WO2013178310A1

WO2013178310A1 - Ölgeschmierter kolbenverdichter

Info

Publication number: WO2013178310A1
Application number: PCT/EP2013/001150
Authority: WO
Inventors: Heinrich Schlossarczyk; Christoph Wilken
Original assignee: Wabco Gmbh
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-12-05
Also published as: DE102012010731A1

Abstract

Ölgeschmierter Kolbenverdichter, mit einer in einem Kurbelgehäuse (22) mit einem Ölvorrat (24) in einer Ölwanne (23) drehbar gelagerten Kurbelwelle (8), mit einem mittels eines Pleuels (6) sowie eines Kolbenbolzens (7) mit der Kurbelwelle (8) verbundenen und sich in einem Zylinder (2) hin und her bewegenden Kolben (1), in dem wenigstens ein an einem Ringstoß (13) offener Kolbenring (5) in eine Ringnut (25) eingepasst ist, und mit einem Zylinderkopf (3, 4), der einen Verdichtungsraum (19) oberhalb des Kolbens (1) abschließt sowie einen Ansaugkanal (9) und einen Auslasskanal (10) aufweist, wobei dem Ansaugkanal (9) wenigstens ein Saugventil (11) und dem Auslasskanal (10) wenigstens ein Druckventil (12) zugeordnet ist. Um Schmieröl gezielt an vorbestimmte Stellen im Verdichtungsraum (19) des Kolbenverdichters zuzuführen, ist der wenigstens eine Kolbenring (5) in der Ringnut (25) gegen ein freies Verdrehen in Umfangsrichtung gegenüber dem Kolben (1) in einer derartigen Position fixiert, dass im Betrieb über den Ringstoß (13) Schmieröl vom Ölvorrat (24) gezielt an die vorbestimmten Stellen (11, 12) des Zylinderkopfs (3, 4) geführt wird.

Description

Ölgeschmierter Kolbenverdichter

Die Erfindung betrifft einen ölgeschmierter Kolbenverdichter, mit einer in einem Kurbelgehäuse mit einem Ölvorrat in einer Ölwanne drehbar gelagerten Kurbelwelle, mit einem mittels eines Pleuels sowie eines Kolbenbolzens mit der Kurbelwelle verbundenen und sich in einem Zylinder hin und her bewegenden Kolben, in dem wenigstens ein an einem Ringstoß offener Kolbenring in eine Ringnut eingepasst ist, und mit einem Zylinderkopf, der einen Verdichtungsraum oberhalb des Kolbens abschließt sowie einen Ansaugkanal und einen Auslasskanal aufweist, wobei dem Ansaugkanal wenigstens ein Saugventil und dem Auslasskanal wenigstens ein Druckventil zugeordnet ist.

Derartige Kolbenverdichter sind allgemein bekannt und werden insbesondere als Druckluftkompressoren in Bremsanlagen für Nutzfahrzeuge verwendet.

Ein gewisser Ölübertritt aus dem Kurbelgehäuse über die Kolbenringe in den Verdichtungsraum des Kompressors ist für die störungsfreie Funktion des Kompressors selbst und der nachfolgenden Aggregate in der Bremsanlage erforderlich. Der größte Teil des Öls tritt an den Stoßstellen der Kolbenringe aus. Im Betrieb ergibt sich ein freies Verdrehen der Kolbenringe in Umfangsrichtung gegenüber dem Kolben. Diese Drehbewegung kann in Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen und anderen maßgeblichen Einflussgrößen, wie z. B. Zylindergeometrie, Zylinderverzug, einseitige Zylindererwärmung, sehr unterschiedlich sein, so dass die Stoßstellen der Kolbenringe an beliebigen Orten der Ringnuten in dem Kolben mehr oder weniger versetzt verharren können. Es ist auch möglich, dass ein Kolbenring oder mehrere Kolbenringe über einen gewissen Zeitraum in einer bestimmten Stellung verweilen und dabei auch eine Stellung einnehmen können, in der die Stoßstellen der Kolbenringe axial übereinander ausgerichtet sind. In diesem Fall tritt verhältnismäßig viel Öl von dieser Stelle aus in den Verdichtungsraum, jedoch sind die Stellungen der Ring- Stöße in allen Fällen zufallsbedingt und können keine gezielte Schmierung be^¬ stimmter Stellen im Verdichtungsraum bewirken.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem ölgeschmierten Kolbenverdichter der eingangs erwähnten Art das Öl gezielt und effizient an kritische Stellen im Verdichtungsraum zu lenken, um den Verschleiß der Bauteile in diesem Bereich zu verringern und die Lebensdauer zu steigern.

Diese Aufgabe wird durch einen Kolbenverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.

Demnach betrifft die Erfindung einen ölgeschmierter Kolbenverdichter, mit einer in einem Kurbelgehäuse mit einem Ölvorrat in einer Ölwanne drehbar gelagerten Kurbelwelle, mit einem mittels eines Pleuels sowie eines Kolbenbolzens mit der Kurbelwelle verbundenen und sich in einem Zylinder hin und her bewegenden Kolben, in dem wenigstens ein an einem Ringstoß offener Kolbenring in eine Ringnut eingepasst ist, und mit einem Zylinderkopf, der einen Verdichtungsraum oberhalb des Kolbens abschließt sowie einen Ansaugkanal und einen Auslasskanal aufweist, wobei dem Ansaugkanal wenigstens ein Saugventil und dem Auslasskanal wenigstens ein Druckventil zugeordnet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist außerdem vorgesehen, dass der wenigstens eine Kolbenring in der Ringnut gegen ein freies Verdrehen in Umfangsrich- tung gegenüber dem Kolben in einer derartigen Position fixiert ist, dass im Betrieb über den Ringstoß Schmieröl vom Ölvorrat gezielt an vorbestimmte kritische Bereiche des Zylinderkopfs geführt wird.

Durch diesen Aufbau des Kolbenverdichters wird erreicht, dass die Position der Stoßstelle des Kolbenrings, aus welcher der wesentliche Ölaustritt erfolgt, mit Bezug auf die vorbestimmten kritischen Bereiche des Zylinderkopfs definiert ist, so dass das Öl gezielt und effizient an die erforderlichen Stellen im Verdichtungsraum gelenkt wird. Demzufolge wird der Verschleiß der Bauteile verringert und die Lebensdauer des Kolbenverdichters gesteigert.

Bei den vorbestimmten kritischen Bereichen im Verdichtungsraum handelt es sich im Wesentlichen um das wenigstens eine Saugventil und/oder das wenigstens eine Druckventil, insbesondere wenn diese als Lamellenventile ausgebildet sind.

Der wenigstens eine Kolbenring kann mittels eines in den Kolben eingesetzten, wenigstens teilweise in eine Ausnehmung des Kolbenrings ragenden Fixierstift fixiert sein, wobei der Fixierstift in eine von einer Kolbenoberseite ausgehende, die Ringnut tangierende Bohrung oder in eine radial in eine von der Ringnut ausgehende Bohrung eingesetzt sein kann.

Bei einer Ausführungsform kann der Fixierstift in eine Ausnehmung im Bereich des Ringstoßes eingreifen, es ist jedoch auch möglich, dass der Fixierstift in eine vom Ringstoß entfernt im Kolbenring angeordnete Ausnehmung eingreift.

Die Ausnehmung kann so ausgebildet sein, dass gegenüber dem Fixierstift nur ein geringes Umfangsspiel vorhanden ist, so dass der Ringstoß im Wesentlichen unbeweglich in der Ringnut fixiert ist.

Wird gewünscht, dass der Ölaustritt über einen gewissen Winkelbereich des Kolbenumfangs erfolgt, kann sich die Ausnehmung über einen solchen Bereich des Kolbenrings erstrecken, dass sich dieser begrenzt gegenüber dem Kolben in Umfangsrichtung des Kolbens verdrehen kann, der Ringstoß somit über diesen Winkelbereich hin und her wandern kann und der Ölaustritt durch den Ringstoß über diesen Winkelbereich erfolgt. Weist der Kolben mehrere, axial versetzte Kolbenringe auf, so können die von der Kolbenoberseite ausgehende, die Ringnut tangierende Bohrung und der darin eingesetzte Fixierstift axial so verlängert ausgebildet sein, dass alle axial beabstandete Kolbenringe gegen ein freies Verdrehen fixiert sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Druckluftkompressors,

Fig. 2 eine schematische Teilquerschnittansicht im Bereich eines Kolbenrings einer ersten Ausführungsform der Lagefixierung eines Kolbenrings,

Fig. 3 eine schematische Teilquerschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Lagefixierung des Kolbenrings,

Fig. 4 eine schematische Teilquerschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Lagefixierung des Kolbenrings,

Fig. 5 eine schematische Teilschnittansicht in der Bewegungsrichtung des Kolbens mit einer Lagefixierung des Kolbenrings gemäß den Ausführungsformen entsprechend den Figuren 2 bis 4,

Fig. 6 eine schematische Teilquerschnittansicht einer vierten Ausführungsform einer Lagefixierung des Kolbenrings, und

Fig. 7 eine schematische Teilschnittansicht in der Bewegungsrichtung des Kolbens der Lagefixierung des Kolbenrings gemäß Fig. 6.

Der in Fig. 1 dargestellte ölgeschmierte Kolbenverdichter, beispielsweise ein Druckluftkompressor für eine Bremsanlage eines Nutzfahrzeugs, weist einen Kolben 1 auf, der in einem Zylinder 2 hin und her beweglich angeordnet ist. Ein Verdichtungsraum 19 oberhalb einer Kolbenoberseite 26 ist durch einen Zylinderkopf, bestehend aus einem Zylinderkopfoberteil 3 und einer Zwischenplatte 4, nach oben hin abgeschlossen. Das Zylinderkopfoberteil 3 ist mit einem Ansaugkanal 9 und einem Auslasskanal 10 versehen, die mit entsprechenden Öffnungen 4a und 4b in der Zwischenplatte 4 strömungstechnisch in Verbindung stehen. Der Ansaugkanal 9 und der Auslasskanal 10 sind im Zylinderkopfoberteil 3 durch eine Trennwand 3a voneinander getrennt.

Zwischen dem Zylinder 2 und der Zwischenplatte 4 ist ein Saugventil 11 in Form eines Lamellenventils befestigt, das sich beim dargestellten Ansaugtakt in der dargestellten Weise öffnet, um Luft mit Atmosphärendruck in den Verdichtungsraum 19 anzusaugen. Dieses Saugventil 1 1 schließt sich, wenn der Kolben 1 den Verdichtungshub mit Verkleinerung des Verdichtungsraums 19 beginnt. Wenn der Druck im Verdichtungsraum 19 den Druck im Auslasskanal 10 überschreitet, öffnet sich das als Lamellenventil ausgebildete Druckventil 12, wie gestrichelt dargestellt, und verdichtete Luft wird über die Öffnung 4b und den Auslasskanal 10 ausgeschoben, beispielsweise in einen nicht dargestellten Druckbehälter.

Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 1 wird durch eine Kurbelwelle 8 bewirkt, die mit dem Kolben 1 mittels eines Pleuels 6 und eines Kolbenbolzens 7 verbunden ist. Die Kurbelwelle 8 ist in einem Kurbelgehäuse 22 gelagert, das mit dem Zylinder 2 verbunden ist. Dieses Kurbelgehäuse 22 ist durch eine Ölwanne 23 abgeschlossen, die zur Aufnahme eines Ölvorrats 24 dient.

Während des Betriebs des Kolbenverdichters gelangt aufspritzendes Öl aus dem Ölvorrat 24 an die innere Wand des Zylinders 2 und schmiert die Kolbenoberfläche sowie wenigstens einen in einer Ringnut 25 des Kolbens angeordneten Kolbenring 5, 5'. Dieser wenigstens eine Kolbenring 5, 5' ist in der in den Figuren dargestellten Ringnut 25 gegen ein Verdrehen in Umfangsrichtung mechanisch fixiert. Bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 2 und 5 weist der Kolben 1 eine von der Kolbenoberseite 26 ausgehende, achsparallele Bohrung 27 auf, welche die Ringnut 25 tangiert. In diese Bohrung 27 ist ein Fixierstift 15 eingesetzt, der in eine Ausnehmung 14 in Form einer Innenphase im Bereich eines Ringstoßes 13 hineinragt. Auf diese Weise ist der Kolbenring 5 in der Ringnut 25 gegen ein Verdrehen in Umfangsrichtung des Kolbens 1 gesichert. Dabei ist der Fixierstift 15 so angeordnet, dass sich ein Ringstoß 13, der den Kolbenring 5 umfangsbezogen auftrennt und durch den der größte Teil des Öls in den Verdichtungsraum 19 übertritt, im Bereich des als Lamellenventil ausgebildeten Saugventils 1 1 befindet und dieses sehr gezielt und effizient mit Schmieröl versorgt. Demzufolge wird der Verschleiß dieses Bauteils verringert und die Lebensdauer gesteigert.

Der Fixierstift 15 kann an beliebiger Stelle in Umfangsrichtung des Kolbenrings 5 angeordnet sein, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der Fixierstift 15 mittels einer halbrunden Ausnehmung 17 im Kolbenring 5 gegen ein Verdrehen gesichert, während die Ausführungsform gemäß Fig. 4 eine Ausnehmung 18 in Form einer Aussparung zeigt, die sich radial innen am Kolbenring 5 über einen gewissen Umfangswin- kel a erstreckt, so dass sich der Kolbenring 5 über diesen Umfangswinkel a in der Ringnut 25 hin und her bewegen kann und der Ölaustritt in den Verdichtungsraum 19 über diesen Winkelbereich a erfolgt. In Fig. 4 ist auch der radial äußere Rand 29 sowie der radial äußere Rand 29' der Sauglamelle 11 dargestellt. Deutlich erkennbar ist, dass der Fixierstift 15 lediglich eine Umfangsbe- wegung des Kolbenrings 5 und damit des Öl abgebenden Ringsstoßes 13 zu- lässt, welche den Bereich einer Abdeckkontur 30 der Sauglamelle 11 umfangsbezogen überdeckt. Durch eine solche Konstruktion lassen sich auch alle anderen Elemente im Verdichtungsraum 19, die nicht gesondert dargestellt sind, beispielsweise eine Schiebelamelle, ein Druckventil oder ein Sicherheitsventil, wirksam mit Schmieröl versorgen, sofern sich diese in dem geschilderten Winkelbereich a befinden. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass sich mehrere Kolbenringe, beispielsweise zwei Kolbenringe 5 und 5', mittels eines axial verlängerten Fixierstifts 15a in der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Weise in ihrer umfangsbezogenen Lage fixieren lassen, wenn auch die Bohrung 27 in der gestrichelten Weise axial verlängert ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 zeigt einen Fixierstift 20, der in eine Radialbohrung 28 in der Ringnut 25 eingesetzt ist. Dieser Fixierstift 20 greift in eine Aussparung 21 im Kolbenring 5 ein, wobei diese Aussparung 21 , wie dargestellt, im Bereich des Ringstoßes 13 oder in einem anderen Bereich des Kolbenrings 5, wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, angeordnet sein kann.

Der achsparallel verlaufende Fixierstift 15 gemäß den Figuren 2 bis 5 muss gegen ein Herausfallen aus der Bohrung 15, 15a gesichert sein, beispielsweise durch eine Materialverformung 16. der Fixierstift 15 kann aber auch als ein selbsthaltender Kerbstift oder Spannstift ausgebildet sein, wobei es bei Verwendung eines rohrförmigen Spannstifts möglich ist, einen zusätzlichen Druckaufbau vom Kolbenring 5 hin über die dadurch gegebene Verbindung zum Verdichtungsraum 19 zu erhalten.

Bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 6 und 7 ist eine entsprechende Sicherung nicht unbedingt erforderlich, da der Fixierstift 20 in seiner Bohrung 28 durch den Kolbenring 5 radial festgehalten wird.

Anzumerken ist noch, dass Verdrehsicherungen für Kolbenringe in Trockenlaufverdichtern gemäß der DE 22 26 328 A1 und der US 5,117,742 A bekannt sind. Gemäß der DE 22 26 328 A1 soll die Fixierung des Kolbenrings dazu dienen, ein tangentiales Verdrehen oder Wandern zu verhindern, ohne dass angegeben ist, aus welchem Grund das Verdrehen oder Wandern verhindert werden soll, während in der US 5,1 17,741 A angegeben ist, dass ein Verdrehen oder Wandern des Kolbenrings durch einen materialeinheitlich mit dem Kolben hergestellten Vorsprung in der Ringnut verhindert werden soll, wobei dieser Vorsprung auf der Druckseite des Kolbens angeordnet ist und dort die Abdichtung verbessern soll, um den Verdichtungswirkungsgrad zu erhöhen.

Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander nutzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.

Bezugszeichenliste

1 Kolben

2 Zylinder

3 Zylinderkopfoberteil

3a Trennwand

4 Zwischenplatte

4a Öffnung

4b Öffnung

5 Kolbenring

6 Pleuel

7 Kolbenbolzen

8 Kurbelwelle

9 Ansaugkanal

10 Auslasskanal

11 Saugventil

12 Druckventil

13 Ringstoß

14 Ausnehmung

15 Fixierstift

15a Längerer Fixierstift

16 Materialverformung

17 Ausnehmung

18 Ausnehmung

19 Verdichtungsraum

20 Fixierstift

21 Ausnehmung

22 Kurbelgehäuse

23 Ölwanne

24 Ölvorrat

25 Ringnut

26 Kolbenoberseite Bohrung

Bohrung

Radial innerer Rand der Sauglamelle 11 ' Radial äußerer Rand der Sauglamelle 1 1 Abdeckkontur der Sauglamelle 1 1 Drehwinkel

Claims

Patentansprüche

1. Ölgeschmierter Kolbenverdichter, mit einer in einem Kurbelgehäuse (22) mit einem Ölvorrat (24) in einer Ölwanne (23) drehbar gelagerten Kurbelwelle (8), mit einem mittels eines Pleuels (6) sowie eines Kolbenbolzens (7) mit der Kurbelwelle (8) verbundenen und sich in einem Zylinder (2) hin und her bewegenden Kolben (1 ), in dem wenigstens ein an einem Ringstoß (13) offener Kolbenring (5) in eine Ringnut (25) eingepasst ist, und mit einem Zylinderkopf (3, 4), der einen Verdichtungsraum (19)

oberhalb des Kolbens (1 ) abschließt sowie einen Ansaugkanal (9) und einen Auslasskanal (10) aufweist, wobei dem Ansaugkanal (9) wenigstens ein Saugventil (1 1 ) und dem Auslasskanal (10) wenigstens ein Druckventil (12) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kolbenring (5) in der Ringnut (25) gegen ein freies Verdrehen in Umfangsrichtung gegenüber dem Kolben (1 ) in einer derartigen Position fixiert ist, dass im Betrieb über den Ringstoß (13) Schmieröl vom Ölvorrat (24) gezielt an vorbestimmte kritische Bereiche (1 1 , 12) des Zylinderkopfs (3, 4) geführt wird.

2. Kolbenverdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmten kritischen Bereiche das wenigstens eine Saugventil (1 1 ) und/oder das wenigstens eine Druckventil (12) sind.

3. Kolbenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Saugventil als ein Lamellenventil (1 1 ) ausgebildet ist.

4. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kolbenring (5) mittels eines in den Kolben (1) eingesetzten, wenigstens teilweise in eine Ausnehmung (14, 17, 18, 21 ) des Kolbenrings (5) ragenden Fixierstifts (15, 15a, 20) fixiert ist.

5. Kolbenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierstift (15, 15A) in eine von einer Kolbenoberseite (26) ausgehende, die Ringnut (25) tangierende Bohrung (27) eingesetzt ist.

6. Kolbenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierstift (20) radial in eine von der Ringnut (25) ausgehende Bohrung (28) eingesetzt ist.

7. Kolbenverdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierstift (15, 15a, 20) in eine Ausnehmung (14, 21) im Bereich des Ringstoßes (13) eingreift.

8. Kolbenverdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixierstift (15, 15a, 20) in eine vom Ringstoß (13) entfernt im Kolbenring (5) angeordnete Ausnehmung (17, 18) eingreift.

9. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmung (18, 21 ) über einen solchen Bereich des Kolbenrings (5) erstreckt, dass sich dieser begrenzt gegenüber den Kolben (1) in Umfangsrichtung verdrehen kann.

10. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 5 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (27) und der Fixierstift (15a) axial so lang sind, dass wenigstens zwei axial beabstandete Kolbenringe (5) gegen ein freies Verdrehen fixiert sind.