WO2021013670A1 - Ventilvorrichtung für einen hubkolbenverdichter - Google Patents

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WO2021013670A1
WO2021013670A1 PCT/EP2020/070084 EP2020070084W WO2021013670A1 WO 2021013670 A1 WO2021013670 A1 WO 2021013670A1 EP 2020070084 W EP2020070084 W EP 2020070084W WO 2021013670 A1 WO2021013670 A1 WO 2021013670A1
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lamella
relief
stage
cylinder head
compressor
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PCT/EP2020/070084
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Marius BURKAUSKAS
Sven Hensel
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Voith Patent Gmbh
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    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control
    • F04B49/03—Stopping, starting, unloading or idling control by means of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B49/16—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by adjusting the capacity of dead spaces of working chambers

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating piston compressor for a compressed air supply system in a motor vehicle, such as a truck, bus or rail vehicle.
  • a reciprocating piston compressor essentially comprises two areas, the cylinder head area in which the valves are arranged and the crankshaft housing with at least one cylinder that can be moved in a working space, so that a suction stroke movement and a compression stroke movement arise.
  • the reciprocating compressor can be single-stage or multi-stage, in particular two-stage.
  • the valve device for controlling the air flow is usually assigned to the cylinder head and comprises automatically effective suction valves and pressure valves which are opened and closed by the pressures prevailing in the working space due to the stroke movement of the piston.
  • the suction stroke of the piston causes a negative pressure in the working space of the respective cylinder, so that the associated suction valve opens and the associated pressure valve is closed. Air enters the working chamber of the cylinder or is sucked into the working chamber via the inlet chamber and the inlet channels in the valve carrier plate.
  • the compression stroke of the piston causes an overpressure in the working space of the respective cylinder, so that the associated suction valve closes and the associated pressure valve is opened, whereby compressed air is fed from the working space of the cylinder via the pressure channel into the downstream compressed air system.
  • the suction valve is usually designed as a valve lamella, the valve tongue of which is clamped on one side between the cylinder housing and the cylinder head of the reciprocating piston compressor and on its free end is guided with at least one tab in a recess of the cylinder housing.
  • the valve tongue By means of the valve tongue, the inlet openings in the valve support plate, which connect a suction chamber with the working space of the cylinder, can be closed.
  • the valve lamella is designed in such a way that at least one outlet opening is recessed in the valve support plate, which is arranged between the working space of the cylinder and the pressure channel.
  • the pressure valve via which the outlet opening can be closed, is usually located within the cylinder head area.
  • Another idle valve is known from DE 10 2013 001 147 A1, for example.
  • an idle valve for a relief system is proposed that is held in the closed position by means of a spring and can optionally be switched into an open position by applying a pressure.
  • Such systems are also called “externally controlled systems”.
  • an idle valve device is known. This is arranged in such a way that it does not protrude into the area over which the piston of the compressor moves. All idle systems have in common that in idle operation the working area is connected to another room via a relief duct, so that no compression or only reduced compression occurs.
  • the object of the invention is to propose a relief system by means of which the energy consumption of a reciprocating compressor can be further reduced.
  • the embodiment according to the invention is a Hubkolbenkom compressor for a compressed air supply system in a motor vehicle, with a Zylin derkopf in which a relief system is integrated, by means of which a relief channel in a valve support plate of the cylinder head, the a working space of the reciprocating compressor with a space in Cylinder head connects, is switchable.
  • the relief system comprises a switching device and a lamella, the lamella being attached to the valve carrier plate on the working space side and being designed in such a way that it can be lifted off the valve carrier plate to open the relief channel, the lamella being lifted off can take place automatically and / or controlled by means of the relief system.
  • the automatic lifting of the lamella results in an enlarged effective duct cross-section, which reduces the inflow resistance of the air into the working space during the suction stroke of the cylinder.
  • the controlled lifting of the lamella ensures that the compressor is switched to idle mode in which there is no compression.
  • a preferred embodiment can provide that the cylinder head has an inlet chamber which has several inlet channels in the valve support plate and an inlet valve lamella, designed automatically as a tongue valve, can be connected to the working chamber, the at least one relief channel being arranged within the inlet channels. In other words, that the at least one relief channel is surrounded by inlet channels.
  • the lamella can preferably be designed as a tongue valve, a tongue valve being understood to be a lamella that is clamped on one side and closes a channel in the non-actuated position and opens the passage through the channel in the actuated position.
  • the inlet chamber can preferably be connected to the working space via the inlet channels and the relief channel.
  • the inlet chamber is connected to an air inlet through which, in particular, ambient air enters the inlet chamber.
  • the air is distributed over the inlet ducts and the at least one relief duct and is sucked into the working space via these.
  • the enlarged cross section facilitates the suction stroke movement of the piston, which reduces energy consumption.
  • the relief system for supporting the lamella can comprise a means for limiting the stroke of the lamella. Particularly with large air volumes that are sucked into the working space during the suction stroke due to the resulting negative pressure, it may be necessary to limit the movement of the lamellae, as is also necessary for the valve lamella in accordance with the StdT.
  • a limiter lamella protruding into the working space can be used. So that the dead space remains relatively small, the cylinder can have a corresponding recess for the delimitation lamella. Alternatively, this recess can also be used directly as a means of limiting, so that the lamella hits the recess at least when the lifting movement starts.
  • the relief system can comprise a relief piston which can be reset by means of a spring element and which can be actuated by means of a control pressure.
  • the reciprocating compressor can be designed as a two-stage compressor, with a preliminary stage and a high-pressure stage, with a relief system and a connecting duct that connects the relief duct of the high-pressure stage with the inlet chamber being provided in the cylinder head for each stage.
  • the compression stroke of all stages is relieved via a connection that connects the respective working space to the inlet chamber via the relief channel. In this way, when the lamella is in the relief position, ambient air can enter the working area directly even during the suction stroke of the high pressure stage
  • the lamella of the relief system of the high pressure stage is designed in such a way that it remains in the closed position during operation during the suction stroke.
  • the lamella of the high pressure stage or subsequent high pressure stages is thus designed so that the lamella can only be actively moved into the open position by means of the piston of the relief system.
  • the reciprocating compressor has a cylinder head in which a relief system is integrated, by means of which a relief channel in a valve support plate of the cylinder head, which connects a working space of the reciprocating compressor with a space in the cylinder head, is switchable.
  • the method is characterized in that during a suction stroke in which a negative pressure is generated in the working space, a lamella of the relief system is automatically or, when the relief system is actuated, forcibly moved into an open position, so that additional air via the inlet chamber and the Relief channel is sucked into the work area, or when the relief system is actuated, air can be forced out of the work area via the relief channel.
  • This process is used in a single-stage reciprocating compressor or in the preliminary stage or the first stage of a multi-stage reciprocating compressor.
  • the reciprocating piston compressor as a two-stage compressor, a preliminary stage and a high-pressure stage are connected in series, a relief system being provided in the cylinder head for each stage.
  • a connecting duct for connecting the relief systems can be provided in the cylinder head of the two-stage compressor, the relief duct of the high-pressure stage being connected to the inlet chamber of the preliminary stage via the connecting duct, with the relief pistons of both relief systems being switched in this way for relief or switching to idle mode of the reciprocating compressor that the slats of both stages are moved into an open position.
  • Fig. 1 Piston-side view of the valve plate of a two-stage
  • Fig. 2 Cylinder head side view of the valve plate of a two-stage
  • FIG. 1 shows a piston-side view of the valve carrier plate 4 of a two-stage reciprocating compressor with the relief system which is assigned to the cylinder head 12.
  • the two compressor stages, the preliminary stage 2 and the high pressure stage 3 have a similar structure but differ somewhat in terms of size and function.
  • the basic structure is the same.
  • Both compressor stages have an inlet valve 5a, b, which is fixed on one side and has stop surfaces on the opposite side. For the stop surfaces are in the crankcase 11 not shown here recesses provided through which the opening movement of the inlet valves 5a, b is limited.
  • the outlet channels 23 are arranged within the outer contour of the inlet valves 5a, b and partially run through recesses in the inlet valves 5a, b.
  • the lamellae 9a, b belonging to the relief system 7a, b are arranged roughly in the middle of the inlet valves 5a, b, i.e. roughly in the middle of the working space of the cylinders 20a, b, where the inlet valves 5a, b have a recess.
  • the lamellae 9a, b are also clamped on one side.
  • the valves of preliminary stage 2 and high pressure stage 3 differ somewhat. Due to the larger volume of air that must be sucked in during the suction stroke of the cylinder 20a of the preliminary stage 2, the lamella 9a is designed in such a way that the valve opens automatically with each suction stroke of the cylinder 20a of the preliminary stage 2. To limit the opening movement, a limiting lamella 22 is provided, which represents a stop for the lamella 9a.
  • FIG. 2 shows a cylinder head side view of the valve support plate 4 of a two-stage reciprocating compressor with a relief system.
  • Both stages 2, 3 each have an inlet chamber 14a, b and an outlet chamber 15a, b.
  • the automatically effective outlet valves 6a, b are arranged, which in the closed position close the outlet channels 23 in the valve support plate and are moved into an open position when a definable pressure in the working space is exceeded.
  • the inlet channels 21a are assigned to the inlet valve 5a with the inlet valve plate 18a.
  • the inlet valve lamella 18a is moved into an open position.
  • the inlet valve lamella 18a closes the inlet channels 21a.
  • the discharge processing channels 19a are arranged within the semicircle of the inlet channels 21 a. Their passage is switched by means of the lamella 9a of the relief system 7a.
  • the high-pressure stage is designed somewhat differently, here the relief channel 19b of the relief system 7b is arranged in a separate chamber which is connected to the inlet chamber 14a of the preliminary stage 2 via the connecting channel 13.
  • the separate channel connection between outlet chamber 15a of preliminary stage 2 and inlet chamber 14b of high pressure stage 3 is not shown.
  • Figures 3 and 4 show the relief systems 7a, b of preliminary stage 2 and high pressure stage 3 in section.
  • the general layered structure of the cylinder head 12 is known from the prior art, so that only the channels and chambers that are essential to the invention are considered further here.
  • the relief system 7a according to the invention for the preliminary stage is shown in FIG. 3 and the relief system 7b for the high-pressure stage 3 is shown in FIG.
  • the relief system 7a of the preliminary stage can be used as described above and shown in FIG.
  • all stages following the preliminary stage receive the relief system 7b of the high-pressure stage 2, whereby in a preferred embodiment a connection channel can be provided through which all stages can be connected to the inlet chamber of the preliminary stage.
  • each stage can also include a separate channel that is connected to the environment.
  • the special feature of the relief valve of preliminary stage 2 is the limiting lamella 22, which is designed as a solid component and supports the lamella 9a so that the lamella 9a does not extend too far in bends the working space and this leads to excessive bending stress.
  • the cylinder 20a has a recess at the end face into which the delimiting lamella 22 plunges when the cylinder is at top dead center, so that the dead space is as small as possible.
  • the recess is just large enough to accommodate the delimiting lamella 22 and the lamella 9a lying on it in the open state.
  • the relief piston 10a which is guided in the cylinder head 12, can also be seen. In the position shown, it is in the rest position and is held in this position by a spring.
  • the relief piston 10a can be pressurized via the illustrated control pressure channel 16, so that it is moved into the relief position and the lamella 9a into the open position.
  • the special feature of the relief system 8b of the high pressure stage 3 shown in Figure 4 is the design of the lamella 9b, which is designed to be spring-stiff so that it can only be moved into the open position with the help of the relief piston 10b
  • a suction stroke of the piston 20b of the high pressure stage 2 does not have an automatic effect Movement of the lamella 9b in the open position.
  • Both relief pistons 10a, b are simultaneously acted upon with compressed air via the control pressure channel 16 shown.
  • the piston 20b also has a recess in which the lamella 9b has space in the open position.

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Abstract

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung handelt es sich um einen Hubkolbenkompressor für ein Druckluftversorgungsystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Zylinderkopf in dem ein Entlastungssystem integriert ist, mittels dem ein Entlastungskanal in einer Ventilträgerplatte des Zylinderkopfes, der einen Arbeitsraum des Hubkolbenkompressors mit einem Raum im Zylinderkopf verbindet, schaltbar ist. Zur Verbesserung der Effizienz des Hubkolbenkompressors wird vorgeschlagen, dass das Entlastungssystem eine Schaltvorrichtung und eine Lamelle umfasst, wobei die Lamelle arbeitsraumseitig an der Ventilträgerplatte befestigt ist und derart ausgelegt ist, das diese zum Öffnen des Entlastungskanals von der Ventilträgerplatte abhebbar ist, wobei das Abheben des Lamelle selbsttätig und/oder gesteuert mittels des Entlastungssystems erfolgen kann.

Description

Ventilvorrichtung für einen Hubkolbenverdichter
Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenkompressor für ein Druckluftversorgungsystem in einem Kraftfahrzeug, wie einem LKW, Bus oder Schienenfahrzeug. Ein Hubkolben verdichter umfasst im Wesentlichen zwei Bereiche, den Zylinderkopfbereich in dem die Ventile angeordnet sind und das Kurbelwellengehäuse mit zumindest einem Zylinder, der in einem Arbeitsraum bewegbar ist, so dass eine Saughubbewegung und eine Kompressionshubbewegung entsteht. Der Hubkolbenverdichter kann einstu fig oder mehrstufig, insbesondere zweistufig, ausgeführt sein.
Die Ventilvorrichtung zur Steuerung des Luftstroms ist üblicherweise dem Zylinder kopf zugeordnet und umfasst selbsttätig wirksame Säugventile und Druckventile, die durch die in dem Arbeitsraum durch die Hubbewegung des Kolbens herrschenden Drücke geöffnet und geschlossen werden.
Der Saughub des Kolbens bewirkt einen Unterdrück im Arbeitsraum des jeweiligen Zylinders, so dass sich das zugeordnete Säugventil öffnet und das zugeordnete Druckventil geschlossen wird. Über die Einlasskammer und die Einlasskanäle in der Ventilträgerplatte gelangt Luft in den Arbeitsraum des Zylinders, bzw. wird in den Arbeitsraum gesaugt.
Der Verdichtungshub des Kolbens bewirkt einen Überdruck im Arbeitsraum des jeweiligen Zylinders, so dass sich das zugeordnete Säugventil schließt und das zugeordnete Druckventil geöffnet wird, wodurch komprimierte Luft aus dem Arbeits raum des Zylinders über den Druckkanal in das nachfolgende Druckluftsystem geför dert wird.
Wie auch aus der DE 10 2016 006 358 A1 bekannt, ist das Säugventil meistens als Ventillamelle ausgebildet, dessen Ventilzunge einseitig zwischen dem Zylindergehäu se und dem Zylinderkopf des Hubkolbenkompressors eingespannt ist und an ihrem freien Ende mit mindestens einer Lasche in einer Aussparung des Zylindergehäuses geführt ist. Mittels der Ventilzunge sind die Eintrittsöffnungen in der Ventilträgerplatte, die eine Ansaugkammer mit dem Arbeitsraum des Zylinders verbinden, verschließbar. Weiterhin ist die Ventillamelle derart gestaltet, dass zumindest eine Austrittsöffnung in der Ventilträgerplatte ausgespart wird, die zwischen dem Arbeitsraum des Zylinders und dem Druckkanal angeordnet ist. Das Druckventil, über das die Austrittsöffnung verschließbar ist, befindet sich üblicherweise innerhalb des Zylinderkopfbereichs.
Der Förderbetrieb des Hubkolbenkompressors erfolgt so lange, bis der Druck in der Hauptdruckleitung einen vorgegebenen Abschaltdruck erreicht hat. Dann wird der Kompressor in den Leerlaufbetrieb geschaltet, durch den die Leistungsaufnahme im Leerlaufbetrieb reduziert wird. Derartige Systeme nennt man auch Entlastungssyste me oder Leerlaufsysteme. Aus der EP 1 650 434 A2 ist beispielsweise ein Leerlaufventil bekannt, dass sich automatisch öffnet, sobald der Systemdruck erreicht ist und sich ein Überströmventil geöffnet hat. Dadurch entfällt der Gegendruck des Druckluftsystems, der das Leer laufventil in einer Schließstellung hält. Das geöffnete Leerlaufventil verbindet den Arbeitsraum mit der Einlasskammer, so dass keine Verdichtung während des Ver- dichtungshubs stattfinden kann. Ein Vorteil eines solchen Kolbenverdichters besteht darin, dass das Abschalten bei Erreichen des Soll-Fülldruckes im Druckbehälter automatisch erfolgt.
Ein weiteres Leerlaufventil ist beispielsweise aus der DE 10 2013 001 147 A1 be- kannt. Hier wird ein Leerlaufventil für ein Entlastungssystem vorgeschlagen, dass mittels einer Feder in der Schließstellung gehalten wird und wahlweise durch Aufbrin gen eines Druckes in eine Offenstellung geschaltet werden kann. Derartige Systeme werden auch„fremdgesteuerte-Systeme“ genannt. Aus der EP 0091 994 ist eine Leerlauf-Ventileinrichtung bekannt. Diese ist derart angeordnet, dass sie nicht in den Kolben des Verdichters überfahrenden Bereich ragt. Alle Leerlaufsysteme haben gemeinsam, dass im Leerlaufbetrieb der Arbeitsraum über einen Entlastungskanal mit einem weiteren Raum verbunden wird, so dass keine oder eine verringerte Kompression stattfindet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Entlastungssystem vorzuschlagen durch das sich der Energieverbrauch eines Hubkolbenverdichters weiter reduzieren lässt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung handelt es sich um einen Hubkolbenkom pressor für ein Druckluftversorgungsystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Zylin derkopf in dem ein Entlastungssystem integriert ist, mittels dem ein Entlastungskanal in einer Ventilträgerplatte des Zylinderkopfes, der einen Arbeitsraum des Hubkolben- kompressors mit einem Raum im Zylinderkopf verbindet, schaltbar ist.
Zur Verbesserung der Effizienz des Hubkolbenkompressors wird vorgeschlagen, dass das Entlastungssystem eine Schaltvorrichtung und eine Lamelle umfasst, wobei die Lamelle arbeitsraumseitig an der Ventilträgerplatte befestigt ist und derart ausgelegt ist, das diese zum Öffnen des Entlastungskanals von der Ventilträgerplatte abhebbar ist, wobei das Abheben des Lamelle selbsttätig und/oder gesteuert mittels des Entlas tungssystems erfolgen kann.
Durch das selbsttätige Abheben der Lamelle wird erreicht, dass ein vergrößerter wirksamer Kanalquerschnitt entsteht, durch den der Einströmwiderstand der Luft in den Arbeitsraum beim Saughub des Zylinders reduziert wird.
Durch das gesteuerte Abheben der Lamelle wird erreicht, dass der Kompressor in den Leerlaufbetrieb geschaltet wird, bei der keine Kompression stattfindet.
Eine bevorzugte Ausführungsform kann vorsehen, dass der Zylinderkopf eine Ein lasskammer aufweist, welche über mehrere Einlasskanäle in der Ventilträgerplatte und einer selbsttätig wirksamen als Zungenventil ausgebildete, Einlassventillamelle mit dem Arbeitsraum verbindbar ist, wobei der mindestens eine Entlastungskanal innerhalb der Einlasskanäle angeordnet ist. Mit anderen Worten, dass der mindestens eine Entlastungskanal von Einlasskanälen umgeben ist.
Die Lamelle kann dabei vorzugsweise als Zungenventil ausgeführt sein, wobei man unter einem Zungenventil eine Lamelle versteht, die einseitig eingespannt ist und in der unbetätigten Stellung einen Kanal verschließt und in der betätigten Stellung den Durchgang durch den Kanal öffnet.
Vorzugweise ist die Einlasskammer über die Einlasskanäle und den Entlastungskanal mit dem Arbeitsraum verbindbar. Die Einlasskammer ist mit einem Lufteinlass ver bunden, durch den insbesondere Umgebungsluft in die Einlasskammer gelangt. In der Einlasskammer verteilt sich die Luft auf die Einlasskanäle und den mindestens einen Entlastungskanal und wird über diese in den Arbeitsraum gesaugt. Durch den vergrößerten Querschnitt wird die Saughubbewegung des Kolbens erleichtert, was den Energieverbrauch reduziert.
Weiterhin kann das Entlastungssystem zur Stützung der Lamelle ein Mittel zur Hub- begrenzung der Lamelle umfassen. Insbesondere bei großen Luftvolumen, die beim Saughub in den Arbeitsraum durch den entstehenden Unterduck gesaugt werden, kann es erforderlich sein, dass die Lamellenbewegung begrenzt werden muss, wie dies auch bei der Ventillamelle entsprechend dem StdT notwendig ist. Zur Hubbe grenzung der Lamelle kann beispielsweise eine in den Arbeitsraum ragende Begren- zungslamelle verwendet werden. Damit der Totraum trotzdem relativ klein bleibt, kann der Zylinder, für die Begrenzungslamelle, eine entsprechende Aussparung aufweisen. Alternativ kann diese Aussparung auch direkt als Mittel zur Begrenzung verwendet werden, so dass die Lamelle zumindest beim Start der Hubbewegung in die Ausspa rung schlägt.
Weiterhin kann das Entlastungssystem einen mittels einem Federelement rückstellba ren Entlastungskolben umfassen, der mittels eines Steuerdrucks betätigbar ist. ln einer weiteren Ausführung kann der Hubkolbenverdichter als zweistufiger Verdich ter, mit einer Vorstufe und einer Hochdruckstufe, ausgeführt sein, wobei im Zylinder kopf für jede Stufe ein Entlastungssystem und ein Verbindungskanal, der den Entlas tungskanal der Hochdruckstufe mit der Einlasskammer verbindet, vorgesehen sind. Bei mehrstufigen Verdichtern erfolgt die Entlastung des Kompressionshubs aller Stufen über eine Verbindung die den jeweiligen Arbeitsraum über den Entlastungska nal gesteuert mit der Einlasskammer verbindet. So kann in der Entlastungsstellung der Lamelle auch beim Saughub der Hochdruckstufe Umgebungsluft direkt in den Arbeitsraum gelangen
Im Gegensatz zur Lamelle der Vorstufe, ist die Lamelle des Entlastungssystems der Hochdruckstufe derart ausgelegt, dass diese im Betrieb beim Saughub in der Schließstellung verbleibt. Die Lamelle der Hochdruckstufe bzw. nachfolgender Hoch druckstufen ist somit so ausgelegt, dass die Lamelle nur aktiv, mittels des Kolbens des Entlastungssystems in die Offenstellung, bewegbar ist.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben eines Hubkolbenkompressors zur Erzeu gung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug vorgeschlagen. Der Hubkolbenkompressor weist einen Zylinderkopf, in dem ein Entlastungssystem integriert ist, auf, mittels dem ein Entlastungskanal in einer Ventilträgerplatte des Zylinderkopfes, der einen Arbeits raum des Hubkolbenkompressors mit einem Raum im Zylinderkopf verbindet, schalt bar ist.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Saughub, bei dem ein Unterdrück im Arbeitsraum erzeugt wird, eine Lamelle des Entlastungssystems, selbsttätig oder, bei Betätigung des Entlastungssystems, zwangsweise in eine Offen stellung bewegt wird, so dass zusätzliche Luft über die Einlasskammer und den Entlastungskanal in den Arbeitsraum gesaugt wird, oder bei Betätigung des Entlas tungssystems Luft über den Entlastungskanal aus dem Arbeitsraum herausgedrückt werden kann. Dieses Verfahren kommt bei einem einstufigen Hubkolbenverdichter oder der Vorstufe bzw. der ersten Stufe eines mehrstufigen Hubkolbenverdichters zum Einsatz. In einer Ausführung des Hubkolbenkompressors als zweistufiger Verdichter sind eine Vorstufe und eine Hochdruckstufe in Reihe hintereinander geschaltet, wobei im Zylinderkopf für jede Stufe ein Entlastungssystem vorgesehen ist. Bei einem derarti gen Aufbau wird die Lamelle der Vorstufe beim Saughub selbsttätig in die Offenstel- lung bewegt und die Lamelle der Hochdruckstufe kann derart ausgelegt sein, dass diese beim Saughub in der Schließstellung verbleibt.
Weiterhin kann im Zylinderkopf des zweistufigen Verdichters ein Verbindungskanal zur Verbindung der Entlastungssysteme vorgesehen sein, wobei der Entlastungska nal der Hochdruckstufe über den Verbindungskanal mit der Einlasskammer der Vorstufe verbunden ist, wobei zur Entlastung bzw. Schaltung in den Leerlaufbetrieb des Hubkolbenkompressors die Entlastungskolben beider Entlastungssysteme derart geschaltet werden, dass die Lamellen beider Stufen in eine Offenstellung bewegt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig.1 Kolbenseitige Ansicht auf die Ventilplatte eines zweistufigen
Hubkolbenverdichters mit Entlastungssystem
Fig.2 Zylinderkopfseitige Ansicht auf die Ventilplatte eines zweistufigen
Hubkolbenverdichters mit Entlastungssystem
Fig.3 Entlastungssystem der ersten Verdichterstufe im Schnitt
Fig.4 Entlastungssystem der zweiten Verdichterstufe im Schnitt
Figur 1 zeigt eine kolbenseitige Ansicht auf die Ventilträgerplatte 4 eines zweistufigen Hubkolbenverdichters mit dem Entlastungssystem die dem Zylinderkopf 12 zugeord net ist. Die beiden Verdichterstufen, die Vorstufe 2 und die Hochdruckstufe 3, sind ähnlich aufgebaut und unterscheiden sich aber in der Größe und der Funktion etwas voneinander. Gleich ist der grundsätzliche Aufbau. Beide Verdichterstufen haben ein Einlassventil 5a, b, das einseitig fixiert ist und auf der gegenüberliegenden Seite Anschlagflächen aufweist. Für die Anschlagflächen sind in dem Kurbelwellengehäuse 11 hier nicht dargestellte Aussparungen vorgesehen, durch die die Öffnungsbewe gung der Einlassventile 5a, b begrenzt wird. Die Auslasskanäle 23 sind innerhalb der Außenkontur der Einlassventile 5a, b angeordnet und verlaufen teilweise durch Aus sparungen in den Einlassventilen 5a, b. Etwa in der Mitte der Einlassventile 5a, b, also etwa in der Mitte des Arbeitsraums der Zylinder 20 a, b, an der die Einlassventile 5a, b eine Aussparung aufweisen, sind die zum Entlastungssystem 7a, b gehörenden Lamellen 9a, b angeordnet. Auch die Lamellen 9a, b sind einseitig eingespannt.
Durch die unterschiedlich Funktion der Entlastungssysteme 7a, b unterscheiden sich die Ventile der Vorstufe 2 und der Hochdruckstufe 3 etwas. Durch das größere Luft volumen, dass beim Saughub des Zylinders 20a der Vorstufe 2 angesaugt werden muss, ist die Lamelle 9a derart ausgelegt, dass sich das Ventil bei jedem Saughub des Zylinders 20a der Vorstufe 2 selbststätig öffnet. Zu Begrenzung der Öffnungsbe wegung ist eine Begrenzungslamelle 22 vorgesehen, die einen Anschlag für die Lamelle 9a darstellt.
Figur 2 zeigt eine zylinderkopfseitige Ansicht auf die Ventilträgerplatte 4 eines zwei stufigen Hubkolbenverdichters mit Entlastungssystem. In dieser Ansicht sind die Kanäle und Kammern der Verdichterstufen gut zu erkennen. Beide Stufen 2, 3 weisen jeweils eine Einlasskammer 14a, b und eine Auslasskammer 15 a, b auf. In den Auslasskammern sind die selbsttätig wirksamen Auslassventile 6a, b angeordnet, die in der Schließstellung die Auslasskanäle 23 in der Ventilträgerplatte verschließen und in eine Offenstellung bewegt werden, wenn ein festlegbarer Druck im Arbeitsraum überschritten wird.
Im Bereich der Einlasskammer 14a der Vorstufe 2 sind mehrere Kanalöffnungen durch die Ventilträgerplatte 4 dargestellt. Ein Teil der Öffnungen, der äußere Halb kreis, sind die Einlasskanäle 21 a, die dem Einlassventil 5a mit der Einlassventillamel le 18a zugeordnet sind. Bei einem Saughub wird die Luft durch die Einlasskanäle 21 a in den Arbeitsraum gesaugt, die Einlassventillamelle 18a in eine Offenstellung bewegt. Bei einem Kompressionshub verschließt die Einlassventillamelle 18a die Einlasskanäle 21 a. Innerhalb des Halbkreises der Einlasskanäle 21 a sind die Entlas- tungskanäle 19a angeordnet. Deren Durchgang wird mittels der Lamelle 9a des Entlastungssystems 7a geschaltet.
Die Hochdruckstufe ist etwas anders ausgelegt, hier ist der Entlastungskanal 19b des Entlastungssystems 7b in einer separaten Kammer angeordnet, die über den Verbin dungskanal 13 mit der Einlasskammer 14a der Vorstufe 2 verbunden ist. Nicht darge stellt ist die separate Kanalverbindung zwischen Auslasskammer 15a der Vorstufe 2 und Einlasskammer 14b der Hochdruckstufe 3. Figur 3 und 4 zeigen die Entlastungssysteme 7a, b der Vorstufe 2 und der Hoch druckstufe 3 im Schnitt. Der generelle schichtweise Aufbau des Zylinderkopfes 12 ist aus dem Stand der Technik bekannt, so dass hier nur die erfindungswesentlichen Kanäle und Kammern weiter betrachtet werden. Das erfindungsgemäße Entlastungs system 7a für die Vorstufe ist in Figur 3 und das Entlastungssystem 7b für die Hoch- druckstufe 3 ist in Figur 4 dargestellt.
Bei einem einstufigen Verdichter kann das Entlastungssystem 7a der Vorstufe wie oben beschrieben und in Figur 3 dargestellt verwendet werden. Bei einem Mehrstufi gen, also mehr als zwei Stufen, erhalten alle der Vorstufe folgenden Stufen das Entlastungssystem 7b der Hochdruckstufe 2, wobei in einer bevorzugten Ausführung ein Verbindungskanal vorgesehen sein kann, über den alle Stufen mit der Einlass kammer der Vorstufe verbindbar sind. Alternativ kann auch jede Stufe einen separa ten Kanal umfassen der mit der Umgebung verbunden ist Das Besondere am Entlastungsventil der Vorstufe 2 ist die Begrenzungslamelle 22, die als massives Bauteil ausgeführt ist und die Lamelle 9a abstützt so dass die La melle 9a sich nicht zu weit in den Arbeitsraum verbiegt und es so zu einer zu großen Biegebeanspruchung kommt. Der Zylinder 20a hat eine Aussparung an der Stirnflä che in die die Begrenzungslamelle 22 eintaucht, wenn der Zylinder sich am oberen Totpunkt befindet, so dass der Schadraum möglichst klein wird.
Die Aussparung ist gerade so groß, dass die Begrenzungslamelle 22 und die im geöffneten Zustand darauf liegende Lamelle 9a darin Platz finden. Weiterhin ist der Entlastungskolben 10a zu erkennen der im Zylinderkopf 12 geführt ist. In der dargestellten Position befindet sich dieser in der Ruhestellung, und wird von einer Feder in dieser Stellung gehalten. Über den dargestellten Steuerdruckkanal 16 kann der Entlastungskolben 10a druckbeaufschlagt werden, so dass dieser in die Entlastungsstellung und die Lamelle 9a in die Offenstellung bewegt werden.
Die Besonderheit des in Figur 4 dargestellten Entlastungssystem 8b der Hochdruck stufe 3 ist die Auslegung der Lamelle 9b die derart federsteif ausgelegt ist, dass sie nur mit Hilfe des Entlastungskolbens 10b in die Offenstellung bewegt werden kann Ein Saughub des Kolbens 20b der Hochdruckstufe 2 bewirkt keine selbsttätige Bewe gung der Lamelle 9b in die Offenstellung. Beide Entlastungskolben 10a, b werden über den dargestellten Steuerdruckkanal 16 gleichzeitig mit Druckluft beaufschlagt. Der Kolben 20b weist ebenfalls eine Vertiefung auf, in der die Lamelle 9b in der Offenstellung Platz hat.
Bezugszeichenliste
1 Hubkolbenverdichter
2 Vorstufe
3 Hochdruckstufe
4 Ventilträgerplatte
5a, b Einlassventil
6a, b, Auslassventil
7a, b Entlastungssystem
8a, b Schaltvorrichtung
9a, b Lamelle
10a, b Entlastungskolben
1 1 Kurbelwellengehäuse 12 Zylinderkopf
13 Verbindungskanal
14a, b Einlasskammer
15a ,b Auslasskammer
16 Steuerdruckkanal
17 Kühlkanal
18a, b Einlassventillamelle 19a, b Entlastungskanal
20a, b Kolben im Arbeitsraum 21 a, b Einlasskanal
22 Begrenzungslamelle
23 Auslasskanäle
24 Einlass Umgebungsluft

Claims

Patentansprüche
1. Hubkolbenkompressor (1 ) für ein Druckluftversorgungsystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Zylinderkopf (12) umfassend eine Ventilträger platte (4) und eine Einlassventillamelle (18 a) über die eine Einlasskam mer (14a, b) über mehrere Einlasskanäle (21 ) in der Ventilträgerplatte (4) mit einem Arbeitsraum verbindbar ist, und mit einem im Zylinderkopf (12) integrierten Entlastungssystem (7a, b) , mittels dem ein Entlastungskanal (19a, b) in der Ventilträgerplatte (4), der den Arbeitsraum mit einem Raum im Zylinderkopf (12) verbindet, schaltbar ist, wobei das Entlas tungssystem (7a, b) eine Schaltvorrichtung (8a, b) und eine Lamelle (9a, b) umfasst, und wobei die Lamelle (9a, b) arbeitsraumseitig an der Ventil trägerplatte (4) befestigt ist und zum Öffnen des Entlastungskanals (19a, b) von der Ventilträgerplatte (4) abhebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abheben der Lamelle (9a, b) selbsttätig und/oder mittels des Ent lastungssystems gesteuert erfolgen kann.
2. Hubkolbenkompressor (1 ) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
dass die Einlassventillamelle (18a, b) eine Aussparung aufweist, inner halb der mindestens ein Entlastungskanal (19a, b) und die Lamelle (9a, b) angeordnet sind.
3. Hubkolbenkompressor (1 ) nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lamelle (9a, b) als Zungenventil ausgeführt ist.
4. Hubkolbenkompressor (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Entlastungssystem (7a, b) zur Stützung der Lamelle (9a, b) ein Mit tel zur Hubbegrenzung der Lamelle (9a, b) umfasst.
5. Hubkolbenkompressor (1 ) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Mittel zur Hubbegrenzung der Lamelle (9a) ein in den Arbeitsraum ragende Begrenzungslamelle (22) ist.
6. Hubkolbenkompressor (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Entlastungssystem (7a, b) einen mittels eines Federelements rückstellbaren Entlastungskolben (10a, b) umfasst, der mittels einem Steuerdruck betätigbar ist.
7. Hubkolbenkompressor (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hubkolbenverdichter (1 ) als zweistufiger Verdichter mit einer Vor- stufe (2) und einer Hochdruckstufe (3) ausgeführt ist, wobei im Zylin derkopf (12) für jede Stufe ein Entlastungssystem (7a, b) und ein Ver bindungskanal (13), der den Entlastungskanal (19b) der Hochdruckstu fe (3) mit der Einlasskammer (14a) der Vorstufe (2) verbindet, vorge sehen sind.
8. Hubkolbenkompressor (1 ) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Entlastungssystem (7b) der Hochdruckstufe (3) eine Lamelle (9b) aufweist, die derart ausgelegt ist, dass die Lamelle (9b) im Betrieb bei einem Saughub in der Schließstellung verbleibt.
9. Verfahren zum Betreiben eines Hubkolbenkompressors (1 ) zur Erzeu gung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug, wobei der Hubkolbenkompres sor (1 ) einen Zylinderkopf (12), in dem ein Entlastungssystem (7a, b) in tegriert ist, aufweist, mittels dem ein Entlastungskanal (19a, b) in einer Ventilträgerplatte (4) des Zylinderkopfes (12), der einen Arbeitsraum des
Hubkolbenkompressors (1 ) mit einem Raum im Zylinderkopf (12) verbin det, schaltbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem Saughub, bei dem ein Unterdrück im Arbeitsraum erzeugt wird, eine Lamelle (9a) des Entlastungssystems (7a), selbsttätig oder, bei Betätigung des Entlastungssystems (7a), zwangsweise in eine Of fenstellung bewegt wird, so dass zusätzliche Luft über die Einlass kammer (14a) und den Entlastungskanal (19a) in den Arbeitsraum (20a) gesaugt wird oder beim Kompressionshub Luft über den Entlas- tungskanal (19a) aus dem Arbeitsraum herausgedrückt werden kann.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hubkolbenkompressor (1 ) als zweistufiger Verdichter mit einer Vorstufe (2) und einer Hochdruckstufe (3) ausgeführt ist, wobei im Zy linderkopf (12) für jede Stufe (2, 3) ein Entlastungssystem (7a, b) vor gesehen ist, wobei die Lamelle (9a) der Vorstufe (2) bei einem Saug hub selbsttätig in die Offenstellung bewegt wird und die Lamelle (9b) der Hochdruckstufe (3) derart ausgelegt ist, dass diese bei einem Saughub in der Schließstellung verbleibt.
11. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweistufige Verdichter (1 ) im Zylinderkopf (12) einen Verbindungs- kanal (13) zur Verbindung der Entlastungssysteme (7a, b) vorgesehen ist, wobei der Entlastungskanal (19b) der Hochdruckstufe (3) über den Verbindungskanal (13) mit der Einlasskammer (14a) der Vorstufe (2) verbunden ist, wobei zur Entlastung des Hubkolbenkompressors (1 ) die Entlastungskolben (10a, b) beider Entlastungssysteme (7a, b) derart geschaltet werden, dass die Lamellen (9a, b) beider Stufen (2, 3) in eine Offenstellung bewegt werden.
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