KOLBENKOMPRESSOR MIT EINEM INTERNEN KÜHLLUFTSTROM IM KURBELGEHÄUSE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor, insbesondere einen Hubkolbenkompressor zur Erzeugung von Druckluft, welcher mindestens einen über eine zugeordnete mit einer Wälzlagerung gelagerte Pleuel mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolben umfasst, der in einem zugeordneten Zylinder eine Hubbewegung ausführt und über eine im Zylinderkopf integrierte Anschlusseinheit die Verdichtung von Ansaugluft bewirkt, wobei über ein Einlassventil aufgrund eines durch die Kolbenbewegung erzeugten Unterdruckes im Kurbelgehäuse Kühlluft aus der Ansaugleitung in das Kurbelgehäuse gelangt und aufgrund des über die Kolbenrückbewegung erzeugten Überdruckes im Kurbelgehäuse über ein Auslassventil aus dem Kurbelgehäuse entweicht und somit ein interner Kühlluftstrom im Kurbelgehäuse erzeugbar ist.

[0002] Derartige Kolbenkompressoren kommen üblicherweise überall dort zum Einsatz, wo Druckluft benötigt wird, jedoch die drucklufterzeugende Einheit platzsparend und damit kleinbauend sein muss und dabei hohe Leistungsdichten aufweist, womit derartige Kolbenkompressoren hauptsächlich in Nutzfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen genutzt werden. Im Falle des Einsatzes im Nutzfahrzeug wird in zunehmendem Maße die durch den Kolbenkompressor erzeugte Druckluft neben dem Betrieb der Bremsanlage auch zum Betrieb der Luftfederungsanlage genutzt. Wegen des damit einhergehenden großen Druckluftbedarfs mit hohen Systemdrücken eignen sich hier meist mehrstufige Kolbenkompressoren. Die durch die innerhalb kurzer Zeitintervalle für die Luftfederung erforderlichen hohen Drücke sind mit derartigen Kolbenkompressoren erzeugbar. Dabei kamen insbesondere in der Vergangenheit in Nutzfahrzeugen ölgeschmierte Kolbenkompressoren zum Einsatz, ölfreie Verdichterkonzepte konnten sich nicht durchsetzen, da aufgrund der hohen Bauteiltemperaturen, die aus der hohen Leistungsdichte auf kleinstem Bauraum resultieren, die nötigen Bauteilstandzeiten nicht erreicht werden konnten.

[0003] Neuartige Verdichterkonzepte auf Basis von Kolbenkompressoren lassen einen ölfreien Betrieb zu, wenn diese mit einem Kühlluftdurchsatz versehen werden. Die ölfreie Betriebsart wurde insbesondere aus wartungs- und umwelttechnischen Gründen entwickelt. Hier zeigt der Stand der Technik verschiedene Konzepte, wobei aktive Kühlkomponenten wie beispielsweise Lüftermittel für eine Wärmeabfuhr eingesetzt werden.

[0004] Die DD 238 645 A1 offenbart eine Lösung, bei der die durch ein Lüfterrad bewegte Luft sowohl die Verdichtereinheit als auch den Antriebsmotor durchströmt. Nachteilig bei dieser Variante ist neben der Geräuschentwicklung die mit Verunreinigungen behaftete Außenluft, die durch das Kurbelgehäuse geleitet wird, womit sich Verunreinigungen ablagern können und sich aufgrund der Druckänderungen ebenfalls Wasseransammlungen im Kurbelgehäuse bilden können. Um dieser Problematik entgegenzuwirken, ist wiederum ein externes Filtersystem und evtl. ein Wasserabscheidesystem erforderlich, welches jedoch den Wartungsaufwand erhöht und Serviceintervalle verkürzt.

[0005] Die DE 101 38 070 C2 zeigt einen Kolbenkompressor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem die im Kurbelgehäuse durch die Hubbewegung des Arbeitskolbens erzeugte periodische Druckschwankung über eine Ventilpaarung nutzbar gemacht wird, um einen Kühlluftstrom im Kurbelgehäuse zu erzeugen. Dabei öffnet sich ein Einlassventil, wenn der Kolben die Hubbewegung in Richtung des Zylinderkopfes ausführt und das Volumen des Kurbelgehäuses vergrößert, denn durch den entstehenden Unterdruck strömt Luft durch das Einlassventil in das Kurbelgehäuse nach. Bei der Abwärtsbewegung entsteht hingegen ein Überdruck im Kurbelgehäuse und ein entfernt vom Einlassventil angeordnetes Auslassventil öffnet sich. Durch dieses wechselseitige Öffnen und Schließen des aus Ein- und Auslassventil bestehenden Ventilpaares kann ohne zusätzliches Fördermittel ein Kühlluftdurchsatz im Kurbelgehäuse erzeugt werden.

[0006] Um das Einlassen von verunreinigter Umgebungsluft zu vermeiden, wird weiterführend die Möglichkeit genutzt, die Kühlluft der Ansaugleitung zu entnehmen, um auch für den Kühlluftstrom des Kurbelgehäuses bereits gereinigte Luft zur Verfügung zu stellen. Die Ansaugluft ist durch vorgelagerte Reinigungsmittel von Verunreinigungen befreit, was insbesondere im Nutzfahrzeugbau eine wesentliche Stellung einnimmt, da die Betriebsumgebung meist stark staubbelastet ist. Weiterhin kann bei Vorrichtungen, die zur Druckluftaufbereitung starke Druckänderungen in der Arbeitsluft hervorrufen, der Taupunkt des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes erreicht werden, was eine Kondensierung des Wasserdampfes und damit Wasserbildung im System verursacht. Um die Wasserbildung im System zu vermeiden, können vereinzelt Wasserabscheider den Verdichtermitteln vorgeschaltet sein. Bei einem Abgriff der Kühlluft von der Ansaugleitung mit einem zusätzlich zum Filtersystem vorgeschalteten Wasserabscheider ist zudem sichergestellt, dass sich bei einem Durchströmen der gefilterten und getrockneten Kühlluft durch das Kurbelgehäuse dort keine Wassermengen bilden können, die erhebliche Schäden insbesondere an den Lagerungen hervorrufen würden.

[0007] Auch bei mehrstufigen Kolbenkompressoren, wie aus der EP 1 028 254 A2 zu entnehmen, kann das Prinzip der inneren Pumpe zur Kühlluftförderung, beruhend auf der Kolbenbewegung, genutzt werden, da die Niederdruckstufe über eine große Kolbenfläche verfügt und die Hochdruckstufe über eine kleine Kolbenfläche, womit über dem Kurbelhub aufgrund der Kolbenflächendifferenz ebenfalls ein sich periodisch ändernder Druckverlauf im Kurbelgehäuse entsteht.

[0008] Jedoch ergibt sich dabei das Problem, dass sich bei einem Abzweig der Kühlluft von der Ansaugleitung durch die Position des Abzweigs im Zylinderkopf oder nahe des Zylinderkopfes und ein direktes Einleiten der Kühlluft über ein im Zylinderkopf befindliches Einlassventil und anschließendes Vorbeiführen der Kühlluft am Zylinder die Kühlluft derart erwärmt, dass zur Kühlung der Wälzlager im Kurbelgehäuse keine Kühlluft entsprechend niedriger Temperatur mehr zur Verfügung steht. Durch die damit verursachten hohen Betriebstemperaturen insbesondere der Wälzlagerungen ist die Lebensdauer ölfreier Kolbenkompressoren erheblich eingeschränkt, was mit verkürzten Wartungsintervallen verbunden ist und Betriebsausfälle verursachen kann. Die Fettschmierung der Wälzlager altert durch Zersetzungsprozesse bei hohen Betriebstemperaturen, für die meisten Fette gelten Temperaturgrenzen von 90°C, die bei einem Betrieb des Kompressors schon nach kurzer Dauer erreichet werden können. Dadurch ist eine zuverlässige Schmierwirkung nicht mehr sichergestellt, was zu einem Ausfall der Wälzlagerung führt.

[0009] Aus der DE 197 26 943 A1 ist ferner ein Kältemittelkompressor bekannt, welcher eine Motoreinheit und eine Verdichtereinheit umfasst. Über ein Sauggasrohr und ein Absperrventil wird dem Kompressorgehäuse Kühlluft zugeführt, wobei ein Teil dieser Kühlluft über die Motoreinheit geleitet wird, während der restliche Teil der Kühlluft direkt in die Verdichtereinheit gelangt. Die zur Kühlung des Motors verwendete Kühlluft wird anschließend ebenfalls zur Verdichtereinheit geführt.

[0010] Nachteilhaft an einer derartigen Ausführung ist, dass die über den Motor geleitete Kühlluft ebenfalls starkt erwärmt wird und im Folgenden daher eine ausreichende Kühlung der Wälzlagerungen im Kurbelgehäuse nicht mehr möglich ist.

[0011] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kurbelgehäusebelüftung für einen ölfreien Kolbenkompressor zu schaffen, die zur Kühlung von thermisch belasteten Komponenten im Kurbelgehäuse, insbesondere von Wälzlagerungen, eine saubere Kühlluft in das Kurbelgehäuse befördert und die beim Eintritt in das Kurbelgehäuse eine niedrige Temperatur aufweist.

[0012] Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kurbelgehäusebelüftung für einen ölfreien Kolbenkompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0013] Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Abzweigung der Kühlluft aus der Ansaugleitung selbst oder im Zylinderkopf angeordnet ist und die Kühlluft über mindestens eine außen am Zylinder vorbeiführende Rohrverbindung zwischen Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse am Zylinder vorbeileitbar ist, um eine Erwärmung der Kühlluft zu vermeiden.

[0014] Diese Lösung bietet den Vorteil, die Kühlluft nicht der Wärme auszusetzen, die im Bereich der Anschlusseinheit entsteht, sondern fern von dieser Wärmequelle von der Ansaugleitung abzuzweigen und direkt in das Kurbelgehäuse zu leiten. Die vorbekannte Lösung, die die Kühlluft zunächst über Kanäle an der Mantelfläche des Zylinders entlang führt, bedingt ein Aufheizen der Kühlluft, noch bevor diese das Kurbelwellengehäuse erreicht. Die Kühlung des Zylinders und des Zylinderkopfes kann bei der erfindungsgemäßen Lösung auch durch einen zweiten, separaten Kühlluftstrom erfolgen, so dass auf eine Kühlung dieser Komponenten nicht verzichtet werden muss. So kann eine vor dem Eintritt in das Kurbelgehäuse stattfindende Erwärmung der Kühlluft einfach vermieden werden. Die Rohrverbindung ist außen am Gehäuse angeordnet und leitet die Kühlluft an den Bauteilen mit den höchsten Temperaturen wie Zylinder und Zylinderkopf, vorbei. Durch die frei angeordnete Rohrverbindung kann die Temperatur der Kühlluft über eine auf Konvektion über die Rohroberfläche beruhende Wärmeabfuhr zudem weiter reduziert werden, bevor diese in das Kurbelgehäuse eintritt.

[0015] Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die über die mindestens eine Rohrverbindung geführte Kühlluft an einer Stelle ins Kurbelgehäuse einleitbar ist, in deren Nähe die thermisch belasteten Komponenten wie die Wälzlagerungen im Kurbelgehäuse angeordnet sind und die Kühlluft das Kurbelgehäuse (2) diagonal durchströmt, um eine maximale Kühlwirkung zu erzielen. Durch die variable Gestaltung der Rohrverbindung ist es möglich, die Eintrittsstelle der Kühlluft in das Kurbelgehäuse so zu wählen, dass sich die zu kühlenden Komponenten direkt im Kühlluftstrom befinden. Dieser Vorteil kann gerade bei den ortsfest im Kurbelgehäuse angeordneten Wälzlagern, wie der Kurbelwellenlagerung im Kurbelgehäuse, angewendet werden, indem die Kühlluft direkt die Wälzlagerungen anströmt und diese kühlt.

[0016] Nach einer möglichen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verbindung für die Kühlluft zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse aus mindestens zwei einzeln angeordneten und zueinander parallel geschalteten Rohrverbindungen besteht, um die verfügbare Rohroberfläche zur Kühlung zu vergrößern. Der Vorteil der Anordnung von mindestens zwei Rohrverbindungen ist neben der vergrößerten Oberfläche zur Konvektionskühlung zudem die Möglichkeit, die Rohrverbindungen derart symmetrisch anzuordnen, dass die Eintrittsstellen der Kühlluft sowohl das motorseitig als auch das endseitig im Kurbelgehäuse angeordnete Wälzlager der Kurbelwelle mit Kühlluft direkt versorgen. Die Kühlluft wird dabei aus einer Kühlluftkammer im Zylinderkopf in die Rohrverbindung geführt, wobei die Kühlluftkammer über das Einlassventil mit Kühlluft gefüllt wird und diese auf die Rohrverbindungen verteilt. In der Regel ist es ausreichend, wenn zwei Rohrverbindungen vorgesehen werden.

[0017] Um eine betriebssichere und platzsparende Ventilanordnung zu schaffen, wird als weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme vorgeschlagen, das Einlassventil und/oder das Auslassventil für den Kühlluftstrom nach Art eines Lamellenventils auszubilden und das Einlassventil im Zylinderkopf, in einer Ventilplatte oder im Kurbelgehäuse anzuordnen. Vorteilhaft bei einem Lamellenventil ist der geringe konstruktive Aufwand und die hohe Betriebssicherheit. Aufgrund des geringen Platzbedarfs und der flachen Bauweise eines Lamellenventils lässt sich dieses optimal in der Kühlluftkammer des Zylinderkopfes oder in der Ventilplatte integrieren, und zwar benachbart zum Haupteinlassventil des Kompressors.

[0018] Um mit einer weiteren Maßnahme eine Erwärmung der Kühlluft zu minimieren, wird vorgeschlagen, das Einlassventil im Zylinderkopf fern vom Ort der Anschlusseinheit anzuordnen. Mit einer möglichst distalen Anordnung des Einlassventils und damit des Strömungsverlaufs der Kühlluft nach der Abzweigung aus der Ansaugleitung wird die Erwärmung der Kühlluft minimiert und auf dem direkten Weg in das Kurbelwellengehäuse geführt. Eine Abzweigung der Kühlluft außerhalb des Zylinderkopfes bzw. der Ventilplatte bietet ebenfalls eine weitere Lösung, jedoch ist dabei zusätzlich ein Abzweigelement in der Ansaugleitung erforderlich und das Einlassventil muss am Kühllufteingang des Kurbelgehäuses angeordnet sein. Diese Lösung wäre jedoch nur bei der Anwendung von einer Rohrverbindung sinnvoll, da bei einer Kühlluftführung über mehrere Rohre entsprechend der Anzahl der Rohrverbindungen auch mehrere Einlassventile erforderlich wären.

[0019] Es ist aus konstruktiven Gründen von besonderem Vorteil, wenn ein Verschraubungsmittel von Kurbelgehäuse, Zylinder und Zylinderkopf aus mindestens einem Zuganker besteht, der durch die Rohrverbindung verläuft oder ein Verschraubungsmittel von Kurbelgehäuse, Zylinder und Zylinderkopf aus der Rohrverbindung besteht. Mit beiden Maßnahmen kann die Anzahl der Einzelteile reduziert werden, indem die Rohrverbindung neben der Kühlluftführung auch die mechanische Funktion der Verschraubung erfüllt. Im Falle einer Durchführung von Zugankern durch die Rohrverbindung kann eine separate Verschraubung von Kurbelgehäuse, Zylinder und Zylinderkopf entfallen und die Rohrverbindungen werden mit den Zugankern mechanisch verspannt, wobei mit der Verspannung zusätzlich eine Dichtwirkung zwischen der Rohrverbindung und dem Kurbelgehäuse bzw. dem Zylinderkopf erreicht werden kann, da die Rohrverbindung durch die Verspannung in Längsrichtung druckbelastet ist. Bei einer Verschraubung von Kurbelgehäuse, Zylinder und Zylinderkopf über die Rohrverbindung ist diese derart mechanisch verspannt, dass sowohl die mechanischen Zugkräfte aufgenommen werden als auch die Funktion der Kühlluftführung übernommen werden kann und somit die Anzahl von Einzelteilen reduzierbar ist.

[0020] Um eine Dichtwirkung zwischen der Rohrverbindung und dem Kurbelgehäuse bzw. dem Zylinderkopf zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Übergang von der Rohrverbindung zum Kurbelgehäuse und zum Zylinderkopf mindestens ein Dichtelement aufweist, um Leckagen zu vermeiden. Dieses Dichtelement kann aus einem O-Ring auf Kunststoffbasis bestehen oder aus einem vergleichbaren Dichtelement wie beispielsweise eines Messingdichtrings hergestellt sein, da damit eine höhere thermische Stabilität und eine verbesserte Alterungsbeständigkeit gegeben ist.

[0021] Eine zusätzliche Maßnahme zur weiteren Verbesserung der Kühlung des gesamten Hubkolbenkompressors besteht darin, dass die Kühlluft vor Eintritt in die Rohrverbindung über mindestens einen Strömungskanal innerhalb des Zylinderkopfes und/oder des Zylinders verläuft und eine Kühlung bewirkt, wobei die Temperatur der Kühlluft beim nachfolgenden Durchströmen der Rohrverbindung insbesondere durch eine aktive Kühleinheit oder beruhend auf Konvektionskühlung wieder reduzierbar ist und dass die Rohrverbindung auf der Mantelfläche Kühlkörper aufweist, um die Wärmeabfuhr durch Konvektion zu verstärken. Dieses Prinzip der Zwischenkühlung ermöglicht den Eintritt von Kühlluft niedriger Temperatur in das Kurbelgehäuse, obwohl zuvor der thermisch stark beanspruchte Bereich des Zylinders und des Zylinderkopfes mit der gleichen Kühlluft vorab gekühlt wird. Der nicht näher dargestellte Strömungskanal im Zylindermantel und/ oder im Zylinderkopf leitet dabei die Kühlluft an den thermisch belasteten Bauteilen vorbei und wird dann in die Rohrverbindung geführt. Um die Temperatur der Kühlluft wieder hinreichend zu reduzieren, so dass diese bei Eintritt in das Kurbelgehäuse eine effektive Kühlung der Wälzlagerungen bewirkt, sind erfindungsgemäß Kühlkörper an der Außenseite der Rohrverbindung vorzusehen, um dadurch die Oberfläche zu vergrößern und den Effekt der Konvektionskühlung zu verstärken. Eine Kühlung durch aktive Kühlmedien ist ebenfalls anwendbar, jedoch erfordern diese einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand.

[0022] Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand einer Figur näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt:

[0023] Einen Querschnitt durch einen Hubkolbenkompressor mit einer seitlich angeordneten Rohrverbindung.

[0024] Der in der Figur dargestellte Hubkolbenkompressor 1 besteht aus einem Kurbelgehäuse 2, einem Zylinder 3 und einem Zylinderkopf 4, der aus einer Ventilplatte 5 und einer Anschlusseinheit 6 aufgebaut ist. Im Zylinder 3 führt ein Kolben 7 eine Hubbewegung aus, die über eine Kurbelwelle 8 und einer als Verbindung angeordneten Pleuel 9 erzeugt wird. Die sich im Zylinder 3 befindliche Luft wird durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 7 in den Zylinder 3 eingezogen und bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 7 verdichtet. Die Anschlusseinheit 6 weist neben einer Ansaugleitung 11 und einer Ausgangsleitung 12 ein Haupteinlassventil und ein Hauptauslassventil auf, wobei sich das Haupteinlassventil bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 7 in seiner Offenstellung befindet und Luft aus der Ansaugleitung 11 in den Zylinder 3 einzieht und bei der Aufwärtsbewegung schließt. Hingegen befindet sich das Hauptauslassventil während der Abwärtsbewegung des Kolbens 7 in der Schließstellung, und öffnet in der Aufwärtsbewegung des Kolbens 7, wodurch die damit sich verdichtende Luft aus dem Zylinder 3 über die Ausgangsleitung 12 herausgeführt und einem externen Verbraucher zuführt wird.

[0025] Der Zylinder ist 3 über ein Verschraubungsmittel 18 mit dem Kurbelgehäuse 2 lösbar verbunden. Die Kurbelwelle 8 ist durch Wälzlager 10 drehbar im Kurbelgehäuse 2 gelagert, wobei die Pleuel 9 ebenfalls über Wälzlager 10' drehbar auf dem gekröpften Abschnitt der Kurbelwelle 8 gelagert ist.

[0026] Durch die Hubbewegung des Kolbens 7 wird wie im Arbeitszylinder auch im Kurbelgehäuse 2 eine periodische Druckänderung hervorgerufen. Durch die Anordnung eines Einlassventils 13 und eines Auslassventils 14, durch die Luft in das Kurbelgehäuse 2 gelangen und entweichen kann, wird im Kurbelgehäuse 2 ein Luftdurchsatz hervorgerufen. Das Einlassventil 13 befindet sich innerhalb des Zylinderkopfes 4, und entnimmt die Kühlluft aufgrund des Unterdruckes im Kurbelgehäuse 2 durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 7 aus der Ansaugleitung 11, die durch eine Rohrverbindung 15 in das Kurbelgehäuse 2 geleitet wird. Die Rohrverbindung 15 ist im Ausführungsbeispiel zwischen der Ventilplatte 5 und dem Kurbelgehäuse 2 angeordnet, womit ein Luftkanal zwischen der Kühlluftkammer 16, in der sich die Kühlluft über das Einlassventil 13 aus der Ansaugleitung 11 sammelt, und dem Kurbelgehäuse 2 hergestellt ist. Die Kühlluft strömt somit durch die Rohrverbindung 15 in das Kurbelgehäuse 2, ohne sich an den Bauteilen hoher Temperatur wie Zylinder 3 oder Zylinderkopf 4 zu erwärmen.

[0027] Zur Abdichtung der Rohrverbindung 15 und der Ventilplatte 5 bzw. dem Kurbelgehäuse 2 sind Dichtelemente 17 derart angeordnet, dass diese die Übergänge der Rohrverbindung 15 zu Ventilplatte 5 und Kurbelgehäuse 2 dichten und einen Luftnebenstrom und damit das Eindringen von Verunreinigungen verhindern. Bei geöffnetem Einlassventil 13 strömt somit Kühlluft direkt in das Kurbelgehäuse und verlässt dieses über das Auslassventil 14 wieder, wenn der Kolben 7 im Zylinder 3 eine Abwärtsbewegung ausführt und damit einen Überdruck im Kurbelgehäuse 2 hervorruft. Die Wälzlager 10 im Kurbelgehäuse 2 werden von der einströmenden Kühlluft direkt gekühlt, wobei die Kühlluft bei einer hier nicht näher dargestellten Bauweise mit zwei symmetrisch angeordneten Rohrverbindungen 15 derart in das Kurbelgehäuse 2 eingeleitet wird, dass die Wälzlager 10 direkt mit Kühlluft angeströmt werden. Zudem erfährt die Wälzlagerung 10' zwischen der Kurbelwelle 8 und der Pleuel 9 ebenfalls eine Kühlung durch den Kontakt mit der Kühlluft im Kurbelgehäuse 2.

[0028] Das Auslassventil 14 ist auf der Bodenseite des Kurbelgehäuses 2 angeordnet, um eventuelle Verunreinigungen und Wasseransammlungen aus dem Kurbelgehäuse 2 herauszutransportieren und die Belastung durch Verunreinigungen von außen aufgrund der bodenseitigen Anordnung zu minimieren.

Bezugszeichenliste

[0029] 

1

Hubkolbenkompressor

2

Kurbelgehäuse

3

Zylinder

4

Zylinderkopf

5

Ventilplatte

6

Anschlusseinheit

7

Kolben

8

Kurbelwelle

9

Pleuel

10, 10'

Wälzlagerung

11

Ansaugleitung

12

Ausgangsleitung

13

Einlassventil

14

Auslassventil

15

Rohrverbindung

16

Kühlluftkammer

17

Dichtelement

18

Verschraubungsmittel

Ansprüche

1. Hubkolbenkompressor (1) zur Erzeugung von Druckluft, welcher mindestens einen über eine zugeordnete mit einer Wälzlagerung (10, 10') gelagerte Pleuel (9) mit einer Kurbelwelle (8) verbundenen Kolben (7) umfasst, der in einem zugeordneten Zylinder (3) eine Hubbewegung ausführt und über eine im Zylinderkopf (4) integrierte Anschlusseinheit (6) die Verdichtung von Ansaugluft bewirkt, wobei über ein Einlassventil (13) aufgrund eines durch die Kolbenbewegung erzeugten Unterdruckes im Kurbelgehäuse (2) Kühlluft aus der Ansaugleitung (11) in das Kurbelgehäuse gelangt und aufgrund des über die Kolbenrückbewegung erzeugten Überdruckes im Kurbelgehäuse (2) über ein Auslassventil (14) aus dem Kurbelgehäuse (2) entweicht, so dass ein interner Kühlluftstrom im Kurbelgehäuse (2) erzeugbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Abzweigung der Kühlluft in der Ansaugleitung (11) selbst oder im Zylinderkopf (4) angeordnet ist und die Kühlluft über mindestens eine außen am Zylinder (3) vorbeiführende Rohrverbindung (15) zwischen Zylinderkopf (4) und dem Kurbelgehäuse (2) am Zylinder (3) vorbeigeleitet wird, um eine Erwärmung der Kühlluft zu vermeiden.

2. Kolbenkompressor (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die über die mindestens eine Rohrverbindung (15) geführte Kühlluft an einer Stelle ins Kurbelgehäuse (2) einleitbar ist, in deren Nähe die thermisch belasteten Komponenten wie die Wälzlagerungen (10, 10') im Kurbelgehäuse (2) angeordnet sind und die Kühlluft das Kurbelgehäuse (2) diagonal durchströmt, um eine maximale Kühlwirkung zu erzielen.

3. Kolbenkompressor (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung für die Kühlluft zwischen dem Zylinderkopf (4) und dem Kurbelgehäuse (2) aus mindestens zwei einzeln angeordneten und zueinander parallel geschalteten Rohrverbindungen (15) besteht, um die verfügbare Kühloberfläche zu vergrößern.

4. Kolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (13) und/oder das Auslassventil (14) nach Art eines Lamellenventils ausgebildet ist.

5. Kolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (13) im Zylinderkopf (4), in einer Ventilplatte (5) oder im Kurbelgehäuse (2) angeordnet ist, um die Kühlluft über das Einlassventil (13) in das Kurbelgehäuse (2) einzuleiten.

6. Kolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (13) im Zylinderkopf (4) fern vom Ort der Anschlusseinheit (6) angeordnet ist, um eine Erwärmung der Kühlluft zu minimieren.

7. Kolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschraubungsmittel (18) von Kurbelgehäuse (2), Zylinder (3) und Zylinderkopf (4) aus mindestens einem Zuganker besteht, der durch die Rohrverbindung (15) hindurch verläuft.

8. Kolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschraubungsmittel (18) von Kurbelgehäuse (2), Zylinder (3) und Zylinderkopf (4) aus der Rohrverbindung (15) besteht.

9. Kolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der Rohrverbindung (15) zum Kurbelgehäuse (2) und zum Zylinderkopf (4) jeweils mindestens ein Dichtelement (17) aufweist, um Leckagen zu vermeiden.

10. Kolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft vor Eintritt in die Rohrverbindung (15) über einen Strömungskanal innerhalb des Zylinderkopfes (4) und/oder des Zylinders (3) verläuft und eine Kühlung bewirkt, wobei die Temperatur der Kühlluft beim nachfolgenden Durchströmen der Rohrverbindung (15) insbesondere durch eine aktive Kühleinheit oder beruhend auf Konvektionskühlung wieder reduzierbar ist.

11. Kolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrverbindung (15) auf der Oberfläche Kühlkörper aufweist, um die Wärmeabfuhr durch Konvektion zu verstärken.

Claims

1. Reciprocating piston compressor (1) for producing compressed air, which comprises at least one piston (7) connected to a crankshaft (8) by an associated connecting rod (9) mounted by means of a roller bearing (10, 10'), which undergoes a reciprocating stroke movement in an associated cylinder (3) and compresses air drawn in via a connection unit (6) integrated in the cylinder head (4), such that owing to a reduced pressure in the crankcase (2) produced by the movement of the piston cooling air is drawn from the intake manifold (11) through an inlet valve (13) into the crankcase and, owing to the excess pressure in the crankcase (2) produced by the return movement of the piston the air escapes from the crankcase (2) though an outlet valve (14), so that an internal flow of cooling air can be produced in the crankcase (2),
characterised in that a cooling air branch connection is arranged in the intake manifold (11) itself or in the cylinder head (4) and the cooling air bypasses the cylinder (3) through at least one tube connection (15) that extends past the cylinder (3) on the outside thereof, between the cylinder head (4) and the crankcase (2), in order to avoid heating of the cooling air.

2. Piston compressor (1) according to Claim 1,
characterised in that the cooling air flowing through the at least one tube connection (15) can pass into the crankcase (2) at a point close to where the thermally stressed components, such as the roller bearings (10, 10'), are arranged in the crankcase (2), and the cooling air flows diagonally through the crankcase (2) in order to achieve the maximum cooling effect.

3. Piston compressor (1) according to Claims 1 or 2,
characterised in that the cooling air connection between the cylinder head (4) and the crankcase (2) consists of at least two individually arranged tube connections (15) parallel to one another, in order to provide a larger available cooling surface area.

4. Piston compressor (1) according to any of Claims 1 to 3,
characterised in that the inlet valve (13) and/or the outlet valve (14) is/are in the form of a lamellar valve.

5. Piston compressor (1) according to any of Claims 1 to 4,
characterised in that the inlet valve (13) in the cylinder head (4) is arranged in a valve plate (5) or in the crankcase (2), so that the cooling air can pass through the inlet valve (13) into the crankcase (2).

6. Piston compressor (1) according to any of Claims 1 to 5,
characterised in that the inlet valve (13) in the cylinder head (4) is arranged a substantial distance away from the connection unit (6), in order to minimise heating of the cooling air.

7. Piston compressor (1) according to any of Claims 1 to 6,
characterised in that a screw connection means (18) of the crankcase (2), cylinder (3) and cylinder head (4) consists of at least one tie-rod, which extends through the tube connection (15).

8. Piston compressor (1) according to any of Claims 1 to 7,
characterised in that a screw connection means (18) of the crankcase (2), cylinder (3) and cylinder head (4) consists of the tube connection (15) itself.

9. Piston compressor (1) according to any of Claims 1 to 8,
characterised in that the transition from the tube connection (15) to the crankcase (2) and to the cylinder head (4) comprises at least one sealing element, in order to prevent leakage.

10. Piston compressor (1) according to any of Claims 1 to 9,
characterised in that before passing into the tube connection (15), the cooling air passes through a flow duct within the cylinder head (4) and/or the cylinder (3), where it has a cooling effect, and when the cooling air then passes through the tube connection (15) its temperature cab be lowered again, in particular by means of an active cooling unit or by means of convective cooling.

11. Piston compressor (1) according to any of Claims 1 to 10,
characterised in that the tube connection (15) has cooling elements on its outer surface in order to promote the dissipation of heat by convection.

Revendications

1. Compresseur (1) à piston alternatif de production d'air comprimé, qui comprend un piston (7) relié à un vilebrequin (8) par une bielle (9) associée à un palier (10, 10') à roulement, piston qui exécute un mouvement alternatif dans un cylindre (3) associé et provoque, par une unité (6) de raccordement intégrée à la tête (4) du cylindre la compression de l'air aspiré dans lequel de l'air de refroidissement parvient par une soupape (13) d'entrée, en raison d'une dépression produite dans le carter (2) du vilebrequin par le mouvement du piston, du conduit (11) d'aspiration au carter du vilebrequin et se dégage, par la surpression produite dans le carter (2) du vilebrequin par le mouvement du retour du piston du carter (2) du vilebrequin, par une soupape (14) de sortie de manière à pouvoir produire un courant interne d'air de refroidissement dans le carter (2) du vilebrequin,
caractérisé en ce qu'une dérivation de l'air de refroidissement est montée dans le conduit (11) d'aspiration soi-même ou dans la tête (4) du cylindre et l'air de refroidissement contourne le cylindre (3) entre la tête (4) de cylindre et le carter (2), par au moins une canalisation (15) passant à l'extérieur sur le cylindre (3), pour empêcher un échauffement de l'air de refroidissement.

2. Compresseur (1) à piston, suivant la revendication 1,
caractérisé en ce que l'air de refroidissement passant par la au moins une canalisation (15) peut être introduit en un point dans le carter (2) du vilebrequin à proximité duquel les éléments sollicités thermiquement, comme les paliers (10, 10') de roulement, sont disposés dans le carter (2) du vilebrequin et l'air de refroidissement traverse le carter (2) du vilebrequin en diagonale pour obtenir un effet de refroidissement maximum.

3. Compresseur (1) à piston, suivant la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que la liaison pour l'air de refroidissement entre la tête (4) du cylindre et le carter (2) du vilebrequin est constituée d'au moins deux canalisations (15) montées individuellement en parallèle l'une à l'autre pour agrandir la surface de refroidissement disponible.

4. Compresseur (1) à piston, suivant l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que la soupape (13) d'admission et/ou la soupape (14) de sortie est constituée à la façon d'une soupape à lamelle.

5. Compresseur (1) à piston, suivant l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que la soupape (13) d'admission est disposée dans la tête (4) du cylindre dans une plaque (5) de soupape.ou dans le carter (2) du vilebrequin et l'air de refroidissement est introduit dans le carter (2) du vilebrequin par la soupape (13) d'admission.

6. Compresseur (1) à piston, suivant l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que la soupape (13) d'admission est disposée dans la tête (4) du cylindre en étant éloignée de l'emplacement de l'unité (6) de raccordement pour minimiser un échauffement de l'air de refroidissement.

7. Compresseur (1) à piston, suivant l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce qu'un moyen (18) de vissage du carter (2) du vilebrequin, du cylindre et de la tête (4) du cylindre est constitué d'au moins un tirant qui passe dans la canalisation (15).

8. Compresseur (1) à piston, suivant l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce qu'un moyen (18) de vissage du carter (2) du vilebrequin, du cylindre (3) et de la tête (4) de cylindre est constitué de la canalisation.

9. Compresseur (1) à piston, suivant l'une des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que le passage de la canalisation (15) au carter (2) du vilebrequin et à la tête (4) du cylindre a respectivement au moins un élément (17) d'étanchéité pour éviter des fuites.

10. Compresseur (1) à piston, suivant l'une des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que l'air de refroidissement s'étend, avant l'entrée dans la canalisation (15), dans un canal d'écoulement à l'intérieur de la tête (4) du cylindre et/ou du cylindre (3) et provoque un refroidissement, la température de l'air de refroidissement pouvant être réduite à nouveau lors de la traversée ultérieure de la canalisation (15), notamment par une unité de refroidissement active ou sur la base d'un refroidissement par convection.

11. Compresseur (1) à piston, suivant l'une des revendications 1 à 10,
caractérisé en ce que la canalisation (15) a des dissipateurs de chaleur sur sa surface pour renforcer l'évacuation de la chaleur par convection.

Zeichnung