WO2017102397A1 - Zylinderkopf für mehrstufigen kolbenverdichter - Google Patents

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WO2017102397A1
WO2017102397A1 PCT/EP2016/079704 EP2016079704W WO2017102397A1 WO 2017102397 A1 WO2017102397 A1 WO 2017102397A1 EP 2016079704 W EP2016079704 W EP 2016079704W WO 2017102397 A1 WO2017102397 A1 WO 2017102397A1
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cylinder head
chamber
compressor
channel
stage
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PCT/EP2016/079704
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English (en)
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Inventor
Marius BURKAUSKAS
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00Multi-stage pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component 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
    • F04B39/06Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F04B39/064Cooling by a cooling jacket in the pump casing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component 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
    • F04B39/12Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/123Fluid connections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B39/12Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/125Cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for a multi-stage reciprocating compressor, which is suitable for compressing a compressible working medium, in particular air, for use in a compressed air supply device in a motor vehicle.
  • Piston compressor or compressor or air compressor serve the compression of gases, eg. As air, which is used as a working medium for operating various units.
  • Compressors are used, inter alia, in motor vehicles. In operation, such compressors are used, for example, so that a compressed air tank is filled with compressed air until a predetermined pressure level is reached.
  • a multi-stage reciprocating compressor essentially consists of a base body, in which reciprocating pistons are arranged, and a cylinder head.
  • ambient air is drawn in via an inlet channel into the first compressor stage, compressed and then conducted via an intermediate channel into a further or subsequent compressor stage where it is further compressed.
  • the compressed air is then passed through an air treatment unit in the compressed air tank.
  • the drive of the compressor is performed by the drive motor of the vehicle.
  • no switchable coupling is provided between the drive motor and compressor, so that the compressor is constantly driven, which represents an energy loss.
  • control devices which switch the compressor in an idling mode upon reaching a desired filling pressure in the pressure vessel, so that at least no more compaction work.
  • a control valve between compressor and compressed air tank or an idle valve between inflow and first compressor stage may be arranged.
  • Both solutions open a bypass so that air conveyed by the compressor can escape into the environment.
  • the compressor itself then only runs in idle mode.
  • Such a reciprocating compressor with an idling valve between the inlet chamber and the first compressor stage is described for example in DE10 2013 001 147 A1.
  • the compressor stages are connected via an intermediate channel.
  • a heat exchanger in this intermediate channel.
  • the heat exchanger usually consists of a cooling channel which is integrated in the cylinder head or a component of the cylinder head.
  • One of the objects of the invention is to propose a cylinder head for a multi-stage reciprocating compressor, which allows improved cooling of the precompressed working medium. According to the invention this object is achieved with a cylinder head according to claim 1 and a multi-stage piston compressor according to claim 8. Further advantageous embodiments and preferred variants of the solution are described in the subclaims dependent thereon.
  • the cylinder head proposed according to the invention comprises a cylinder head upper part and a cylinder head lower part, a separating plate arranged between the cylinder head upper part and the cylinder head lower part, wherein a cooling duct is formed by the cylinder head lower part and the partition plate, through which a coolant can be conducted.
  • an intermediate channel is provided in the cylinder head, by means of which the displacement of a first compressor stage with the displacement of a subsequent compressor stage is connectable.
  • This intermediate channel is guided according to the invention by overflow openings in the partition plate, wherein the intermediate channel has a plurality of sections which are at least partially bounded by the cylinder head upper part and cylinder head lower part.
  • the working medium can be when using the compressor in a motor vehicle Be ambient air.
  • the intermediate channel In the lower level, the intermediate channel is essentially delimited by the cylinder head lower part, and in the upper level, the intermediate channel is essentially delimited by the cylinder head upper part.
  • This air duct has the advantage that the path or the dwell time of the precompressed air, which has been relatively strongly heated by the compression, extends in the intermediate duct. This lengthens the cooling time and the heat dissipation via the cooling channel is improved.
  • the boundary of the cooling channel through the cylinder base and the partition plate takes place. This advantageously produces two essential cooling surfaces, one on the lower cylinder part and one on the upper cylinder side facing separator plate side.
  • the intermediate channel has an outflow chamber, an intermediate chamber and an inflow chamber, wherein the intermediate chamber is formed by the cylinder head upper part and the partition plate and the outflow chamber and the inflow chamber are at least partially bounded by the cylinder head lower part and the partition plate.
  • the intermediate chamber is connected via the overflow openings with the outflow chamber and the inflow chamber.
  • a suction chamber and a pressure chamber are arranged in the cylinder head lower part in addition to the outflow chamber and the inflow chamber. Wherein suction chamber and pressure chamber preferably extend over both cylinder head parts, wherein in the partition plate corresponding recesses are provided.
  • the preferred embodiment can furthermore be designed such that the intermediate chamber is arranged above the outflow chamber and the inflow chamber. That is, the intermediate chamber is above the partition plate and the outflow chamber and inflow chamber are arranged below the partition plate. Ideally, the chambers above and below the separator plate are bounded by the same separator plate regions.
  • the cooling channel via a cooling water inlet and a Cooling water outlet on the cylinder head lower part to be connected to a cooling water circuit.
  • the cooling channel which is formed by the cylinder base and the partition plate, to min. 50%, preferably to min. 70% in a region between the outflow chamber and the intermediate chamber.
  • the cooling channel to min. 10%, preferably to min. 20%, in the area of the pressure chamber.
  • the compressed air is advantageously cooled after leaving the second or last compressor stage before it leaves the reciprocating compressor.
  • Multi-stage reciprocating compressors for compressing compressible media can advantageously be equipped with a cylinder head according to the structure described above.
  • existing compressors can also be retrofitted to increase their efficiency.
  • the cylinder head may be disposed on a valve seat plate, with valves to the inlet and with valves to the outlet of working fluid.
  • the valve seat plate may further comprise a cooling channel. Wherein the cooling channel can also be connected to the cooling channel of the cylinder head. Coolant, for example, first flow through the valve seat plate and then the cylinder head.
  • a discharge channel can be provided in the valve seat plate, by means of which the suction chamber with the displacement of a first compressor stage and the displacement of a subsequent compressor stage is connectable, being provided between the displacements and the discharge channel switchable idle valves.
  • These idle valves can be controlled individually or simultaneously, so that the displacement of the compressor stages are time-delayed or simultaneously connected to the suction chamber.
  • Figure 1 shows a cylinder head without the cylinder head shell
  • Figure 2 is a section A-A through a reciprocating compressor
  • Figure 3 is a section B-B through a reciprocating compressor
  • Figure 4 is a section C-C through a reciprocating compressor
  • FIG. 1 shows a cylinder head 1 without the cylinder head upper part 8, so that one looks directly at the separating plate 7.
  • the cylinder head base 6 and the valve seat plate 9 are arranged below the partition plate 7, the cylinder head base 6 and the valve seat plate 9 are arranged.
  • four chambers are formed by the arranged between the valve seat plate 9 and the partition plate 7 cylinder head base 6.
  • the cooling channel 10 can be seen, which is formed by the partition plate 7 and the cylinder head lower part 6.
  • the course of the cooling channel 10 can still be seen.
  • the course of the cooling channel is chosen such that the greatest cooling capacity in the region of the outflow chamber 2a and the intermediate chamber 2b, not shown here, can be transmitted.
  • the length of the cooling channel 10 in this area may be for example 50% to 70%.
  • Another essential length proportion of the cooling channel 10 of 10% to 20% can run, for example, in the region of the pressure chamber.
  • From the intermediate channel only the outflow chamber 2a the inflow chamber 2c and the overflow openings 3 are shown here.
  • the intermediate chamber 2b is not shown, but it extends over the outflow chamber 2a and the inflow chamber 2c as shown in Fig. 2.
  • the exhaust valves 11a, b and intake valves 12a, b in the valve seat plate 9 are indicated.
  • FIG. 2 shows the section A-A through the reciprocating compressor with the cylinder head 1.
  • the intermediate channel 2a, 3, 2b, 2c consists of several sections, the outflow chamber 2a, the intermediate chamber 2b and the inflow chamber 2c, the chambers being connected via the overflow openings 3 in the partition plate 7.
  • the intermediate chamber 2b is formed by the cylinder head upper part 8 and the partition plate 7.
  • the outflow chamber 2 a and the inflow chamber 2 c are bounded by the cylinder head lower part 6, the partition plate 7 and the valve seat plate 9.
  • Pre-compressed working fluid is pressed in operation by the displacement of the first stage 18 via the exhaust valve 1 1 b, the intermediate channel 2 a, 3, 2 b, and the inlet valve 12 a in the displacement of the second stage 19.
  • the flow path through the intermediate channel is indicated by the arrow 13.
  • FIG. 3 shows the section B-B through the reciprocating compressor. This section has been laid so that the cooling channel 10 and its effect can be better illustrated.
  • the cooling medium in the cooling channel 10 can, as can be clearly seen, a surface of the partition plate 7 and a surface of the cylinder base 6 are cooled.
  • Working medium such as ambient air
  • a working air treatment device not shown, and subsequently a pressure accumulator are connected to the working medium outlet 15.
  • the cooling channel 10 which encloses a passage region of the pressure chamber 5.
  • the course of the cooling channel 10 is selected such that a partial section of the cooling channel 10 extends in the region of the pressure chamber 5a, b.
  • the invention is not limited to a two-stage compressor. Rather, more than two stages can be connected in series, in which case an intermediate channel is provided in each case between two stages, which extends over the two levels described and can be cooled accordingly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für einen mehrstufigen Kolbenverdichter zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, umfassend ein Zylinderkopfoberteil (8) und ein Zylinderkopfunterteil (6), wobei - zwischen Zylinderkopfoberteil (8) und Zylinderkopfunterteil (6) eine Trennplatte (7) angeordnet ist, - durch das Zylinderkopfunterteil (6) und die Trennplatte (7) ein Kühlkanal (1) gebildet wird, durch den ein Kühlmittel leitbar ist, - im Zylinderkopf ein Zwischenkanal (2a, 3, 2b, 2c) vorgesehen ist, mittels dem der Hubraum (18) einer ersten Verdichterstufe mit dem Hubraum (19) einer nachfolgenden Verdichterstufe verbindbar ist. Um die Zwischenkühlung des Arbeitsmediums zu verbessern wird vorgeschlagen, dass der Zwischenkanal (2a, 3, 2b, 2c) durch Überströmöffnungen (3) in der Trennplatte (7) geführt ist und Abschnittsweise zumindest teilweise durch das Zylinderkopfoberteil (8) und Zylinderkopfunterteil (6) begrenzt wird.

Description

Zylinderkopf für mehrstufigen Kolbenverdichter
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für einen mehrstufigen Kolbenverdichter, der zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, insbesondere Luft, für den Einsatz in einer Druckluftversorgungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, geeignet ist.
Kolbenverdichter bzw. Verdichter oder Luftpresser dienen der Kompression von Gasen, z. B. Luft, die als Arbeitsmedium zum Betrieb verschiedener Aggregate genutzt wird. Verdichter kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen zu Einsatz. Im Betrieb werden derartige Verdichter beispielsweise so eingesetzt, dass ein Druckluftbehälter mit komprimierter Luft befüllt wird bis ein vorgegebenes Druckniveau erreicht ist.
Ein mehrstufiger Kolbenverdichter besteht im Wesentlichen aus einem Grundkörper, in dem Hubkolben angeordnet sind, und einem Zylinderkopf. Im Betrieb wird Umge- bungsluft über einen Einlasskanal in die erste Verdichterstufe eingesaugt, verdichtet und anschließend über einen Zwischenkanal in eine weitere bzw. nachfolgende Verdichterstufe geleitet und dort weiter verdichtet. Bei einem zweistufigen Kolbenverdichter wird die komprimierte Luft anschließend über eine Luftaufbereitungseinheit in den Druckluftbehälter geleitet. In einem Kraftfahrzeug erfolgt der Antrieb des Verdichters durch den Antriebsmotor des Fahrzeugs. In der Regel ist zwischen Antriebsmotor und Verdichter keine schaltbare Kupplung vorgesehen, sodass der Verdichter ständig mit angetrieben wird, was einen Energieverlust darstellt.
Zum Minimieren solcher Energieverluste werden Regeleinrichtungen vorgesehen, die bei Erreichen eines Soll-Fülldruckes im Druckbehälter den Verdichter in einen Leerlaufbetrieb schalten, sodass zumindest keine Verdichtungsarbeit mehr anfällt.
So kann ein Regelventil zwischen Verdichter und Druckluftbehälter oder ein Leerlaufventil zwischen Einströmkammer und erster Verdichterstufe angeordnet sein. In beiden Lösungen wird ein Bypass geöffnet, sodass vom Verdichter geförderte Luft in die Umgebung entweichen kann. Der Verdichter selbst läuft dann nur noch im Leerlaufbetrieb.
Ein derartiger Kolbenverdichter mit einem Leerlaufventil zwischen der Einlasskammer und der ersten Verdichterstufe wird beispielsweise in der DE10 2013 001 147 A1 beschrieben.
Die Verdichterstufen sind über einen Zwischenkanal verbunden. Um Verdichtungsarbeit einzusparen und um die Temperatur der komprimierten Luft nach der ersten sowie auch der letzten Verdichterstufe zu begrenzen befindet sich ein Wärmetauscher in diesem Zwischenkanal. Der Wärmetauscher besteht in der Regel aus einem Kühlkanal der im Zylinderkopf bzw. einem Bauteil des Zylinderkopfes integriert ist.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, einen Zylinderkopf für einen mehrstufigen Kolbenverdichter vorzuschlagen, der eine verbesserte Kühlung des vorkomprimierten Arbeitsmediums ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Zylinderkopf gemäß Anspruch 1 und einem mehrstufigem Kolbenverdichter gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagen Zylinderkopf umfasst ein Zylinderkopfoberteil und ein Zylinderkopfunterteil, eine zwischen Zylinderkopfoberteil und Zylinderkopfunterteil angeordnete Trennplatte, wobei durch das Zylinderkopfunterteil und die Trennplatte ein Kühlkanal gebildet wird, durch den ein Kühlmittel leitbar ist.
Weiterhin ist im Zylinderkopf ein Zwischenkanal vorgesehen, mittels dem der Hubraum einer ersten Verdichterstufe mit dem Hubraum einer nachfolgenden Verdichterstufe verbindbar ist. Dieser Zwischenkanal wird erfindungsgemäß durch Überströmöffnungen in der Trennplatte geführt, wobei der Zwischenkanal mehrere Abschnitte aufweist, die zumindest teilweise durch das Zylinderkopfoberteil und Zylinderkopfunterteil begrenzt werden.
Das Arbeitsmedium kann beim Einsatz des Verdichters in einem Kraftfahrzeug Umgebungsluft sein. Den Weg den die vorkomprimierte Luft aus der ersten Verdichterstufe zurücklegen muss um in die zweite Verdichterstufe zu gelangen führt erfindungsgemäß über zwei Ebenen im Zylinderkopf.
In der unteren Ebene wird der Zwischenkanal im Wesentlichen durch das Zylinder- kopfunterteil begrenzt und in der oberen Ebene wird der Zwischenkanal im Wesentlichen durch das Zylinderkopfoberteil begrenzt. Diese Luftführung hat den Vorteil, dass sich der Weg bzw. die Verweildauer der vorkomprimierten Luft, die durch die Kompression relativ stark erhitzt wurde, im Zwischenkanal verlängert. Dadurch verlängert sich die Kühldauer und die Wärmeabfuhr über den Kühlkanal wird verbessert. In einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Begrenzung des Kühlkanals durch das Zylinderunterteil und die Trennplatte. Dadurch entstehen vorteilhaft zwei wesentliche Kühlflächen, eine am Zylinderunterteil und eine an der zum Zylinderoberteil zeigenden Trennplattenseite.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Zwischenkanal eine Ausströmkammer, eine Zwischenkammer und eine Einströmkammer auf, wobei die Zwischenkammer durch das Zylinderkopfoberteil und die Trennplatte gebildet wird und die Ausströmkammer sowie die Einströmkammer zumindest teilweise durch das Zylinderkopfunterteil und die Trennplatte begrenzt sind. Die Zwischenkammer ist über die Überströmöffnungen mit der Ausströmkammer sowie der Einströmkammer verbunden. Des Weiteren sind im Zylinderkopfunterteil neben der Ausströmkammer und der Einströmkammer eine Saugkammer und eine Druckkammer angeordnet. Wobei sich Saugkammer und Druckkammer vorzugsweise über beide Zylinderkopfteile erstrecken, wobei in der Trennplatte entsprechende Aussparungen vorgesehen sind.
Die bevorzugte Ausführung kann weiterhin so ausgeführt sein, dass die Zwischen- kammer oberhalb der Ausströmkammer und der Einströmkammer angeordnet ist. Das heißt, die Zwischenkammer ist oberhalb der Trennplatte und die Ausströmkammer und Einströmkammer sind unterhalb der Trennplatte angeordnet. Idealerweise werden die Kammern oberhalb und unterhalb der Trennplatte durch die gleichen Trennplattenbereiche begrenzt. In einer Ausführung kann der Kühlkanal über einen Kühlwassereinlass und einen Kühlwasserauslass am Zylinderkopfunterteil mit einem Kühlwasserkreislauf verbunden sein.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführung kann der Kühlkanal, der durch das Zylinderunterteil und die Trennplatte gebildet wird, zu min. 50%, vorzugsweise zu min. 70% in einem Bereich zwischen der Ausströmkammer und der Zwischenkammer verlaufen. Durch diese Anordnung wird die Kühlleistung in dem Bereich optimiert in dem die vorkomprimierte Luft eine relativ hohe Temperatur beim Verlassen der ersten Verdichterstufe hat.
Weiterhin kann der Kühlkanal zu min. 10%, vorzugsweise zu min. 20%, im Bereich der Druckkammer verlaufen. So wird vorteilhaft die komprimierte Luft nach dem Verlassen der Zweiten bzw. letzten Verdichterstufe gekühlt, bevor sie den Kolbenverdichter verlässt.
Mehrstufige Kolbenverdichter, zum Verdichten kompressibler Medien, können vorteilhaft mit einem Zylinderkopf entsprechend dem vorweg beschrieben Aufbau ausgerüs- tet sein. So können beispielsweise auch bestehende Verdichter umgerüstet werden, um deren Effizienz zu steigern.
Weiterhin kann der Zylinderkopf auf einer Ventilsitzplatte, mit Ventilen zum Einlass und mit Ventilen zum Auslass von Arbeitsmedium, angeordnet sein. Die Ventilsitzplatte kann weiterhin einen Kühlkanal aufweisen. Wobei der Kühlkanal auch mit dem Kühlkanal des Zylinderkopfs verbunden sein kann. Kühlmittel kann beispielsweise zuerst die Ventilsitzplatte und anschließend den Zylinderkopf durchströmen.
Weiterhin kann in der Ventilsitzplatte ein Entlastungskanal vorgesehen sein, mittels dem die Saugkammer mit dem Hubraum einer ersten Verdichterstufe und dem Hubraum einer nachfolgenden Verdichterstufe verbindbar ist, wobei zwischen den Hubräumen und dem Entlastungskanal schaltbare Leerlaufventile vorgesehen sind.
Diese Leerlaufventile können einzeln oder gleichzeitig ansteuerbar sein, sodass die Hubräume der Verdichterstufen zeitverzögert oder gleichzeitig mit der Saugkammer verbindbar sind.
Sind die Leerlaufventile geöffnet wird die durch die Verdichterstufen angesaugte Luft nicht mehr verdichtet und der Verdichter arbeitet in einem Leerlaufmodus, in dem keine Verdichterarbeit mehr anfällt. Dies ist besonders wichtig, wenn der Verdichter derart mit dem Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist, dass dieser bei gefülltem Druckluftbehälter nicht abgekoppelt werden kann, also keine Kupplung vorgesehen ist.
Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes bzw. des Kolbenverdichters und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert. In diesen zeigen:
Figur 1 einen Zylinderkopf ohne das Zylinderkopfoberteil
Figur 2 einen Schnitt A-A durch einen Kolbenverdichter Figur 3 einen Schnitt B-B durch einen Kolbenverdichter
Figur 4 einen Schnitt C-C durch einen Kolbenverdichter
Figur 1 zeigt einen Zylinderkopf 1 ohne das Zylinderkopfoberteil 8, sodass man direkt auf die Trennplatte 7 blickt. Unterhalb der Trennplatte 7 sind das Zylinderkopfunterteil 6 und die Ventilsitzplatte 9 angeordnet. Wie dargestellt, werden durch das zwischen Ventilsitzplatte 9 und Trennplatte 7 angeordnete Zylinderkopfunterteil 6 vier Kammern gebildet. Auf der linken Seite die Saugkammer 4 und die Ausströmkammer 2a und auf der rechten Seite die Einströmkammer 2c sowie oben die Druckkammer 5. Weiterhin ist der Kühlkanal 10 zu erkennen, der durch die Trennplatte 7 und das Zylinderkopfunterteil 6 gebildet wird.
In dieser Ansicht ist weiterhin der Verlauf des Kühlkanals 10 zu erkennen. Der Verlauf des Kühlkanals ist derart gewählt, dass die größte Kühlleistung im Bereich der Ausströmkammer 2a und der hier nicht gezeigten Zwischenkammer 2b übertragen werden kann. Die Länge des Kühlkanals 10 in diesem Bereich kann beispielsweise 50% bis 70 % betragen. Ein weiterer wesentlicher Längenanteil des Kühlkanals 10 von 10% bis 20% kann beispielsweise im Bereich der Druckkammer verlaufen. Vom Zwischenkanal sind hier nur die Ausströmkammer 2a, die Einströmkammer 2c und die Überströmöffnungen 3 dargestellt. Die Zwischenkammer 2b ist nicht dargestellt, sie verläuft aber über der Ausströmkammer 2a und der Einströmkammer 2c wie in Fig. 2 dargestellt. Weiterhin sind die Auslassventile 1 1 a, b und Einlassventile 12a, b in der Ventilsitzplatte 9 angedeutet.
Figur 2 zeigt den Schnitt A-A durch den Kolbenverdichter mit dem Zylinderkopf 1 . In dieser Ansicht ist der Zwischenkanal komplett zu erkennen. Der Zwischenkanal 2a, 3, 2b, 2c besteht aus mehreren Abschnitten, der Ausströmkammer 2a, der Zwischenkammer 2b und der Einströmkammer 2c, wobei die Kammern über die Überströmöff- nungen 3 in der Trennplatte 7 verbunden sind.
Weiterhin ist zu erkennen, dass die Zwischenkammer 2b durch das Zylinderkopfoberteil 8 und die Trennplatte 7 gebildet wird. Die Ausströmkammer 2a sowie die Einströmkammer 2c werden durch das Zylinderkopfunterteil 6, die Trennplatte 7 und die Ventilsitzplatte 9 begrenzt. Vorkomprimiertes Arbeitsmedium wird im Betrieb von dem Hubraum der ersten Stufe 18 über das Auslassventil 1 1 b, den Zwischenkanal 2a, 3, 2b, 2c und das Einlassventil 12a in den Hubraum der zweiten Stufe 19 gedrückt. Der Strömungsverlauf durch den Zwischenkanal ist durch den Pfeil 13 angedeutet.
Figur 3 zeigt den Schnitt B-B durch den Kolbenverdichter. Dieser Schnitt ist so gelegt worden, dass der Kühlkanal 10 und dessen Wirkung besser verdeutlicht werden kann. Mittels dem Kühlmedium im Kühlkanal 10 kann, wie deutlich zu erkennen ist, eine Fläche der Trennplatte 7 und eine Fläche des Zylinderunterteils 6 gekühlt werden.
Gelangt im Betrieb vorkomprimiertes Arbeitsmedium über das Auslassventil 1 1 b in die Ausströmkammer 2a wird dieses in einem ersten Schritt über die Kühlfläche des Zylinderunterteils 6 gekühlt. Entsprechend dem Strömungsverlauf durch den Zwischenkanal 13 bleibt das vorkomprimierte Arbeitsmedium aber auch in der Zwischenkammer 2b im Kontakt mit einer Kühlfläche.
Gegenüber dem Stand der Technik wird durch diese Strömungsführung 13 die Verweildauer im Zylinderkopf 1 und der Kontakt zu einer Kühlfläche, des durch die Kompression erhitzten Arbeitsmediums, im Zylinderkopf 1 verlängert. In Figur 4 ist der Schnitt C-C dargestellt. Dieser Schnitt geht im Wesentlichen durch die Saugkammer 4a, b und die Druckkammer 5a, b, wobei die Kammerhälften jeweils durch eine Öffnung in der Trennplatte 7 miteinander verbunden sind.
Über den Arbeitsmediumeinlass 14 gelangt Arbeitsmedium, wie Umgebungsluft in den Hubraum der ersten Stufe 18. An den Arbeitsmediumauslass 15 sind eine nicht dargestellte Arbeitsluftaufbereitungsvorrichtung und nachfolgend ein Druckspeicher angeschlossen. Zu erkennen ist auch der Kühlkanal 10 der einen Durchgangsbereich der Druckkammer 5 umschließt. Der Verlauf des Kühlkanals 10 ist so gewählt, dass ein Teilabschnitt des Kühlkanals 10 im Bereich der Druckkammer 5a, b verläuft. Die Erfindung ist nicht auf einen zweistufigen Verdichter beschränkt. Vielmehr können auch mehr als zwei Stufen hintereinander geschaltet sein, wobei dann jeweils zwischen zwei Stufen ein Zwischenkanal vorgesehen ist, der über die zwei beschriebenen Ebenen verläuft und entsprechend gekühlt werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Zylinderkopf
2a Ausströmkammer
2b Zwischenkammer
2c Einströmkammer
3 Überströmöffnung
4a, b Saugkammer
5a, b Druckkammer
6 Zylinderkopfunterteil
7 Trennplatte
8 Zylinderkopfoberteil
9 Ventilsitzplatte
10 Kühlkanal
1 1 a, b Auslassventil
12a, b Einlassventil
13 Strömung durch Zwischenkanal
14 Arbeitsmediumeinlass
15 Arbeitsmediumauslass
16 a, b Hubkolben
17 Verdichtergehäuse
18 Hubraum erste Stufe
19 Hubraum zweite Stufe
20 Kühlwassereinlass
21 Kühlwasserauslass
22 Entlastungskanal
23a, b Leerlaufventil
24 Steuerluftanschluss
25 Steuerdruckkammer

Claims

Patentansprüche
1 . Zylinderkopf (1 ) für einen mehrstufigen Kolbenverdichter zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, umfassend ein Zylinderkopfoberteil (8) und ein Zylinderkopfunterteil (6), wobei
- zwischen Zylinderkopfoberteil (8) und Zylinderkopfunterteil (6) eine Trennplatte (7) angeordnet ist,
- durch das Zylinderkopfunterteil (6) und die Trennplatte (7) ein Kühlkanal (10) gebildet wird, durch den ein Kühlmittel leitbar ist,
- im Zylinderkopf ein Zwischenkanal (2a, 3, 2b, 2c) vorgesehen ist, mittels dem der Hubraum (18) einer ersten Verdichterstufe mit dem Hubraum (19) einer nachfolgenden Verdichterstufe verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zwischenkanal (2a, 3, 2b, 2c) durch Überströmöffnungen (3) in der Trennplatte (7) geführt ist und abschnittsweise zumindest teilweise durch das Zylinderkopfoberteil (8) und Zylinderkopfunterteil (6) begrenzt wird.
2. Zylinderkopf (1 ) gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zwischenkanal (2a, 3, 2b, 2c) eine Ausströmkammer (2a), eine Zwi- schenkammer (2b) und eine Einströmkammer (2c) aufweist, wobei die Zwischenkammer (2b) durch das Zylinderkopfoberteil (8) und die Trennplatte (7) gebildet wird und die Ausströmkammer (2a) sowie die Einströmkammer (2c) zumindest teilweise durch das Zylinderkopfunterteil (6) und die Trennplatte (7) begrenzt sind, wobei die Zwischenkammer 2b über die Überströmöffnungen (3) mit der Ausströmkammer (2a) sowie der Einströmkammer (2c) verbunden ist.
3. Zylinderkopf gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkopfunterteil (6) neben der Ausströrnkammer (2a) und der Ein- strörnkammer (2c) weiterhin eine Saugkammer (4) und eine Druckkammer (5) aufweist, die zumindest teilweise durch das Zylinderunterteil begrenzt werden.
4. Zylinderkopf gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zwischenkammer (2b) oberhalb der Ausströmkammer (2a) und der Einströmkammer (2c) angeordnet ist.
5. Zylinderkopf gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zylinderkopfunterteil (6) ein Kühlwassereinlass (20) und ein Kühlwas- serauslass (21 ) aufweist.
6. Zylinderkopf gemäß Anspruch 1 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkanal (3) zu min. 50%, vorzugsweise zu min. 70% in einem Bereich zwischen der Ausströmkammer (2a) und der Zwischenkammer (2b) verläuft.
7. Zylinderkopf gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkanal (3) zu min. 10%, vorzugsweise zu min. 20%, im Bereich der Druckkammer (5) verläuft.
8. Mehrstufiger Kolbenverdichter zum Verdichten kompressibler Medien umfassend einen Zylinderkopf (1 ) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Mehrstufiger Kolbenverdichter gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zylinderkopf (1 ) auf einer Ventilsitzplatte (9) mit Ventilen (1 1 a, b) und (12a, b) angeordnet ist.
10. Mehrstufiger Kolbenverdichter gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventilsitzplatte (9) einen Kühlkanal aufweist.
1 1 . Mehrstufiger Kolbenverdichter gemäß Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkanal mit dem Kühlkanal (10) des Zylinderkopfs (1 ) verbunden ist.
12. Zylinderkopf gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Ventilsitzplatte (9) ein Entlastungskanal vorgesehen ist, mittels dem die Saugkammer (4) mit dem Hubraum (18) einer ersten Verdichterstufe und dem Hubraum (19) einer nachfolgenden Verdichterstufe verbindbar ist, wobei zwischen den Hubräumen (18, 19) und dem Entlastungskanal schaltbare Ventile vorgesehen sind.
13. Zylinderkopf gemäß Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventile einzeln oder gleichzeitig ansteuerbar sind, sodass über diese die Hubräume (18, 19) zeitverzögert oder gleichzeitig mit der Saugkammer (4) verbunden werden können.
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