 10 is provided, which directs a portion of the intake air for compression in the cylinders la and lb, but branches off another part for internal cooling.
  • the filtered air to be compressed passes via the connecting line 10 in the region of the cylinder head 1 1 shown in Fig. 3, which covers both cylinders la and lb and - not shown - includes intake and exhaust valves.
  • the other part of the filtered air flows through the crankcase 12 of the compressor 2 for internal cooling.
  • the internal bearings are supplied with cooling air.
  • a part of the cooling air duct 6 surrounds the two cylinders la and lb from the outside in order to ensure the desired uniform flow around the two cylinders la and lb arranged in series with cooling air.

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Abstract

Luftgekühlter Kolbenkompressor für Fahrzeuge mit einem mehrere Zylinder (1a, 1b) aufweisenden Verdichter (2), der durch einen Motor (3) angetrieben ist und einen Lüfter (4) zur Erzeugung eines Kühlluftstroms aufweist, wobei der Lüfter (4) auf einer Verbindungswelle (5) zwischen Motor (3) und Verdichter (2) angeordnet ist und die Kühlluft aus der Umgebung ansaugt und diese in einen nachfolgenden Kühlluftkanal (6) fördert, wobei ferner der die Zylinder (1a, 1b) zumindest teilweise umgebende Kühlluftkanal (6) so ausgebildet ist, dass alle in Reihe angeordneten Zylinder (1a, 1b) des Verdichters gleichmäßig mit Kühlluft umströmbar sind.

Description

Luftgekühlter Kolbenkompressor mit spezieller Kühlluftführung
Die Erfindung betrifft einen luftgekühlten Kolbenkompressor zum Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, mit einem mehrere Zylinder aufweisenden Verdichter, der durch einen Motor angetrieben wird, welcher daneben auch einen Lüfter zur Erzeugung eines Kühlluftstroms zur Kühlung insbesondere der Zylinder aufweist.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf ölfreie Kolbenkompressoren in mehrzylindriger Ausführung, welche auch bei hohen Betriebsdrücken einstufig arbeiten, wobei die Kühlung der Zylinder über einen Kühlluftstrom durchgeführt wird.
Bei Nutzfahrzeugen, insbesondere bei Bussen, welche als Elektro- oder Hybridfahrzeuge ausgebildet sind, werden jüngst vermehrt Kompressorkonzepte getestet, bei denen der Kompressor mit einem Elektromotor angetrieben wird, der beispielsweise von einem Generator und einem Umrichter gespeist wird und an Stellen des Fahrzeugs eingebaut wird, an denen kein Kühlwasser zur Verfügung steht, oft jedoch hohe Umgebungstemperaturen herrschen. Bei solchen Fahrzeugen wird die durch den Kompressor erzeugte Druckluft insbesondere zum Betrieb der Fahrzeugbremsen genutzt.
Insbesondere für den Einsatz in Elektro- und Hybridfahrzeugen werden ölfrei verdichtende
Kompressoren der vorstehend beschriebenen Art benötigt, welche mit geringem Aufwand auf kleinstem Bauraum bei extremen Umgebungstemperaturen zuverlässig arbeiten und mit ei- LK:hv nem geringen Wartungsaufwand einen hohen Luftbedarf decken. Bei ölfreien Verdichterkonzepten ist keine Ölfüllung des Verdichtergehäuses im herkömmlichen Sinn mehr vorhanden. Die Schmierung an den Kolbenlaufbahnen wird ersetzt durch eine reibungsarme Kolbenbe- schichtung. Die drehenden Teile werden wälzgelagert mit temperaturbeständiger langlebiger Fettfüllung. In den Ventilen werden außerdem geführte Teile vermieden, welche Reibungswärme erzeugen könnten.
In der Vergangenheit kamen bei Nutzfahrzeugen im Gegensatz hierzu ölgeschmierte Kolbenkompressoren für die Drucklufterzeugung zum Einsatz. Diese sind meist direkt am Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angeflanscht und werden gewöhnlich über Zahnräder angetrieben. Die Kühlung erfolgt dabei über Kühlwasser, welches vom Verbrennungsmotor abgezweigt wird.
Für andere Verbraucher, beispielsweise zur Versorgung pneumatischer Aggregate, welche auf Nutzfahrzeugen angebracht werden, kommen eher luftgekühlte Kompressoren zum Einsatz. Besonders luftgekühlte Kolbenkompressoren werden in diesen Einsatzfällen häufig mit Axiallüftern ausgestattet, welche einseitig auf der Kurbelwelle des Kolbenkompressors angebracht sind und von dieser angetrieben werden. Diese Kolbenkompressoren sind oft in W-, V- oder Sternbauweise ausgeführt, damit die Kühlluft des Axiallüfters möglichst gleichmäßig über alle Zylinder geführt werden kann. Werden dagegen Zylinder von anderen Zylindern - beispielsweise bei Reihenanordnung - in Kühlstromrichtung verdeckt, besteht die Gefahr einer Überhitzung. Um eine Überhitzung zu vermeiden, werden solche luftgekühlten Kolbenkompressoren bei Betriebsdrücken über 8 bar zweistufig oder mehrstufig ausgeführt, um die Bauteiltemperaturen niedrig zu halten. Solche mehrstufigen Verdichterkonzepte sind im allgemeinen Stand der Technik oftmals bei Bremsluftkompressoren im Schienenfahrzeugbau in Anwendung. Einige Bauarten arbeiten dabei mit einfachen Luftleitblechen, durch welche die Kühlluft an den verdeckten Zylindern möglichst nahe vorbeigeführt wird, um diese besser zu kühlen. In der Praxis konnten sich ölfreie Kolbenverdichterkonzepte in einstufiger Ausführung für Drücke über 10 bar nicht durchsetzen, insbesondere in luftgekühlter Ausführung, weil aufgrund der hohen Bauteiltemperaturen, welche aus hoher Drehzahl und Leistungsdichte auf kleinstem Bauraum resultieren, die nötigen Bauteilstandzeiten nicht erreicht werden konnten. Bei luftgekühlten einstufigen ölfreien Kolbenkompressoren in Reihenbauweise mit Axiallüfter auf dem Ende der Kurbelwelle besteht das Problem, dass an dem Zylinder, der im Luftschatten eines anderen Zylinders steht, auch unter Anwendung von Luftleitblechen der verdeckte Zylinder überhitzt, so dass Kolbenringe und Lagerfett an den Pleuellagern dieses Zylinders schnell verschleißen. Insbesondere an Stellen, an denen in Nutzfahrzeugen kein Kühlwasser zur Verfügung steht, können aber nur Kompressoren in luftgekühlter Ausführung zum Einsatz kommen. Eine besondere Herausforderung stellt die Kühlung der Wälzlager und der Zylinder dar. Wegen der Bauraumbegrenzungen können keine zusätzlichen Gebläse und Kühlluftführungen eingesetzt werden. Zur Senkung der Lagertemperaturen sind bislang ölfreie Verdichterkonzepte bekannt, bei denen die Ansaugluft durch das Kurbelgehäuse geführt wird. Dies hat eine Erwärmung der Ansaugluft zur Folge, was zu einer Erhöhung der Verdichtungsendtemperaturen führt, wodurch sich wiederum das gesamte Temperaturniveau des Verdichters erhöht. Dieses Konzept zeigte sich daher insgesamt für einstufige Verdichter ungeeignet.
Die DE 101 38 070 C2 offenbart eine technische Lösung für die Senkung der Temperaturen im Kurbelgehäuse eines ölfreien zweistufigen Verdichters. Hier wird die durch die Kolbenbewegung bedingte Änderung des Volumens zur Erzeugung eines Kühlluftstroms genutzt. Die Kühlluft wird vorrangig zur Mantelkühlung des Zylinders, aber auch zur Belüftung des Kurbelgehäuses eingesetzt. Der Nachteil dieser Ausführung besteht jedoch darin, dass die Belüftung nicht komplett im Kompressor integriert ist, sondern seitliche Kühlluftzuführungen und zusätzliche Filtersysteme zur Reinigung der Kühlluft erforderlich sind. Ferner können sich Verunreinigungen und Wasser im Kurbelgehäuse ansammeln. Diese Lösung zeigte sich daher für einstufige Verdichter ungeeignet.
Die DE 10 2004 042 944 AI beschreibt einen Kolbenkompressor mit einer Kurbelgehäusebelüftung, bei der die Kühlluft aus der Ansaugluft des Kompressors abgezweigt wird. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass die Kühlluft bereits im Zylinderkopf vorgewärmt und somit der Wirkungsgrad und das thermische Verhalten des Verdichters verschlechtert wird. Zwar wird das Temperaturproblem seitens des Kurbelgehäuses gelöst; das Temperaturproblem im Zylinderbereich bleibt jedoch bestehen.
Aus der DE 10 2005 040 495 AI geht ein weiterer Ansatz für eine Kurbelgehäusekühlung eines ölfreien Mehrzylinderkompressors hervor. Hier wird der Kühlluftvolumenstrom durch das Kurbelgehäuse erzeugt, und zwar durch eine Trennung des Kurbelgehäuses in der Art, dass jeder Zylinder seine eigene Kurbelgehäusekammer aufweist. Eine besondere Schwierigkeit hierbei ist die Montage des Kurbeltriebs, da Zwischenlagerungen der Kurbelwelle im Inneren des Kurbelgehäuses bestehen. Die technische Lösung erweist sich daher als fertigungstechnisch recht aufwändig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfach montierbaren mehrzy- lindrig einstufigen kompakten luftgekühlten Kolbenkompressor zu schaffen, der auch bei hohen Drücken zuverlässig luftgekühlt arbeitet, wobei sich an allen Zylindern gleichmäßige Zylinderwand- und Kurbelgehäusetemperaturen einstellen sollen.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem luftgekühlten Kolbenkompressor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass auf einer Verbindungswelle zwischen dem Motor und dem Verdichter ein Lüfter angebracht ist, welcher Kühlluft aus der Umgebung ansaugt und in einen nachfolgenden Kühlluftkanal fördert, wobei der die Zylinder zumindest teilweise umgebende Kühlluftkanal derart ausgebildet ist, dass alle in Reihe angeordneten Zylinder des Kompressors gleichmäßig von der Kühlluft umströmt werden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung äußert sich insbesondere darin, dass Kolben- und Kolbenringverschleiß sowie der Verschleiß der Schmierstoffe an den Lagerstellen an allen Zylindern gleichmäßig gering ausfällt. Darüber hinaus erreicht der erfindungsgemäße luftgekühlte Kolbenkompressor ohne Wartungsaufwand lange Standzeiten, so dass die Überholungsintervalle des Fahrzeugs oder die Fahrzeuglebensdauer sogar ohne Austausch erreicht werden. Dabei kann der Verdichter des erfindungsgemäßen Kolbenkompressors ölfrei ausgeführt werden und produziert insoweit vorteilhaft ölfreie Druckluft, was die bislang im Nutzfahrzeugbau häufig auftretende Verölungs- und Verkokungsproblematik im Bremssystem löst. Durch die Ölfreiheit des Verdichters wird darüber hinaus die Problematik der Kondensatentsorgung und der Emulsionsbindung im Öl gelöst. Insbesondere ist der erfindungsgemäß luftgekühlte Kolbenkompressor bei Nutzfahrzeugen einsetzbar, da sich dieser durch eine genügend große Leistungsdichte bei hohen Drehzahlen auszeichnet.
Die Umströmung der Zylinder des Verdichters sollte hauptsächlich durch den Kühlluftkanal geführt von zwei Seiten her und senkrecht zur Drehrichtung des Kompressors erfolgen. Hierdurch lässt sich der Kühlluftstrom gleichmäßig auf die zu kühlenden Stellen geben und in Anpassung an die Anzahl der zu kühlenden Bauteile aufteilen.
Gemäß eines anderen Aspekts der Erfindung wird vorgeschlagen, die Querschnitte des Kühlluftkanals entlang der Strömungsrichtung nicht konstant zu gestalten, um einen gleichmäßigen Kühlluftstrom zu erzeugen, sondern gezielt verschiedene Querschnitte zu wählen. So sollte der Zylinder, welcher dem Lüfter am nächsten liegt, durch Querschnittsdrosselung eine reduzierte Kühlluftzufuhr erfahren, so dass übrige Zylinder, die vom Lüfter weiter entfernt angeordnet sind, annähernd dieselbe Kühlluft erhalten wie der besagte näherliegende Zylinder. Dieser Vorteil lässt sich allein durch eine entsprechende Dimensionierung des den Kühlluft ausbildenden Bauteils umsetzen. Vorzugsweise sollte ein solcher Kühlluftkanal durch ein zweiteiliges Kunststoffgehäuse gebildet werden, dessen Hälften sich in Formen mit einfacher Formteilung vorzugsweise durch Spritzgießen in einfacher Weise herstellen lassen.
Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernde Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Kühlluftkanal die Kühlluft in Strömungsrichtung nach den Zylindern wieder zusammenfasst, so dass diese über einen gemeinsamen Abluftkanal gezielt aus der heißen Zone der Zylinder nach außen hin abgeführt werden kann. Da hierdurch verbrauchte, also aufgeheizte, Kühlluft nicht an verschiedenen Stellen der Verdichtereinheit nach außen hin abströmt, lässt sich die verbrauchte Kühlluft gezielt nach außen hin abführen, erforderlichenfalls über eine weitere S chlauchverlängerung .
Vorzugsweise sollte der zwischen Motor und Verdichter angeordnete Lüfter nach Art eines Radiallüfters ausgeführt sein. Ein solcher Radiallüfter lässt sich besonderes platzsparend zwischen den besagten Bauteilen anordnen, ohne dass die äußeren geometrischen Abmessungen des gesamten luftgekühlten Kolbenkompressors überproportional ansteigen.
Ein solcher Radiallüfter sollte die angesaugte Kühlluft gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zunächst radial von der Drehachse des Kompressors wegblasen, wonach eine Um- lenkung des Kühlluftstroms durch den Kühlluftkanal zuerst in axialer Richtung der Kompressorachse bewirkt werden sollte, um anschließend wieder in radialer Richtung von der Kompressorachse weg über die Zylinder hinweg zu blasen. Mit dieser speziellen Kühlluftstromführung lässt sich bauraumsparend eine hinreichende Kühlwirkung erzeugen. Im Hinblick auf die Erzielung einer kompakten Bauform wird ferner vorgeschlagen, dass die Kühlluft über am Umfang verteilte Öffnungen eines im Bereich des antriebsseitigen Wellenendes des Verdichters oder des abtriebseitigen Wellenendes des Motors angeordneten Flansches eingesaugt werden sollte, um von dort aus von dem Radiallüfter in den Kühlluftkanal gedrückt zu werden. Durch Nutzung dieses Flanschbereiches ist kein zusätzlicher Bauraum zur Erzeugung der Öffnungen für den Radiallüfter erforderlich. Insbesondere wird durch diese Lösung eine weitere axiale Ausdehnung des luftgekühlten Kolbenkompressors vermieden.
Nach einer zusätzlichen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die gefilterte Luft in eine Verbindungsleitung zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse gelangt, wobei dort ein Teil zur Verdichtung in Richtung Zylinderkopf strömt und ein anderer Teil zum Kurbelgehäuse zwecks interner Kühlung der dort vorhandenen Lagerstellen gelangt. Um die Kühlluft vor Erreichen der Wirkstelle innerhalb des Kurbelgehäuses nicht unvorteilhaft vorzuheizen, wird vorgeschlagen, dass die Kühlluft in getrennt vom Zylinder angeordneten Kanälen ins Kurbelgehäuse geführt wird. Hierdurch wird vorzugsweise gefiltert angesaugte Luft aus der Umgebung an einer Stelle, an der diese noch kühl ist, aufgeteilt und einerseits zum Verdichten in die Zylinder geführt und andererseits durch das Kurbelgehäuse geleitet, wobei die durch das Kurbelgehäuse strömende Kühlluft gehäuseintern vorzugsweise gleichmäßig nach Kammern und zu kühlenden Bauteilen aufgeteilt werden sollte, um einen besonders hohen Wirkungsgrad der Innenkühlung zu erzielen.
Vorzugsweise wird die die angesaugte und gefilterte Luft vor der Aufheizung durch die von den Zylindern abgegebenen Wärme durch eine Rohrverzweigung derart aufgeteilt, dass diese zum einen dem Zylinderkopf zur Verdichtung und zum anderen dem Kurbelgehäuse zur Kühlung zugeht. Dabei kann anschließend die Kühlluft auch gleichmäßig nach Kammern und zu kühlenden Bauteilen innerhalb des Kurbelgehäuses aufgeteilt werden. Entsprechend eines weiteren die Erfindung verbessernden Aspekts wird vorgeschlagen, den Kühlluftkanal als Schalldämmgehäuse auszuführen. Hierdurch können Lärmemissionen durch die Kühlluftströmung vermieden werden. Durch diese Maßnahme setzt die Lärmschutzmaßnahme also bereits bei der Konstruktion des Kühlluftkanals selbst an.
Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, den Kühlluftkanal hinsichtlich einer möglichst kompakten baulichen Anpassung an die vorhandenen geometrischen Abmessungen des Verdichters zu konstruieren, wobei ggf. andere Schalldämmmaßnahmen getroffen werden können, beispielsweise durch Integration von Schalldämmmaterialien. Diese können dabei auch andere schallabstrahlende Komponenten des Kurbelgehäuses überdecken, insbesondere Zylinderköpfe und Kurbelgehäuse.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines luftgekühlten Kolbenkompressors,
Fig. 2 eine Ansicht eines luftgekühlten Kolbenkompressors von unten mit teilgeschnittenem Verdichter, und
Fig. 2 eine Ansicht des Kolbenkompressors nach Fig. 1 von der Seite mit ebenfalls teilgeschnittenem Verdichter. Nach Fig.l gelangt über einen Luftfilter 13 angesaugte und gefilterte Luft aus der Umgebung über eine Ansaugluftleitung 14 in eine hiervon abzweigende Verbindungsleitung 10 zwischen Zylinderkopf 11 und Kurbelgehäuse 12 des Verdichters 2. Ein Teil der Luft strömt damit zur Verdichtung in Richtung Zylinderkopf 11 und der verbleibende Teil der Luft strömt in das Kurbelgehäuse 12 zur Kühlung innenliegender Lagerstellen. Die von außen angesaugte Luft wird somit vor der Aufheizung durch die vom Verdichter 2 abgegebene Wärme aufgeteilt. Aufgeheizte und damit verbrauchte Kühlluft verlässt den Kühldurchlauf über einen Kühlluftaustritt 15.
Axial zwischen dem elektrischen Motor 3 und dem Verdichter 2 ist ein Lüfter 4 integriert, der nach Art eines Radiallüfters ausgebildet ist. Sowohl Verdichter 2 als auch elektrischer Motor 3 sind in selbstzentrierender Flanschbauweise ausgeführt und werden über den dazwischen liegenden Lüfter 4 miteinander verschraubt. Der Lufteintritt erfolgt über radiale Öffnungen 8.
Gemäß Fig. 2 verfügt der luftgekühlte Kolbenkompressor im Inneren über zwei Zylinder la und lb, welche hier von unten her blickend dargestellt sind. Die beiden Zylinder la und lb sind Bestandteil des einstufigen und ölfreien Verdichters 2, der durch den elektrischen Motor 3 angetrieben wird.
Der Lüfter 4 ist auf einer vom Motor 3 angetriebenen und zum Verdichter 2 hindurchgeführten gemeinsamen Verbindungswelle 5 angeordnet, worüber der Lüfter 4 mit der Motordrehzahl rotiert, um Kühlluft aus der Umgebung anzusaugen und in einen dem Lüfter 4 nachfolgenden Kühlluftkanal 6 zu fördern. Der die Zylinder la und lb im weiteren Verlauf vollständig umgebende Kühlluftkanal 6 ist so ausgebildet, dass die beiden in Reihe angeordneten Zylinder la und lb des Verdichters 2 - wie vorstehend beschrieben - gleichmäßig mit Kühlluft umströmt werden. Der Kühlluftkanal 6 leitet die verbrauchte Kühlluft in Strömungsrichtung nach den beiden Zylindern la und lb zusammengefasst in einen gemeinsamen Abluftkanal, von wo aus die verbrauchte Kühlluft zusammengefasst nach außen geführt wird. Demnach ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Kühlluftführung derart gesteuert, dass der Lüfter 4 die Kühlluft zunächst radial von der Drehachse des Verdichters 2 wegbläst, wonach eine Umlenkung des Kühlluftstroms durch den Kühlluftkanal 6 zuerst in axialer Richtung der Kompressorachse erfolgt und dann wieder in radialer Richtung von der Kompressorachse weg über die Zylinder la und lb hinweggeblasen wird.
Der luftgekühlte Kolbenkompressor weist am Umfang verteilte Öffnungen 8 eines Flansches 9 des Motors 3 auf, von wo aus die Kühlluft in den Lüfter 4 platzsparend eintritt.
Zur zusätzlichen Innenkühlung des Verdichters 2 ist eine Verbindungsleitung 10 vorgesehen, welche einen Teil der angesaugten Luft zur Verdichtung in die Zylinder la und lb leitet, jedoch einen anderen Teil zur Innenkühlung abzweigt.
Die gefilterte zu verdichtende Luft gelangt über die Verbindungsleitung 10 in den in Fig. 3 dargestellten Bereich des Zylinderkopfes 1 1 , der beide Zylinder la und lb überdeckt und - nicht weiter dargestellte - Einlass- und Auslassventile beinhaltet. Der andere Teil der gefilterten Luft durchströmt das Kurbelgehäuse 12 des Verdichters 2 zur Innenkühlung. Dabei werden insbesondere die internen Lagerstellen mit Kühlluft versorgt.
Wie ersichtlich umgibt ein Teil des Kühlluftkanals 6 die beiden Zylinder la und lb von außen, um die gewünschte gleichmäßige Umströmung der in Reihe angeordneten beiden Zylinder la und lb mit Kühlluft zu gewährleisten. Bezugszeichenliste
1 Zylinder
2 Verdichter
3 Motor
4 Lüfter
5 Verbindungswelle
6 Kühlluftkanal
7 Abluftkanal
8 Öffnungen
9 Flansch
10 Verbindungsleitung
11 Zylinderkopf
12 Kurbelgehäuse
13 Luftfilter
14 Ansaugluftleitung
15 Kühlluftaustritt

Claims

Ansprüche
1. Luftgekühlter Kolbenkompressor für Fahrzeuge mit einem mehrere Zylinder (la, lb) aufweisenden Verdichter (2), der durch einen Motor (3) angetrieben ist und einen Lüfter (4) zur Erzeugung eines Kühlluftstroms aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (4) auf einer Verbindungswelle (5) zwischen Motor (3) und Verdichter (2) angeordnet ist und die Kühlluft aus der Umgebung ansaugt und diese in einen nachfolgenden Kühlluftkanal (6) fördert, wobei der die Zylinder (la, lb) zumindest teilweise umgebende Kühlluftkanal (6) so ausgebildet ist, dass alle in Reihe angeordneten Zylinder (la, lb) des Verdichters gleichmäßig mit Kühlluft umströmbar sind.
2. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftkanal (6) eine Umströmung der Zylinder (la, lb) an zwei Seiten jedes Zylinders (la, lb) und senkrecht zur Drehrichtung des Verdichters (2) herbeiführt.
3. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte des Kühlluftkanals (6) derart gestaltet sind, dass der Zylinder (lb), welcher dem Lüfter (4) näher ist, durch eine Querschnittsdrosselung eine Reduzierung an Kühlluftzufuhr erfährt, so dass der mindestens eine andere Zylinder (la), welcher vom Lüfter (4) weiter entfernt ist, annähernd dieselbe Kühlluft erhält wie der näherliegende Zylinder (lb).
4. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der kühlluftführende Kühlluftkanal (6) durch ein zweiteiliges Kunststoffgehäuse gebildet ist.
5. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftkanal (6) die Kühlluftinnenströmungsrichtung nach den Zylindern (la, lb) weiter zusammenfasst, so dass diese über einen gemeinsamen Abluftkanal (7) gezielt aus der heißen Zone der Zylinder (la, lb) abführbar ist.
6. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (4) nach Art eines koaxial zwischen Motor (3) und Verdichter (2) angeordneten Radiallüfters ausgeführt ist.
7. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der nach Art eines Radiallüfters ausgebildete Lüfter (4) radial von der Drehachse des Verdichters (2) wegbläst, wonach eine Umlenkung durch den Kühlluftkanal (6) zuerst in axialer Richtung der Kompressorachse erfolgt und danach wieder in radialer Richtung von der Kompressorachse weg über die Zylinder (la, lb) hinweg erfolgt.
8. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft über am Umfang verteilte Öffnungen (8) eines Flansches (9) im Bereich des antriebsseitigen Wellenendes des Verdichters (2) angesaugt wird und von dort aus von dem Lüfter (4) in den Kühlluftkanal (6) gelangt.
9. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (2) als ein einstufiger Kolbenverdichter mit mehreren Zylindern (la, lb) ausgeführt ist.
10. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (2) nach Art eines ölfreien Kolbenverdichters ausgeführt ist.
11. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass angesaugte und gefilterte Luft aus der Umgebung in eine Verbindungsleitung (10) zwischen Zylinderkopf (11) und Kurbelgehäuse (12) des Verdichters (2) gelangt, wobei dort ein Teil der Luft zur Verdichtung in Richtung Zylinderkopf (11) strömt und der verbleibende Teil der Luft in das Kurbelgehäuse (12) zur Kühlung innenliegender Lagerstellen strömt.
12. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die angesaugte und gefilterte Luft vor der Aufheizung durch die von den Zylindern (la, lb) abgegebenen Wärme aufgeteilt zum einen dem Zylinderkopf (11) zur Verdichtung und zum anderen dem Kurbelgehäuse (12) zur Kühlung zugeht.
13. Luftgekühlter Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftkanal (6) als ein Schalldämmgehäuse ausgebildet ist, um luftströmungsbedingte Lärmemission zu unterdrücken.
14. Elektro- oder Hybridfahrzeug, insbesondere in Form eines Druckluftverbraucher aufweisenden Nutzfahrzeuges, das mit einem luftgekühlten Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgerüstet ist.
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