WO2012163619A1 - Kompressor mit druckbegrenzung - Google Patents

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    • F04B2205/171—Opening width of a throttling device before the pump inlet

Definitions

  • the invention relates to a compressor unit in a portable compressed air source, which one driven by a sliding crank drive or a sliding crank gear
  • Reciprocating compressor having a piston oscillating in a cylinder and a compression space bounding piston, wherein the cylinder is the output side closed by a cylinder head with exhaust valve
  • Such compressor units are z. B. with or as part of devices for sealing and inflating inflatable objects, in particular for sealing and inflation of motor vehicle tires needed (breakdown sets).
  • These portable and lightweight devices include the compressor unit as
  • Compressed gas source further comprise a sealant container for a fillable in the inflatable article of automatic sealant, a valve and distributor unit for sealant and compressed gas and are provided with a connectable to the compressed gas source inlet line and connectable to the inflatable object outlet.
  • the maximum pressure in the system is determined either by the maximum achievable pressure of the compressor, the maximum pressure then depends significantly on the design of the so-called "dead volume" of the cylinder, or is determined by a pressure relief valve
  • Limiting valves open on the high pressure side and allow a volume flow on the high pressure side to exit the system.
  • An essential disadvantage here is that when initiated by opening the pressure relief valve Occurrence of such a flow rate during the pumping of sealant to a small extent to a reflux of tire sealant may come in the subsequent to the compressor lines. By this reflux then either the pressure gauge function or the exhaust valve of the compressor can be impaired in its function
  • a similar solution shows the DE 44 29 097 AI.
  • a compressor unit or a piston compressor is disclosed with a conventional in the art exhaust valve, which is also the only “pressure relief valve” for the interior of the compressor
  • a discharge valve consists of a spring-loaded disc which covers an outlet bore of the compression chamber in the cylinder and Apart from the fact that such an outlet valve for very high opening frequencies, ie for very fast moving reciprocating compressors with short stroke, is only suitable to a limited extent, it is necessary here, a certain pipe distance to the sealant container or for This will increase the overall size of devices for sealing and inflating inflatable objects
  • a 1 discloses a control of the oil flow rate in a hydraulic supply by means of a suction-controlled
  • Feed pump In this case, a valve in a supply line to the feed pump is switched so that at low pressure requirement in the system, a small volume flow is provided by the feed pump and at high pressure requirement a high
  • Exhaust valve and tire valve or between compressor and pressure gauge is arranged.
  • Compression space arranged through which the inlet cross section of the
  • Pressure medium supply depending on the pressure generated in the compression space, i. from the pressure on the high pressure side of the compressor, is variable and which thus provides a kind of suction control for controlling and limiting an overpressure.
  • the valve should be near the cylinder head or in the cylinder head.
  • Compression space arranged so that there is a simple construction of the leads to the cylinder and standard components can be used.
  • control line for the control pressure of the valve is connected directly to the outlet of the compression chamber.
  • control line for the control pressure in the flow direction behind the outlet valve is connected to the outlet of the compression chamber.
  • valve has a spring-loaded and the inlet cross-section changing sliding throttle body, wherein the control pressure shifts the throttle body to reduce the inlet cross-section against the spring force, in particular in combination with a further advantageous Training, which consists in that the throttle body is designed as a displaceable throttle piston.
  • a piston / slide is mounted on the inlet side in front of the inlet valve, which can close the inlet channel and reopen.
  • This pressure regulating piston is connected directly to the high pressure area on the other side.
  • a spring ensures that the piston is retracted at low pressure and the flow on the inlet side is not affected.
  • this piston will now move with increasing pressure in the inlet channel and close this part. This will reduce the efficiency of the compressor and the pressure will not exceed a certain one
  • Device for sealing and inflating inflatable objects in particular for sealing and inflating motor vehicle tires.
  • Fig. 1 shows the cylinder head of a compressor unit according to the invention with a valve in the pressure medium supply line whose inlet cross section is variable depending on the pressure generated in the compression chamber, here with the valve open
  • Fig. 2 shows the cylinder head of a compressor unit of FIG. 1, here with partially closed valve / throttled cross-section
  • Fig. 1 shows the cylinder head 1 of a compressor unit according to the invention with a valve 2 in the pressure medium supply line 3, through which the inlet cross section 4 of the pressure medium supply line 3 depending on the pressure generated in the compression chamber 5 is changeable.
  • Fig. 1 shows the valve 2 in the open state.
  • the cylinder head 1 is provided with an exhaust valve 6 and with an intake valve 7 for the compression space 5.
  • the compression space 5 is formed here and limited by the cylinder or cylinder head 1 and the piston 11th
  • valve 2 is thus arranged on or in the pressure medium supply line 3 to the compression chamber 5, here immediately following the cylinder head 1.
  • the valve 2 is arranged in the flow direction before the actual inlet valve 7 for the compression chamber 5
  • the control line 8 for the control pressure of the valve 2 is connected behind the outlet valve 6 to the outlet 9 of the compression chamber 5.
  • the pressure generated in the compression chamber 5 thus acts as a control pressure on the pressure-controlled valve 2.
  • the valve 2 has a spring-loaded and the inlet cross section 4 changing sliding throttle body 10, wherein the control pressure shifts the throttle body to reduce the inlet cross-section against a spring force of a spring not shown here.
  • the throttle body 10 is formed as a displaceable throttle piston.
  • Fig. 2 shows the cylinder head with partially closed valve / throttled
  • the valve 2 thus acts like a
  • Pressure medium supply ie a regulation of the intake volume.

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Abstract

Kompressoreinheit in einer tragbaren Druckluftquelle, welche einen über ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter mit einem in einem Zylinder oszillierend bewegten und einen Kompressionsraum begrenzenden Kolben aufweist, wobei der Zylinder ausgangsseitig durch einen Zylinderkopf mit Auslassventil verschlossen ist, wobei in der Druckmittelzuleitung zum Kompressionsraum ein Ventil angeordnet ist, durch welches der Einlassquerschnitt der Druckmittelzuleitung abhängig von dem im Kompressionsraum erzeugten Druck veränderbar ist.

Description

Beschreibung
Kompressor mit Druckbegrenzung
Die Erfindung betrifft eine Kompressoreinheit in einer tragbaren Druckluftquelle, welche einen über einen Schubkurbeltrieb bzw. ein Schubkurbelgetriebe angetriebenen
Hubkolbenverdichter mit einem in einem Zylinder oszillierend bewegten und einen Kompressionsraum begrenzenden Kolben aufweist, wobei der Zylinder ausgangsseitig durch einen Zylinderkopf mit Auslassventil verschlossenen ist
Solche Kompressoreinheiten werden z. B. mit oder als Teil von Vorrichtungen zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände, insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen benötigt (Pannensets).
Diese tragbaren und leichten Vorrichtungen beinhalten die Kompressoreinheit als
Druckgasquelle auf, weisen weiterhin einen Dichtmittelbehälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel auf, eine Ventil- und Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas und sind mit einer an die Druckgasquelle anschließbaren Einlassleitung und einer an den aufblasbaren Gegenstand anschließbaren Auslassleitung versehen. Bei solchen Vorrichtungen ist der maximale Druck im System entweder durch den maximal erreichbaren Druck des Kompressors festgelegt, wobei der Maximaldruck dann bauartbedingt maßgeblich vom so genannten„Totvolumen" des Zylinders abhängt, oder wird durch ein Druckbegrenzungsventil bestimmt. Die bisher benutzten
Begrenzungsventile öffnen dabei auf der Hochdruckseite und lassen einen Volumenstrom auf der Hochdruckseite aus dem System austreten. Ein wesentlicher Nachteile besteht hierbei darin, dass bei einem durch Öffnen des Druckbegrenzungsventils initiierten Austreten eines solchen Volumenstroms während des Pumpens von Dichtmittel in geringen Umfang zu einem Rückfluss von Reifendichtmittel in den an den Kompressor anschließenden Leitungen kommen kann. Durch diesen Rückfluss kann dann entweder die Manometerfunktion oder auch das Auslassventil des Kompressors in seiner Funktion beeinträchtigt werden
Eine ähnliche Lösung zeigt die die DE 44 29 097 AI . Dort ist eine Kompressoreinheit bzw. einen Kolbenverdichter mit einem im Stand der Technik üblichen Auslassventil offenbart, welches gleichzeitig das einzige„Überdruckventil" für den Innenraum des Kompressors ist. Ein solches Auslassventil besteht aus einer federbelasteten Scheibe, welche eine Auslassbohrung des Verdichtungsraums im Zylinder abdeckt und bei entsprechendem Druck im Verdichtungsraum gegen die Feder abhebt. Abgesehen davon, dass ein solches Auslassventil für sehr hohe Öffnungsfrequenzen, d.h. für sehr schnell bewegte Kolbenkompressoren mit kurzem Hub, nur bedingt geeignet ist, ist es hier erforderlich, einen bestimmten Rohrlängenabstand zum Dichtmittelbehälter bzw. zur zugehörigen Verteilereinheit einzuhalten, um einen Rückfluss von Dichtmittel in den Kompressionsraum/Druckraum zu verhindern. Dies erhöht insgesamt die Baugröße von Vorrichtungen zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände. Die zum Nachbargebiet der Hydraulik gehörige DE 35 09 856 A 1 offenbart eine Regelung des Ölförderstromes in einer Hydraulikversorgung mit Hilfe einer sauggeregelten
Förderpumpe. Dabei wird ein Ventil in einer Zuleitung zur Förderpumpe so geschaltet, dass bei geringer Druckanforderung im System ein geringer Volumenstrom durch die Förderpumpe bereitgestellt wird und bei hoher Druckanforderung ein hoher
Volumenstrom. Eine Druckbegrenzung im eigentlichen Sinne erfolgt hier nicht.
Handelsübliche Pannensets zur Reifenabdichtung, die über einen Kleinkompressor verfügen, mit dessen Hilfe Reifen aufgepumpt werden können, nutzen zur Begrenzung des Maximaldruckes in der Regel also entweder das Auslassventil im Kompressionsraum oder aber ein Ventil in den in Strömungsrichtung dem Kompressionsraum nachgelagerten Leitungen, z. B. in der nachfolgenden Verteilereinheit, welches somit zwischen
Auslassventil und Reifenventil bzw. zwischen Kompressor und Manometer angeordnet ist.
Die Praxis zeigt sich bei diesen Ausführungen, dass - wie bereits dargestellt - beim Pumpen von Dichtmittel Druckzustände entstehen können, die dazu führen, dass es zu einem unerwünschten Dichtmittelrückfluß kommt, der den Kompressor unbrauchbar macht. Andererseits verhindert ein Überdruckventil in der nachfolgenden Verteilereinheit zwischen Auslassventil und Reifenventil auch, dass bei abgeschaltetem Kompressor mit dem integriertem Manometer der bestehende Druck meßbar bleibt. Dementsprechend löst ein zusätzliches Rückschlagventil zwischen Kompressor und Manometer das Problem auch nicht zufriedenstellend.
Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe ein Überdruckventil bereitzustellen, welches die Begrenzung des Maximaldrucks im Kompressionsraum bei gleichzeitiger Vermeidung von Dichtmittelrückfluß gewährleistet, einen plötzlich auf der Hochdruckseite aus dem System austretenden Volumenstrom vermeidet und damit insgesamt Gebrauchsdauer und Zuverlässigkeit des Kompressors erhöht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Dabei ist in der Druckmittelzuleitung zum Kompressionsraum ein Ventil für den
Kompressionsraum angeordnet, durch welches der Einlassquerschnitt der
Druckmittelzuleitung abhängig von dem im Kompressionsraum erzeugten Druck, d.h. vom Druck auf der Hochdruckseite des Kompressors, veränderbar ist und welches somit eine Art Saugregelung zur Kontrolle und Begrenzung eines Überdrucks bereitstellt. Das Ventil sollte in der Nähe des Zylinderkopfes sein oder sich im Zylinderkopf befinden.
Durch eine solche erfindungsgemäße Ausbildung ist es möglich, dass Totvolumen des Zylinders zu verringern und dadurch auch den Wirkungsgrad des Kompressors bei niedrigen Drücken deutlich zu erhöhen. Wesentlich für die erfindungsgemäße Ausführung ist es also, dass eine Druckbegrenzung des Systems erreicht wird ohne dass ein Volumenstrom auf der Hochdruckseite nach außen erfolgen muss. Dies wird einerseits dadurch erreicht, dass sich das Einlassventil des Kompressors am Zylinder befindet und nicht, wie in manchen anderen Bauformen, am Kolben. Kerngedanke ist es dabei, den Einlassluftstrom dynamisch im Betrieb so zu begrenzen, dass auf der Hochdruckseite des Kompressors ein bestimmter gewählter Druck nicht überschritten wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Ventil druckgesteuert ausgebildet ist und der im Kompressionsraum erzeugte Druck als Steuerdruck auf das druckgesteuertes Ventil wirkt. Dies ist eine einfach zu realisierende und besonders wirksame Regelung der Druckbegrenzung ohne besondere zusätzliche Steuerelement, Aktuatoren oder Sensoren. Vorteilhafterweise ist das Ventil in Strömungsrichtung vor dem Einlassventil für den
Kompressionsraum angeordnet, so dass sich eine einfacher Aufbau der Zuleitungen zum Zylinder ergibt und Standardbauteile genutzt werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung in diesem Sinne besteht darin, dass die Steuerleitung für den Steuerdruck des Ventils direkt an der Auslassleitung des Kompressionsraumes angeschlossen ist.
Eine weitere und insbesondere zum Schutz des Kompressionsraums vor einem
Rückströmen von Fördermittel/Dichtmittel vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Steuerleitung für den Steuerdruck in Strömungsrichtung hinter dem Auslassventil an der Auslassleitung des Kompressionsraumes angeschlossen ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Ventil einen federbelasteten und den Einlassquerschnitt verändernden verschiebbaren Drosselkörper aufweist, wobei der Steuerdruck den Drosselkörper zur Verringerung des Einlassquerschnitts gegen die Federkraft verschiebt, insbesondere in Kombination mit einer weiteren vorteilhafte Ausbildung, die darin besteht, dass der Drosselkörper als verschiebbarer Drosselkolben ausgebildet ist.
Dabei ist auf der Einlassseite vor dem Einlassventil ein Kolben/Schieber angebracht, der den Einlasskanal verschließen und wieder öffnen kann. Dieser Druckregulierkolben ist auf der anderen Seite direkt mit dem Hochdruckbereich verbunden. Eine Feder sorgt dafür, dass der Kolben bei niedrigem Druck eingefahren ist und der Volumenstrom auf der Einlassseite nicht beeinträchtigt wird. Je nach Durchmesser des Kolbens bzw.
Federsteifigkeit der benutzten Feder wird sich dieser Kolben nun bei steigendem Druck in den Einlasskanal bewegen und diesen zum Teil verschließen. Dadurch sinkt nun der Wirkungsgrad des Kompressors und der Druck wird nicht über einen bestimmten
Maximaldruck ansteigen. Sinkt der Druck im System wird der Regelkolben den
Einlasskanal wieder freigeben
Besonders geeignet ist solch eine Kompressoreinheit zur Anwendung mit einer
Vorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände, insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 den Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen Kompressoreinheit mit einem Ventil in der Druckmittelzuleitung, dessen Einlassquerschnitt abhängig von dem im Kompressionsraum erzeugten Druck veränderbar ist, hier mit geöffnetem Ventil
Fig. 2 den Zylinderkopf einer Kompressoreinheit gemäß Fig. 1, hier mit teilweise geschlossenem Ventil / gedrosseltem Querschnitt
Die Fig. 1 zeigt den Zylinderkopf 1 einer erfindungsgemäßen Kompressoreinheit mit einem Ventil 2 in der Druckmittelzuleitung 3, durch welches der Einlassquerschnitt 4 der Druckmittelzuleitung 3 abhängig von dem im Kompressionsraum 5 erzeugten Druck veränderbar ist. Die Fig. 1 zeigt das Ventil 2 in geöffnetem Zustand.
Der Zylinderkopf 1 ist mit einem Auslassventil 6 und mit einem Einlassventil 7 für den Kompressionsraum 5 versehen. Der Kompressionsraum 5 wird hier gebildet und begrenzt durch den Zylinder bzw. Zylinderkopf 1 und den Kolben 11.
Das Ventil 2 ist somit an bzw. in der Druckmittelzuleitung 3 zum Kompressionsraum 5 angeordnet, hier unmittelbar anschließend an den Zylinderkopf 1. Das Ventil 2 ist in Strömungsrichtung vor dem eigentlichen Einlassventil 7 für den Kompressionsraum 5 angeordnet
Die Steuerleitung 8 für den Steuerdruck des Ventils 2 ist hinter dem Auslassventil 6 an der Auslassleitung 9 des Kompressionsraumes 5 angeschlossen. Der im Kompressionsraum 5 erzeugte Druck wirkt somit als Steuerdruck auf das druckgesteuert ausgebildetes Ventil 2.
Das Ventil 2 weist einen federbelasteten und den Einlassquerschnitt 4 verändernden verschiebbaren Drosselkörper 10 auf, wobei der Steuerdruck den Drosselkörper zur Verringerung des Einlassquerschnitts gegen eine Federkraft einer hier nicht näher dargestellten Feder verschiebt. Der Drosselkörper 10 ist als verschiebbarer Drosselkolben ausgebildet.
Fig. 2 zeigt den Zylinderkopf mit teilweise geschlossenem Ventil / gedrosseltem
Einlassquerschnitt 4 der Druckmittelzuleitung 3. Das Ventil 2 wirkt also wie ein
Druckbegrenzungsventil, allerdings durch eine Steuerung bzw. Regelung der
Druckmittelzufuhr, d.h. einer Regelung des Ansaugvolumens. Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 Zylinderkopf
2 Ventil
3 Druckmittelzuleitung
4 Einlassquerschnitt
5 Kompressionsraum
6 Auslassventil
7 Einlassventil
8 Steuerleitung
9 Auslassleitung
10 Drosselkörper
11 Kolben

Claims

Patentansprüche
1. Kompressoreinheit in einer tragbaren Druckluftquelle, welche einen über ein
Schubkurbelgetriebe angetriebenen Hubkolbenverdichter mit einem in einem Zylinder oszillierend bewegten und einen Kompressionsraum (5) begrenzenden Kolben (11) aufweist, wobei der Zylinder ausgangsseitig durch einen Zylinderkopf (1) mit Auslassventil (6) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckmittelzuleitung (3) zum Kompressionsraum (5) ein Ventil (2) angeordnet ist, durch welches der Einlassquerschnitt (4) der Druckmittelzuleitung (3) abhängig von dem im Kompressionsraum (5) erzeugten Druck veränderbar ist.
2. Kompressoreinheit nach Anspruch 1, bei dem das Ventil (2) in Strömungsrichtung vor dem Einlassventil (7) für den Kompressionsraum (5) angeordnet ist
3. Kompressoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der im Kompressionsraum (5) erzeugte Druck als Steuerdruck auf ein druckgesteuert ausgebildetes Ventil (2) wirkt.
4. Kompressoreinheit nach Anspruch 3, bei dem die Steuerleitung (8) für den
Steuerdruck des Ventils (2) an der Auslassleitung (9) des Kompressionsraumes (5) angeschlossen ist.
5. Kompressoreinheit nach Anspruch 4, bei dem die Steuerleitung (8) für den
Steuerdruck in Strömungsrichtung hinter dem Auslassventil (6) an der
Auslassleitung (9) des Kompressionsraumes (5) angeschlossen ist.
6. Kompressoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Ventil (2) einen federbelasteten und den Einlassquerschnitt verändernden verschiebbaren
Drosselkörper (10) aufweist, wobei der Steuerdruck den Drosselkörper (10) zur Verringerung des Einlassquerschnitts (4) gegen die Federkraft verschiebt.
7. Kompressoreinheit nach Anspruch 6, bei dem der Drosselkörper (10) als
verschiebbarer Drosselkolben ausgebildet ist.
8. Vorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände,
insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen, mit einer Kompressoreinheit nach Anspruch 1 bis 7.
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