[0001] Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, insbesondere für ein Doppelkolbensystem,
bevorzugt für einen Luftkompressor in einem Fahrzeugeinsatz, insbesondere für eine
Fahrzeug-Luftfedersystem, umfassend einen Pleuel für zumindest einen Kolben, wobei
der Pleuel mit einem Abschnitt mittels eines ersten Pleuellagers auf einem Exzenterfortsatz
einer Exzenterwelle einer Antriebseinrichtung lagerbar ist.
STAND DER TECHNIK
[0002] Die Erfindung geht aus von einem Kolbenverdichter als Teil eines Luftkompressors,
der vorzugsweise in einem Fahrzeugeinsatz Pressluft in kompakter und vibrationsarmer
Bauweise zur Verfügung stellen kann. Insbesondere werden derartige Luftkompressoren
im Betrieb eines Luftfedersystems eingesetzt, bei denen Radaufhängungen über Luftfedern
gedämpft mit einem Fahrzeugchassis verbunden sind. In derartigen Anwendungen ist ein
geräusch- und vibrationsarmer Betrieb des oftmals im Passagierraum eines Fahrzeugs
angeordneten Luftkompressors wünschenswert.
[0003] Aus dem Stand der Technik sind Kolbenverdichter mit Pleuel bekannt, die unterschiedliche
Merkmale aufweisen. Aus der
DE 103 23 125 A1 ist beispielsweise ein Pleuel für den Kolben eines Verdichters bekannt, der zusätzlich
eine Schwingungsdämpfungseinrichtung, die zwischen dem Pleuellager und einer Koppelstelle
angeordnet ist, aufweist.
[0004] Die
WO 85/02232 offenbart einen Kolbenverdichter mit zumindest zwei Kolben und einem Rotationsantrieb,
wobei die beiden Kolben axial zueinander ausgerichtet und mit einer biegesteifen Kolbenstange
fest miteinander verbunden sind.
[0005] Eine Hubkolbenmaschine für beispielsweise einen ein-, zwei- oder mehrstufigen Kolbenkompressor
oder einen ein-, zwei- oder mehrzylindrischen Verdichter ist aus der
WO 2018/082800 A1 oder der
DE 10 2016 001 595 A1 bekannt.
[0006] Die
DE 19 46 149 A beschreibt einen Kompressor, der auch dann komprimierte Luft liefert, wenn ein Einzylinder-Kompressor
zum Zwecke des Luftansaugens keine Luft ausstoßen kann. Dies wird dadurch erreicht,
dass zwischen zwei gegenüberliegenden Zylindern eine Kolbenstange angeordnet ist.
Die aus beiden Auslassventilen austretende Luft mündet in einer gemeinsamen Schlauchleitung.
Bei einer Bewegung der Kolben von rechts nach links wird die im linken Zylinder kombinierte
Luft durch das Auslassventil in die Schlauchleitung geführt. Vom rechten Kolben wird
Luft durch das Einlassventil angesaugt. Durch diese wechselseitige Arbeitsweise entsteht
ein ständiger Luftstrom in der Schlauchleitung. Die Schlauchleitung ist lediglich
auf einer Seite neben dem Pleuel angeordnet, so dass eine unsymmetrische Massenverteilung
zur Schwingungsebene des Kolbens vorliegt. In der
DE 101 25 420 C1 wird ein Kolbenverdichter gezeigt, dessen Rückschlagventile eine geringere Schließkraft
sowie gleichzeitig eine hohe Dichtigkeit aufweisen. Zwischen einem Niederdruckkolben
mit einer Niederdruckkammer und einem Hochdruckkolben mit einer Hochdruckkammer ist
ein Ventilkolben angeordnet. Die Niederdruckkammer sowie die Hochdruckkammer sind
über einen Überströmkanal miteinander verbunden. Der Überströmkanal mündet in wenigstens
zwei Durchgangsbohrungen.
[0007] Die
DE 103 23 125 A1 zeigt ein Pleuel für den Kolben eines Verdichters, wobei zumindest eine Schwingungsdämpfereinrichtung
zwischen dem Pleuellager und der Koppelstelle angeordnet ist. Auch hier ist der Pleuel
axial versetzt zur Schwingungsebene hinter dem Überströmkanal und nicht in der Schwingungsebene
des Pleuels angeordnet.
[0008] Des Weiteren sind Kolbenverdichter mit Pleuel für Kolben eines Verdichters bekannt,
die einen Luftkanal aufweisen. Dieser verläuft üblicherweise derart, dass dieser den
Pleuel in Querrichtung überlappt bzw. vor dem Pleuel angeordnet ist. Mit anderen Worten
verläuft der Luftkanal am Pleuel so, dass der Luftkanal beispielsweise auf der Seite
angeordnet sein kann, auf welcher der Pleuel mittels eines Lagers mit einer Exzenterwelle
eine Antriebseinrichtung, wie beispielsweise eines Elektromotors, verbunden werden
kann. Hierzu ist der Luftkanal zwischen dem Pleuel und der Antriebseinrichtung angeordnet.
[0009] So zeigt die
US 2 403 814 A einen Kolbenverdichter mit einem
Kolben, in welchen zwei Kanäle integriert sind. Weiterhin sind ein Niederdruckkolben sowie ein Hochdruckkolben gezeigt. Die
zwei Kanäle, die an beiden Enden in einen gemeinsamen Kanal münden, verlaufen zwischen
den beiden Kolben. Die beiden Kanäle sind innerhalb des Kolbens angeordnet. Der Pleuel
ist in einer dazu versetzten Ebene, demnach vor dem Kolben mit den Luftkanälen, angeordnet.
Der Kolben überlappt den Pleuel in Querrichtung bzw. ist hier vor bzw. hinter dem
Pleuel, abhängig von der Sichtebene, angeordnet ist. In einer derartigen Bauart wird
viel Bauraum benötigt, da das Pleuel und der Kolben sowie die Luftkanäle in unterschiedlichen
Ebenen angeordnet sind. Damit ist auch eine unsymmetrische Massenverteilung der bewegten
Teile gegenüber der Kolbenbewegungsebene gegeben. Somit muss eine derartige Bauform
eine genügende Stabilität der einzelnen Anschlüsse und Komponenten aufweisen, da durch
die verschiedenen Ebenen, in denen die Kräfte verlaufen, da Momentenbeanspruchungen
bezüglich einzelner Ebenen bzw. Komponenten entstehen.
[0010] Einen Pleuel dieser Art wird üblicherweise bei einem Verdichter zwischen dem Ausgang
einer Antriebseinrichtung und einem Kolben bzw. Kolbenträger des Verdichters angeordnet,
um über den Pleuel die rotierende, exzentrische Abtriebsbewegung der Antriebseinrichtung
in eine hin- und her gehende Bewegung des Kolbens umzusetzen. Dabei sind die Platzverhältnisse
begrenzt, in welchen der Kolbenverdichter bzw. der Pleuel platziert werden können.
[0011] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolbenverdichter vorzuschlagen, der nur einen
geringen Bauraum benötigt und eine optimierte bzw. verringerte Beanspruchung durch
Kräfte bzw. Momente erfährt sowie einen geräuscharmen Betrieb eines Luftkompressors
ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenverdichter vorzuschlagen,
der ein geringes Gewicht aufweist.
[0012] Diese Aufgabe wird durch einen Kolbenverdichter nach den unabhängigen Ansprüchen
gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
[0013] Gegenstand der Erfindung ist ein Kolbenverdichter, insbesondere für ein Doppelkolbensystem,
mit einem Pleuel für zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolben, wobei der
Pleuel mit einem Abschnitt mittels eines ersten Pleuellagers auf einem Exzenterfortsatz
einer Exzenterwelle einer Antriebseinrichtung lagerbar ist und in einer Pleuelbewegungseben
angeordnet ist. Die Pleuelbewegungsebene ist dabei definiert als Massenausgleichsebene
des Pleuels, die rechtwinklig zur antreibenden Kurbelwelle verläuft.
[0014] Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Luftkanal derart neben dem Pleuel und in
einer Ebene mit dem Pleuel angeordnet ist, sodass dieser den Pleuel in zumindest einer
in der Ebene liegenden Querrichtung nicht überlappt. Die Ebene stimmt zumindest teilweise
mit der Pleuelbewegungsebene überein, und eine Schwerpunktlinie des zumindest einen
translatorisch oszillierenden Kolbens, für den der Pleuel ausgebildet ist, verläuft
in dieser Pleuelbewegungsebene.
[0015] Mit anderen Worten bedeutet eine Platzierung neben dem Pleuel die Anordnung an einer
derartigen Position, die nicht in einem Zwischenraum zwischen dem Pleuel und einer
Antriebseinrichtung oder einer bezüglich des Pleuels dazu gegenüberliegenden Position
liegt. Der zumindest eine Luftkanal ist daher bevorzugt in einer Ebene mit dem Pleuel
angeordnet. In einer Ebene bedeutet, dass der zumindest einen Luftkanal neben dem
Pleuel angeordnet ist, ausgehend von einer Blickrichtung auf eine Seitenfläche des
Pleuels. In einer Ebene bedeutet weiterhin, dass die Ebene zumindest teilweise mit
der Pleuelbewegungsebene übereinstimmt.
[0016] Bevorzugt bewegt sich der Pleuel innerhalb der Pleuelbewegungsebene zumindest entlang
einer Längsrichtung, sowie bevorzugt auch entlang einer Querrichtung innerhalb der
Pleuelbewegungsebene. Dies kann mittels einer Antriebseinrichtung und einer damit
verbundenen Exzenterwelle als Kurbelwelle erreicht werden, wobei ein Exzenterfortsatz
mit einem ersten Pleuellager verbunden ist. Die Exzenderwelle ist in der Regel normal
zur Pleuelbewegungsebene ausgerichtet. Die Längsrichtung sowie die Querrichtung spannen
dabei die Pleuelbewegungsebene auf. Es ist weiterhin möglich, eine Tiefenrichtung
bezüglich der Pleuelbewegungsebene zu definieren. Diese Tiefenrichtung kann dabei
orthogonal bezüglich der Pleuelbewegungsebene, die durch die Längs- und Querrichtung
definiert ist, ausgerichtet sein. Aufgrund der Definition der Richtungen innerhalb
der Pleuelbewegungsebene, sowie durch Definition der Pleuelbewegungsebene selber,
kann die Lage des zumindest einen Luftkanals in einer Ebene bezüglich des Pleuels
vorteilhaft definiert bzw. beschreiben werden. Insbesondere kann dadurch eine bezüglich
der bekannten Anordnungen abgrenzende Definition erreicht werden.
[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform stimmen die Pleuelbewegungsebene und die Ebene
des Luftkanals komplett überein. Mit anderen Worten ist der zumindest eine Luftkanal
daher in der Pleuelbewegungsebene angeordnet. Weiterhin verläuft der Luftkanal bevorzugt
komplett außerhalb des Pleuels. Der Luftkanal kann folglich außerhalb des Pleuels,
jedoch in der Pleuelbewegungsebene angeordnet sein. In einer derartigen Anordnung
ist der zumindest eine Luftkanal derart angeordnet, dass dieser den Pleuel in zumindest
einer Querrichtung der Ebene nicht überlappt. Folglich verläuft der Luftkanal in der
Pleuelbewegungsebene neben dem Pleuel. Bevorzugt verläuft der Luftkanal über die komplette
Länge des Pleuels. Der zumindest einen Luftkanal kann dabei beabstandet zu dem Pleuel
angeordnet sein. Durch eine derartige Anordnung des Luftkanals bezüglich des Pleuels
kann eine platzsparende Bauart erreicht werden. Des Weiteren kann eine optimierte
bzw. verringerte Beanspruchung durch Kräfte bzw. Momente der einzelnen Komponenten
erreicht werden und ein geräuscharmer Betrieb eines Luftkompressors mit einem derartigen
Kolbenverdichter ermöglicht werden. Des Weiteren können die Schwingungen reduziert
werden.
[0018] Der Kolbenverdichter kann zusätzlich eine Schwingungsdämpfungseinrichtung, die zwischen
dem Pleuellager und einer Koppelstelle angeordnet ist, aufweisen. Diese kann über
ein Entkopplungselement, beispielsweise Entkopplungsringe, gebildet werden, durch
welche Stoßkräfte gedämpft werden und eine flexible sowie einfache Montage des Pleuels
gewährleistet wird. Das Enkopplungselement wirkt folglich als Dämpfer.
[0019] Bevorzugt kann der Verlauf des Luftkanals zumindest abschnittsweise an die Außenkontur
des Pleuels angepasst sein und/oder beabstandet zu der Außenkontur angeordnet sein.
Hierzu kann der Luftkanal zumindest abschnittsweise entlang einer Kurve und/oder entlang
einer Linie verlaufen. Dabei ist es weiterhin möglich, dass der Luftkanal komplett
innerhalb der Pleuelbewegungsebene angeordnet ist.
[0020] Eine derartige Anordnung des zumindest einen Luftkanals bezüglich des Pleuels ermöglicht
es, einen schlanken Kolbenverdichter auszubilden, durch welchen Bauraum eingespart
werden kann. Dies wirkt sich ebenso positiv auf eine kompakte Bauweise eines Kompressors
aus.
[0021] Der zumindest eine Luftkanal kann innerhalb eines Verbindungselements angeordnet
sein, der von unterhalb des Pleuels nach oberhalb des Pleuels verläuft. Das Verbindungselement
kann beispielsweise als eine hohle Struktur mit einem beliebigen Hohlraumquerschnitt
ausgebildet sein und an einem Ende mit einem ersten Kolben, sowie an einem zweiten
Ende mit einem zweiten Kolben verbunden sein.
[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zumindest eine Luftkanal derart neben
dem Pleuel angeordnet sein, dass dieser den Pleuel in einer Tiefenrichtung bezüglich
der Ebene überlappt. Mit anderen Worten kann der Luftkanal seitlich neben dem Pleuel
derart angeordnet sein, sodass dieser den Pleuel bei einer Blickrichtung auf die Tiefe
bzw. Dicke des Pleuels überlappt. Eine derartige Blickrichtung ist folglich innerhalb
der Bewegungsebene angeordnet, wobei die Blickrichtung der Querrichtung der Ebene
entsprechen kann. Überlappt heißt in diesem Fall, dass der Luftkanal vor dem Pleuel
angeordnet ist, wenn die Blickrichtung auf die Tiefe bzw. Dicke des Pleuels ausgerichtet
ist. Der Luftkanal bzw. dessen Querschnitt kann an die Tiefe bzw. Dicke des Pleuels
angepasst werden, sodass dieser nicht über die Dicke bzw. Tiefe des Pleuels übersteht,
sodass weiterhin Bauraum optimal ausgenutzt werden kann. Dadurch kann besonders vorteilhaft
eine Abgrenzung gegenüber den bekannten Anordnungen von Luftkanälen aus dem Stand
der Technik erreicht werden. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen verläuft
der Luftkanal beispielsweise am Pleuel so, dass der Luftkanal auf der Seite angeordnet
ist, auf welcher der Pleuel mittels eines Lagers mit einer Exzenterwelle eine Antriebseinrichtung,
wie beispielsweise eines Elektromotors, verbunden ist. Dabei ist der Luftkanal zwischen
dem Pleuel und der Antriebseinrichtung angeordnet. Dies ist in der vorliegenden Ausführungsform
nicht der Fall. Folglich wird weniger Bauraum benötigt und einen Masseausgleich ist
in der Pleulbewegungsebene erreicht. Insofern können unerwünschte Schwingungen aus
der Pleulbewegungsebene verhindert werden.
[0023] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Luftkanal einen Querschnitt aufweisen,
der kleiner oder gleich der kleinsten Querschnittsabmessung des Pleuels und/oder der
Tiefe des Pleuels, ausgebildet ist, wobei der Luftkanal komplett in der Pleuelbewegungsebene
angeordnet ist. Eine Querschnittsabmessung des Pleuels kann zum Beispiel die Dicke
des Pleuels sein. Weist der Pleuel unterschiedliche Dicken auf, kann der Luftkanal
beispielsweise mit einem Durchmesser ausgebildet werden, der dieser Dicke entspricht.
Ist der Luftkanal neben dem Pleuel angeordnet, zu liegen der Luftkanal sowie den Pleuel
in einer Ebene, wobei der Luftkanal zumindest bereichsweise den Pleuel in Dickenrichtung
verdeckt bzw. überlappt, wenn die Blickrichtung auf die Dicke bzw. Tiefe des Pleuels
gerichtet ist.
[0024] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Luftkanal einen runden Querschnitt
aufweisen. Dabei kann der Luftkanal unterschiedliche Durchmesser oder auch einen über
die Länge konstanten Durchmesser aufweisen. Der Durchmesser kann an den benötigten
Volumenstrom angepasst werden.
[0025] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Luftkanal abgewinkelt entlang einer
Außenkontur des Pleuels verlaufen, wobei dieser bevorzugt beabstandet zu der Außenkontur
angeordnet ist. Wird der Verlauf des Luftkanals die Außengeometrie des Pleuels angepasst,
kann weiterhin Bauraum optimal genutzt sowie eingespart werden. Vorteilhaft ist der
Luftkanal beabstandet zu der Außenkontur des Pleuels angeordnet, sodass dieser den
Pleuel auch im Betrieb nicht berührt.
[0026] In einer bevorzugten Ausführungsform können zumindest zwei Luftkanäle vorhanden sein.
Ein zweiter Luftkanal kann dieselbe Bauweise wie der erste Luftkanal aufweisen und
in einer Ebene mit dem ersten Luftkanal und mit dem Pleuel liegen, d. h. ebenso innerhalb
der Pleuelbewegungsebene bzw. Ebene. Vorteilhaft können die zumindest zwei Luftkanäle
parallel zueinander oder auch bezüglich zumindest einer Achse zueinander gespiegelt
ausgebildet sein.
[0027] Durch die Anordnung zumindest zweier Luftkanäle kann der Volumenstrom deutlich erhöht
sowie optimal angepasst werden. Durch die individuelle Anpassung der Geometrie von
zumindest zwei Luftkanälen an den vorhandenen Bauraum kann weiterhin eine schlanke
Ausführung des Kolbenverdichters erreicht werden.
[0028] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zweite Luftkanal derart neben dem Pleuel
und in einer Ebene mit dem Pleuel angeordnet sein, dass dieser den Pleuel zumindest
in einer Querrichtung nicht überlappt, wobei die Ebene mit der Pleuelbewegungsebene
zumindest teilweise übereinstimmt, und eine Schwerpunktlinie des zumindest einen translatorisch
oszillierenden Kolbens in der Pleuelbewegungsebene verläuft. Es ist beispielsweise
denkbar, zwei parallel zueinander sowie direkt benachbart angeordnete Luftkanäle auf
einer Seite des Pleuels, d. h. in Querrichtung neben dem Pleuel, anzuordnen, welche
dieselbe Geometrie aufweisen. Es ist ebenso denkbar, einen Luftkanal gesehen aus einer
Blickrichtung auf eine Seitenfläche des Pleuels rechts bezüglich des Pleuels anzuordnen,
und einen zweiten Luftkanal links bezüglich des Pleuels vorzusehen, wobei beide Luftkanäle
weiterhin in der Pleuelbewegungsebene angeordnet sind. Die beiden Luftkanäle können
folglich rechts sowie links neben dem Pleuel verlaufen. Durch eine derartige symmetrische
Ausgestaltung können besonders vorteilhaft Schwingungen reduziert werden, da ein Ausgleich
der Kräfte und folglich eine Reduktion der auftretenden Momentenbeanspruchungen resultiert.
[0029] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zweite Luftkanal derart angeordnet
sein, dass dieser den Pleuel in zumindest einer Tiefenrichtung bezüglich der Ebene
überlappt. Überlappt bedeutet, dass der zweite Luftkanal vor dem Pleuel angeordnet
ist, gesehen aus einer Blickrichtung auf die Dicke bzw. Tiefe des Pleuels. Eine derartige
Blickrichtung ist folglich innerhalb der Pleuelbewegungsebene angeordnet, wobei die
Blickrichtung der Querrichtung der Ebene entsprechen kann. Bevorzugt liegt der zweite
Luftkanal ebenso wie der erste Luftkanal in einer Ebene mit dem Pleuel. Dabei können
die beiden Luftkanäle an jeweils einer gegenüberliegenden Seite bezüglich des Pleuels,
oder auch auf derselben Seite angeordnet sein.
[0030] In einer bevorzugten Ausführungsform können die beiden Luftkanäle symmetrisch bezüglich
einer Längsachse des Pleuels ausgebildet sein, wobei die Längsachse insbesondere eine
Schwerpunktlinie des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens ist. Bevorzugt
verlaufen ein Luftkanal rechts und eine andere links neben dem Pleuel, gesehen aus
einer Blickrichtung auf eine Seitenfläche des Pleuels. Beide Luftkanäle sind bevorzugt
beabstandet zu der Außenkontur des Pleuels angeordnet, sodass diese den Pleuel nicht
berühren. Beide Luftkanäle verlaufen folglich bevorzugt außerhalb des Pleuels.
[0031] Die Schwerpunktlinie des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens kann
somit ebenso die Schwerpunktlinie zwischen den beiden Luftkanälen ausbilden, sodass
eine symmetrische Anordnung und damit ein Kräftegleichgewicht entsteht. Folglich können
die Längsachse des Pleuels mit der Schwerpunktlinie des zumindest einen Kolbens übereinstimmen.
Liegt weiterhin die Schwerpunktlinie innerhalb der Pleuelbewegungsebene, so kann eine
besonders platzsparend der Anordnung der Luftkanäle sowie des Pleuels bezüglich des
zumindest einen Kolbens, insbesondere zwischen zwei Kolben, erreicht werden.
[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform können die beiden Luftkanäle in einen gemeinsamen
Kanal münden. Der gemeinsame Kanal liegt bevorzugt oberhalb des Pleuels bzw. unterhalb
des Pleuels. So können insbesondere bei einem Doppelkolbensystem beide Kolben erreicht
werden. Der gemeinsame Kanal kann dabei in der Schwerpunktlinie des Kolbens angeordnet
sein.
[0033] In einer bevorzugten Ausführungsform kann auf Höhe des ersten Pleuellagers zumindest
eine Wuchtscheibe angeordnet sein. Bevorzugt ist die Wuchtscheibe besonders nahe am
Kolben angeordnet.
[0034] In einer bevorzugten Ausführungsform können auf Höhe des ersten Pleuellagers zumindest
zwei Wuchtscheiben angeordnet sein. Die beiden Wuchtscheiben können die gleiche Bauart
aufweisen. Die beiden Wuchtscheiben können symmetrisch zueinander ausgebildet sein.
Es ist ebenso denkbar mehr als zwei Wuchtschreiben anzuordnen, wobei beispielsweise
zwei Wuchtscheiben jeweils parallel zueinander angeordnet sein können. Durch die Anordnung
von zwei Wuchtschreiben kann ein entstehendes Kippmoment reduziert werden. Durch die
dadurch verringerten Massenkräfte werden ebenso die dynamischen Effekte reduziert,
wodurch die Funktionsweise des Kolbenverdichters optimiert werden kann.
[0035] In einer bevorzugten Ausführungsform können eine erste Wuchtscheibe auf einer Seite
des Pleuels, die in Richtung einer Exzenterwelle ausrichtbar ist, und die zweite Wuchtscheibe
auf einer gegenüberliegenden Seite des Pleuels, angeordnet sein. Mit anderen Worten
können die beiden Wuchtscheiben an zwei gegenüberliegenden Seiten des Pleuels angeordnet,
wobei die erste Wuchtscheibe beispielsweise vor dem Pleuel, gesehen aus einer Blickrichtung
auf die Seitenfläche des Pleuels, angeordnet sein kann, und die zweite Wuchtscheibe
hinter dem Pleuel. Dadurch können die Gewichtsverteilung optimiert und mögliche Kippmomente
reduziert werden.
[0036] In einer bevorzugten Ausführungsform können die beiden Wuchtscheiben symmetrisch
bezüglich einer Längsachse des Pleuels ausgebildet sein. Sind die beiden Wuchtschreiben
symmetrisch zueinander ausgebildet, so liegt ebenso eine symmetrische Gewichtsverteilung
vor, was ein Kippmoment weiter reduziert. Insgesamt können folglich durch zwei Wuchtschreiben
Kräfte sowie Momente optimal kompensiert werden, da der Massenmittelpunkt auf der
Längsachse liegt.
[0037] In einer bevorzugten Ausführungsform kann zumindest ein Kolben, der einteilig oder
mehrteilig ausgebildet ist, oberhalb des Pleuels als Hochdruckkolben angeordnet sein,
der mit dem zumindest einen Luftkanal verbunden ist. Der zumindest eine Luftkanal
kann die Funktion der Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Verdichtereinheit
zwischen einer Niederdruck- und einer Hochdruckstufe ausbilden.
[0038] In einer bevorzugten Ausführungsform kann zumindest ein Kolben, der einteilig oder
mehrteilig ausgebildet ist, unterhalb des Pleuels als Niederdruckkolben angeordnet
sein, der mit dem zumindest einen Luftkanal verbunden ist. Der zumindest eine Luftkanal
kann ebenso die Funktion der Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Verdichtereinheit
ausbilden.
[0039] Die Nieder- und Hochdruckstufe ist über den oder die Luftkanäle und ein Ventilsystem,
das ein gesteuertes Führen von komprimierter Luft von der Niederdruckzur Hochdruckstufe
bereitstellt, verbunden. Die hierzu erforderlichen Ventile können in den Boden der
jeweiligen Kolben der Verdichterstufen angeordnet und / oder in dem Luftkanal oder
den Luftkanälen angeordnet sein.
ZEICHNUNGEN
[0040] Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungen und Zeichnungsbeschreibungen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung,
die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der
Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen
weiteren Kombinationen zusammenfassen.
[0041] Es zeigt:
- Fig. 1
- eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform eines erfin-dungsgemäßen Kolbenverdichters;
- Fig. 2
- einen Längsschnitt der Ausführungsform nach Fig. 1;
- Fig. 3
- einen Querschnitt der Ausführungsform nach Fig. 1;
- Fig. 4
- eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfin-dungsgemäßen Kolbenverdichters;
- Fig. 5
- eine isometrische Darstellung der Ausführungsform nach Fig. 4;
- Fig. 6
- einen Längsschnitt der Ausführungsform nach Fig. 4;
- Fig. 7
- einen Querschnitt der Ausführungsform nach Fig. 4.
[0042] In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen
beziffert.
[0043] Fig. 1 zeigt eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Kolbenverdichters 10. Der Kolbenverdichter 10 ist als Doppelkolbensystem 12 ausgebildet
und weist ein Pleuel 14 auf, dass über ein Pleuellager 18 mit einem Exzenterfortsatz
12 einer Exzenterwelle 20 mit einer Antriebseinrichtung 22 (nicht dargestellt) in
Verbindung steht. Die Antriebseinrichtung 22 kann beispielsweise als Elektromotor
ausgebildet sein, die die Exzenderwelle 20 antreibt, wobei ein azentrisch an einer
Stirnseite der Exzenderwelle 20 angesetzter Exzenderfortsatz 21 den Pleuel 14 drehbar
lagert, und die Rotationsbewegung der Exzenderwelle 20 in eine translatorische Oszillationsbewegung
des Doppelkolbensystems mit Pleuel 14 übersetzt. Das untere Lager 13, das einen Niederdrucckolben
16a am Pleuel 14 lagert, weist ein oder mehrere Entkopplungselement 40 auf, durch
welches Stoßkräfte gedämpft werden können und eine flexible sowie einfache Montage
des Pleuels 14 gewährleistet wird. Das Entkopplungselement 40 dient einer mechanisch
federnden Entkopplung zur Schwingungsunterdrückung von Pleuel 14 und unterem Niederdruckkolben
16a und kann beispielsweise als Gummiring oder ähnlich federndes Entkopplungselement
ausgebildet sein, und wirkt folglich als Dämpfer. Oberhalb des Pleuels 14 ist in dieser
Ausführungsform ein Hochdruckkolben 16b angeordnet. Der Pleuels 14 ist folglich zwischen
dem Niederdruckkolben 16a und dem Hochdruckkolben 16b angeordnet. Der Pleuels 14 bewegt
sich dabei innerhalb der Pleuelbewegungsebene PE. Die Pleuelbewegungsebene PE kann
dabei durch die Querrichtung Q sowie die Längsrichtung bzw. Längsachse L beschrieben
werden. Der Pleuels 14 ist folglich innerhalb der Pleuelbewegungsebene PE angeordnet.
In dieser Ausführungsform stimmt die Pleuelbewegungsebene PE ebenso mit der Ebene
E1 überein, wobei die Ebene E1 die Ebene beschreibt, in der die beiden Luftkanäle
24 angeordnet sind.
[0044] Es ist folglich erkennbar, dass die Ebene E1 mit der Pleuelbewegungsebene PE übereinstimmt,
und eine Schwerpunktlinie SE der translatorisch oszillierenden Kolbens 16a, 16b in
der Pleuelbewegungsebene PE verläuft. In der Darstellung ist weiterhin erkennbar,
dass die Schwerpunktlinie SE mit einer Längsachse L des Kolbenverdichter 10 bzw. des
Pleuels 14 übereinstimmt.
[0045] In dieser Ausführungsform ist rechts sowie links bezüglich der Querrichtung Q in
der Ebne E1 bzw. der Pleuelbewegungsebene PE neben dem Pleuel 14 jeweils ein Luftkanal
24a, 24b derart angeordnet, sodass dieser den Pleuel 14 in Querrichtung Q nicht überlappt.
Dies bedeutet, dass die Luftkanäle 24a, 24b komplett außerhalb des Pleuels 14 angeordnet
sind. Die Luftkanäle 24a, 24b folgen zumindest abschnittsweise der Außenkontur 36
des Pleuels 14. Dabei sind die Luftkanäle 24a, 24b mit einem Abstand zu dieser Außenkontur
36 angeordnet, sodass der Pleuel 14 die Luftkanäle 24a, 24b nicht berührt. Die Luftkanäle
24a, 24b bilden eine Verbindung zwischen einer ersten sowie einer zweiten Einheit
aus und können beispielsweise in Verbindungsstegen angeordnet sein. Im unteren sowie
oberen Bereich ist jeweils ein Kolben 16, ein unterer Niederdruckkolben 16a zur Erzeugung
eines Niederdrucks bis ca. 5-8 Bar und ein oberer Hochdruckkolben 16b zur Erzeugung
eines Hochdrucks von ca. 16-18 Bar angeordnet, wobei dieser jeweils als einteiliger
oder auch mehrteiliger Kolben ausgebildet sein kann. Der untere Niederdruckkolben
16a saugt Luft über ein Einlassventil (nicht dargestellt an) und verdichtet diese
auf einen Niederdruck. Durch ein weiteres Ventil (nicht dargestellt) im Niederdruckkolben
16a wird die vorkomprimierte Luft über die Längserstreckung des Pleuels 14 über den
bzw. die Luftkanäle 24 zum oberen Hochdruckkolben 16b geleitet und in einer zweiten
Verdichterstufe zu einem gewünschten Hochdruckniveau nachverdichtet. Die im Kolbenboden
des Nieder- und Hochdruckkolbens 16a, 16b integrierten Ventilanordnungen sind nicht
dargestellt.
[0046] Im Bereich des oberen Hochdruckkolbens 16b gehen die beiden Luftkanäle 24a, 24b in
einen gemeinsamen Kanal 30 über. Auf der Höhe des Pleuellagers 18 sind in dieser Ausführungsform
zwei Wuchtscheiben 32a, 32b angeordnet. Die eine Wuchtscheibe 32b ist auf der Seite
des Pleuels 14 angeordnet, die in Richtung der Exzenterwelle 20 ausgerichtet ist.
Eine weitere Wuchtscheibe 32a ist auf der in Tiefenrichtung T gegenüberliegenden Seite
des Pleuels 14 angeordnet. Durch eine derartig nahe Anordnung der Wuchtscheiben 32a,
32b am Pleuellager 18 können Kippmomente gemindert werden, da ein Massenausgleich
erfolgt und der Massenschwerpunkt auf der Längsachse L liegt. Idealerweise stellen
die Wuchtscheiben 32a, 32b einen Masseschwerpunkt des Kolbenvedichters 10 ein, der
sowohl in der Längsachse L als auch in der Achse des Exzenderfortsatzes 21 liegt.
[0047] Einen Längsschnitt durch die Ebene E1, d. h. durch die Ebene L-Q, d. h. durch die
Pleuelbewegungsebene PE zeigt Fig. 2. Es ist erkennbar, dass die beiden Luftkanäle
24a, 24b symmetrisch zueinander angeordnet sind. Entlang des kompletten Verlaufs jedes
Luftkanals 24a, 24b ist dieser beabstandet zu der Außenkontur 36 des Pleuels 14 angeordnet.
Die Luftkanäle 24a, 24b verlaufen abschnittsweise geradlinig. Durch die zusätzlich
abgewinkelte Form können die Luftkanäle 24a, 24b an die Außenkontur 36 des Pleuels
14 angepasst werden. In dieser Ausführungsform ist das Pleuellager 18 durch ein Kugellager
42 gebildet. Das zweite, untere Lager 13 zur Lagerung des unteren Niederdruckkolbens
16a am Pleuel 14 weist eine Laufbuchse 44, ein Nadelkranz 46 sowie einen Zylinderstift
48 auf und ist in dieser Ausführungsform als Nadellager ausgebildet. Im unteren Bereich
der Darstellung ist weiterhin eine Topfmanschette 50 sowie eine Klemmring 52 für eine
erste Druckstufe erkennbar. In dieser Ebene L-Q ist erkennbar, dass die Luftkanäle
24a, 24b den Pleuel 14 in Querrichtung Q nicht überlappen, da diese in Querrichtung
Q beabstandet und nebeneinander angeordnet sind. Würden die Luftkanäle 24a, 24b den
Pleuel 14 überlappen, so wären diese aus dieser Blickrichtung zumindest teilweise
vor bzw. hinter dem Pleuel 14 angeordnet, und folglich nicht innerhalb der Pleuelbewegungsebene
PE.
[0048] Ein Querschnitt entlang der Ebene T-L ist in Figs. 3 dargestellt. Es ist erkennbar,
dass in dieser Ausführungsform die beiden Wuchtscheiben 32a, 32b symmetrisch bezüglich
der Längsachse L ausgebildet sind. Die Wuchtscheiben 32a, 32b sind beabstandet zu
den Seitenflächen 34 des Pleuels 14 angeordnet. Weiterhin ist erkennbar, dass der
dargestellte Luftkanal 24b die Dicke des Pleuels 14 in Tiefenrichtung T überlappt,
sodass dieser in einer Ebene E1, d. h. in der Pleuelbewegungsebene PE, mit dem Pleuel
14 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist in dieser Schnittdarstellung erkennbar,
dass der Luftkanal 24b von dem Pleuel zumindest teilweise überdeckt wird. Der Luftkanal
24b weist einen Querschnitt 26 auf, der kleiner ist als der Querschnitt des Pleuels
14, d. h. kleiner als die minimale Tiefe t des Pleuels 14 ausgebildet ist. Mit einer
derartigen Anordnung kann ein Kolbenverdichter 10 eine kompakte Bauweise aufweisen,
da dieser nur wenig Bauraum benötigt.
[0049] Eine weitere Ausführungsform eines Kolbenverdichters 10 ist in einer Seitenansicht
in Fig. 4 dargestellt. Die Ausführungsform ist ohne Entkopplungselement 40 ausgeführt.
In dieser Darstellung sind die beiden Kolben 16 wie in Fig. 3 geschnitten dargestellt,
sodass nur ein Luftkanal 24b sichtbar ist. Der Kolbenverdichter 10 ist über einen
Exzenterfortsatz 21 einer Exzenterwelle 20 einer Antriebseinrichtung 22 verbunden,
wobei im Verbindungsbereich zumindest ein weiteres Lager 54 zur Lagerung der Exzenterwelle
20 vorhanden ist. Im unteren Bereich ist der Kolbenverdichter 10 über eine Topfmanschette
50 sowie einen Klemmring 52, die den unteren Niederdruckkolben 16a ausbilden, für
eine erste Druckstufe mit einem größeren Durchmesser ausgebildet. Im oberen, gegenüberliegenden
Bereich hingegen ist der Hochdruckkolben 16b mit einem kleineren Durchmesser für eine
zweite Hochdruckstufe ausgebildet. Daher ist der Kolbenverdichter 10 zweistufig mit
einem Niederdruckkolben 16a und einem Hochdruckkolben 16 an den jeweiligen Enden des
Pleuels 14 ausgebildet, wobei beide Kolbenstufen über ein nicht dargestelltes Ventilsystem
und den sich über die Längserstreckung des Pleuels 14 verlaufenden Luftkanäle 24 verbunden
sind. Die eingesetzten Ventile sind in der Regel mechanisch selbsttätig rückstellende
Einwegventile, die bei einem voreingestellten Druck selbstständig öffnen und schließen,
um die komprimierte Luft in den Niederdruckkolben 16a und von diesem bei Erreichen
des Vorverdichtungsdrucks in der Niederdruckstufe in den Hochdruckstufe zum Hochdruckkolben
16b zu leiten.
[0050] In den Figs. 4 bis 7 sind die gleichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie
in den Figs. 1 bis 3 dargestellt, sodass darauf nicht weiter eingegangen wird.
[0051] Fig. 5 zeigt eine isometrische Darstellung der Ausführungsform des Kolbenverdichters
10 aus Fig. 4. Eine zugehörige Querschnittsdarstellung entlang der Ebene Q-L ist in
Fig. 6, eine weitere Querschnittsdarstellung entlang der Ebene T-L in Fig. 7 dargestellt.
[0052] Der erfindungsgemäße Kolbenverdichter 10 ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsformen
beschränkt, sodass weitere Ausgestaltungen, insbesondere abweichende Verläufe der
Luftkanäle 24a, 24b sowie abweichende Geometrien der Wuchtscheiben 32a, 32b, möglich
sind. Beispielsweise können die Luftkanäle 24a, 24b über einen größeren Bereich gekrümmt
ausgebildet sein oder auch nicht zueinander symmetrisch verlaufen. Es ist ebenso denkbar,
weitere Luftkanäle 24 und/oder weitere Wuchtscheiben 32 anzuordnen, wobei diese bevorzugt
parallel oder benachbart zu den bereits vorhandenen Luftkanälen 24a, 24b bzw. Wuchtscheiben
32a, 32b angeordnet sind.
Bezugszeichenliste
[0053]
- 10
- Kolbenverdichter
- 12
- Doppelkolbensystem
- 13
- Lager
- 14
- Pleuel
- 16
- Kolben
- 16a
- Niederdruckkolben
- 16b
- Hochdruckkolben
- 18
- Pleuellagers
- 20
- Exzenterwelle
- 21
- Exzenterfortsatz
- 22
- Antriebseinrichtung
- 24
- Luftkanal
- 24a
- erster Luftkanal
- 24b
- zweiter Luftkanal
- 26
- Querschnitt
- 30
- gemeinsamer Kanal
- 32
- Wuchtscheibe
- 32a
- erste Wuchtscheibe
- 32b
- zweite Wuchtscheibe
- 34
- Seitenfläche des Pleuels
- 36
- Außenkontur des Pleuels
- 38
- Verbindungselement
- 40
- Entkopplungselement
- 42
- Kugellager
- 44
- Laufbuchse
- 46
- Nadelkranz
- 48
- Zylinderstift
- 50
- Topfmanschette
- 52
- Klemmring
- 54
- Lager
- Q
- Querrichtung
- T
- Tiefenrichtung
- L
- Längsachse
- t
- Tiefe
- E1
- Ebene
- PE
- Pleuelbewegungsebene
- SE
- Schwerpunktlinie
1. Kolbenverdichter (10), insbesondere für ein Doppelkolbensystem (12), mit einem Pleuel
(14) für zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolben (16, 16a, 16b), wobei
der Pleuel (14) mit einem Abschnitt mittels eines ersten Pleuellagers (18) auf einem
Exzenterfortsatz (21) einer Exzenterwelle (20) einer Antriebseinrichtung (22) lagerbar
ist und in einer Pleuelbewegungsebene (PE) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Luftkanal (24) derart neben dem Pleuel (14) und in einer Ebene (E1)
mit dem Pleuel (14) angeordnet ist, sodass dieser den Pleuel (14) in zumindest einer
in der Ebene (E1) liegenden Querrichtung (Q) nicht überlappt, wobei die Ebene (E1)
mit der Pleuelbewegungsebene (PE) zumindest teilweise übereinstimmt, und eine Schwerpunktlinie
(SE) des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens (16, 16a, 16b) in der
Pleuelbewegungsebene (PE) verläuft.
2. Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Luftkanal (24) derart neben dem Pleuel (14) angeordnet ist, dass
dieser den Pleuel (14) in einer Tiefenrichtung (T) bezüglich der Ebene (E1) überlappt.
3. Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (24) einen Querschnitt (26) aufweist, der kleiner oder gleich der kleinsten
Querschnittsabmessung des Pleuels (14) und/oder der Tiefe (t) des Pleuels (14), ausgebildet
ist, wobei der Luftkanal (24) komplett in der Pleuelbewegungsebene (PE) angeordnet
ist.
4. Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (24) einen runden Querschnitt aufweist.
5. Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (24) abgewinkelt entlang einer Außenkontur (36) des Pleuels (14) verläuft,
wobei dieser bevorzugt beabstandet zu der Außenkontur (36) angeordnet ist.
6. Kolbenverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Luftkanäle (24, 24a, 24b) vorhanden sind.
7. Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftkanal (24b) derart neben dem Pleuel (14) und in der Ebene (E1) mit
dem Pleuel (14) angeordnet ist, dass dieser den Pleuel (14) zumindest in einer in
der Ebene (E1) liegenden Querrichtung (Q) nicht überlappt, wobei die Ebene (E1) mit
der Pleuelbewegungsebene (PE) zumindest teilweise übereinstimmt, und eine Schwerpunktlinie
(SE) des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens (16, 16a, 16b) in der
Pleuelbewegungsebene (PE) verläuft.
8. Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftkanal (24b) derart angeordnet ist, dass dieser den Pleuel (14) in
einer Tiefenrichtung (T) bezüglich der Ebene (E1) überlappt.
9. Kolbenverdichter (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Luftkanäle (24a, 24b) symmetrisch bezüglich einer Längsachse (L) des Pleuels
(14) ausgebildet sind, wobei die Längsachse (L) insbesondere eine Schwerpunktlinie
(SE) des zumindest einen translatorisch oszillierenden Kolbens (16, 16a, 16b) ist.
10. Kolbenverdichter (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Luftkanäle (24a, 24b) in einen gemeinsamen Kanal (30) münden.
11. Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Höhe des ersten Pleuellagers (18) zumindest eine Wuchtscheibe (32) angeordnet
ist.
12. Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Höhe des ersten Pleuellagers (18) zumindest zwei Wuchtscheiben (32, 32a, 32b)
angeordnet sind.
13. Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wuchtscheibe (32a) auf einer Seite des Pleuels (14), die in Richtung einer
Exzenterwelle (20) ausrichtbar ist, und die zweite Wuchtscheibe (32b) auf einer gegenüberliegenden
Seite des Pleuels (14), angeordnet ist.
14. Kolbenverdichter (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wuchtscheiben (32a, 32b) symmetrisch bezüglich einer Längsachse (L) des
Pleuels (14) ausgebildet sind.
15. Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolben (16), der einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist, oberhalb
des Pleuels (14) als Hochdrucckolben (16a) angeordnet ist, der mit dem zumindest einen
Luftkanal (24) verbunden ist.
16. Kolbenverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolben (16), der einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist, unterhalb
des Pleuels (14) als Niederdrucckolben (16b) angeordnet ist, der mit dem zumindest
einen Luftkanal (24) verbunden ist.