-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckluftkompressor für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Fahrzeug-Druckluftsystem, wie beispielsweise für eine Druckluftbremse, eine Luftfederung, eine Getriebesteuerung, eine Kupplungsvorrichtung oder einen pneumatischen Aktor eines Landfahrzeugs, eines Flugzeugs oder eines Schiffs, insbesondere für ein Luftfedersystem eines Fahrzeugs, umfassend eine Kolbenverdichterstufe.
-
STAND DER TECHNIK
-
Aus dem Stand der Technik sind mehrstufige Verdichter für Kraftfahrzeuge bekannt, in welche ein Gas bzw. Luft zumindest zweimalig verdichtet werden kann. Insbesondere werden derartige Verdichter im Betrieb von Luftfedersystemen eingesetzt, bei denen Radaufhängungen über Luftfedern gedämpft mit einem Fahrzeugchassis verbunden sind. In der Regel werden sowohl die Niederdruck als auch durch die Hochdruckstufe durch einen Rotationskolbenkompressor in einem gemeinsamen Zylinder bereitgestellt. Dabei kann die Luft zunächst durch den Kolben der Niederdruckstufe in einen Mitteldruck verdichtet und dann durch den Kolben der Hochdruckstufe zu einem Hochdruck nachverdichtet werden. In der Regel sind hierzu zwei Zylinderköpfe in einen Zylinder an einer gemeinsamen Pleuel gegenüberliegend angeordnet, wobei die Hochdruckseite der Niederdruckstufe über ein Rückschlagventil mit einer Niederdruckseite der Hochdruckstufe zur Überführung der im Mitteldruck komprimierten Luft verbunden.
-
Alternativ ist bereits bekannt, zwei verschiedene Verdichterstufe miteinander zu koppeln, beispielsweise zur Vorverdichtung eine Rotationsverdichterstufe für einen Mitteldruck mit für die Nachverdichtung eine Kolbenverdichterstufe für den Hochdruck. Ein derartiger Verdichter für ein Luftfedersystem eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise in der
DE 10 201 121 055 A1 beschrieben. Der mehrstufige Verdichter weist zumindest eine erste Verdichtungsstufe zum Vorverdichten von Luft und eine zweite Verdichtungsstufe auf. Die erste und zweite Verdichtungsstufe werden von einer gemeinsamen Antriebseinheit angetrieben. Die erste und zweite Verdichtungsstufe sind entsprechend durch einen Rotationsverdichter und einen Hubkolbenverdichter gebildet, wobei ein Mehrkammer-Zellenverdichter als Rotationsverdichter eingesetzt wird. Mit dem Rotationsverdichter kann die durch einen Ansauganschluss angesaugte Luft zunächst durch eine Ansaugöffnung der ersten Verdichtungsstufe in eine Druckkammer eingeleitet werden, in welcher die Luft nach einem Prinzip eines Mehrkammer-Rotationsverdichters vorverdichtet wird. Danach wird die vorverdichtete Luft durch einen Vorverdichtungsauslass in einem Verdichterraum des Hubkolbenverdichters der zweiten Verdichtungsstufe geführt, in welchem die vorverdichtete Luft weiter verdichtet wird.
-
Die
WO 2008/019416 A1 offenbart ebenfalls einen mehrstufigen Verdichter zur Komprimierung von Gasen, dadurch kann ein verbessertes Schwingungsverhalten erreicht werden. Der Verdichter umfasst einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich. Im Niederdruckbereich ist ein Schraubenverdichter als Rotationsverdichter angeordnet. Im Hochdruckbereich ist ein Hubkolbenverdichter angeordnet, der zwei um 180° zueinander verdrehte Zylinder aufweist. Der Rotationsverdichter und der Hubkolbenverdichter werden durch einen gemeinsamen Motor angetrieben.
-
In der
DE 102 97 064 B4 ist ein mehrstufiger Verdichter zum Verdichten von Gasen mit einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich beschrieben. Im Hochdruckbereich wird ein Hubkolbenverdichter über einen Motor angetrieben. An dem Hubkolbenverdichter ist ein Schraubenverdichter im Niederdruckbereich vorgesehen, wobei ein rotierender Verdränger des Schraubenverdichters mit einer Kurbelwelle des Hubkolbenverdichters verbunden ist. Mit dem Schraubenverdichter kann ein Gas bis zu einem Druck von 40 Bar vorverdichtet werden.
-
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass beim Ansaugen des Gases bzw. der atmosphärischen Luft in eine Druckkammer des Rotationsverdichters eine Füllzeit der Druckkammer aufgrund des Atmosphärendrucks dadurch negativ beeinflusst werden kann, dass das Gas bzw. die Luft nicht kontinuierlich in die Druckkammer eingeleitet werden kann.
-
Weiterhin ist nachteilig am Stand der Technik, dass ein relativ komplexer Schraubenverdichter oder ein Mehrkammer-Zellenverdichter als separater Rotationsverdichter in einer ersten Verdichtungsstufe angeordnet ist, so dass der Druckluftkompressor relativ komplex aufgebaut wird und einen hohen Bauraum beansprucht.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Druckluftkompressor vorzuschlagen, der für eine Volumenstromerhöhung beim Atmosphärendruck durch Reduzieren einer Luftpulsation beim Ansaugen der Luft in den Druckluftkompressor sorgt, so dass ein Luftdruck vor dem Einlassen der Luft in eine Kolbenverdichterstufe schnell erhöht und die vorkomprimierte Luft weiter in der Kolbenverdichterstufe schnell auf einen Zieldruck nachverdichtet werden kann. Hierdurch kann ein Schwingungsverhalten verbessert und zugleich ein möglichst schneller Druckaufbau bei einer kompakten Bauweise des Druckluftkompressors ermöglicht werden.
-
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen zweistufigen Druckluftkompressor mit einer geringen bautechnischen Komplexität und einer kompakten Bauweise bei geringem Platzbedarf vorzuschlagen.
-
Die Aufgabe wird durch einen Druckluftkompressor für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Druckluftsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung betrifft einen Druckluftkompressor für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Luftfedersystem eines Fahrzeugs, umfassend eine Kolbenverdichterstufe.
-
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Rotationsverdichterstufe umfasst ist, wobei zumindest eine Propellerverdichterstufe als Rotationsverdichterstufe angeordnet ist.
-
Somit wird ein Druckluftkompressor vorgeschlagen, in dem zumindest eine Rotationsverdichterstufe und zumindest eine Kolbenverdichterstufe angeordnet sind, wobei die Rotationsverdichterstufe durch zumindest eine Propellerverdichterstufe gebildet ist. Hierdurch wird eine Kombination der Rotationsverdichterstufe und der Kolbenverdichterstufe in dem Druckluftkompressor ermöglicht, in dem Luft zumindest zweimalig komprimiert werden kann. In der Propellerverdichterstufe ist zumindest ein Propeller umfasst, der auf einer Antriebswelle angeordnet werden kann und dessen Propellerblätter um eine Längsachse des Propellers rotieren können. Die rotierenden Propellerblätter übertragen nach den Gesetzen von Strömungsmechanik Energie auf die Luft, so dass die Luft beschleunigt werden und durch Fliehkraft ein Druckanstieg der Luft erreicht werden kann. Hierdurch wird Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie der Luft umgewandelt.
-
Es ist vorteilhaft, dass die Luft mit dem Propeller kontinuierlich komprimiert werden kann, so dass eine Luftpulsation reduziert werden und somit eine Volumenstromerhöhung bei einem vergleichsweise hohen Luftdruck erzielt werden kann. Mit der Propellerverdichterstufe kann die Luft schnell auf einem hohen Druck verdichtet und anschließend mit der Kolbenverdichterstufe effektiv auf einen Zieldruck weiter verdichtet werden. Hierdurch kann ein Aufwand zum Verdichten der Luft mit der Kolbenverdichterstufe reduziert und ein Wirkungsgrad des Druckluftkompressors verbessert werden. Die Propellerverdichterstufe ist technisch relativ einfach und raumsparend gestaltbar und benötigt bei Integration in das Design eines bestehenden Kolbenverdichters nur geringe bauliche Veränderung und Bauraumerhöhung.
-
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die zu verdichtende Luft parallel zur Antriebswelle des Kolbenverdichters, auf die der Propeller der Propellerverdichterstufe aufgesetzt werden kann, strömen kann, damit werden keine langen Umlenkwege bzw. Fließwege für die Verdichtung der Luft benötigt, so dass die als Propellerverdichterstufe ausgebildete Rotationsverdichterstufe eine kompakte Bauweise aufweisen kann. Damit wird ein geringer Platzbedarf der Rotationsverdichterstufe ermöglicht. Des Weiteren kann der Propeller im Vergleich zu einem anderen Rotationsverdichter beispielsweise einem Schraubenverdichter leichter und günstig hergestellt werden.
-
Vorteilhafterweise kann die Propellerverdichterstufe vor einem Elektromotor des Druckluftkompressors angeordnet sein, so dass der Elektromotor mit dem vorkomprimierten Luftstrom ebenfalls gekühlt werden kann.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Druckluftkompressors kann die Propellerverdichterstufe an einer Antriebswelle angeordnet sein, die von einem Elektromotor antreibbar und um eine Antriebsachse drehbar ist, und / oder über eine Kurbelwelle der Kolbenverdichterstufe an der Antriebswelle angeordnet ist. Eine Luftdruckerhöhung in der Propellerverdichterstufe kann einstellbar sein, beispielsweise mittels einer zweistufigen Propellerverdichterstufe kann die Luft vor der Kolbenverdichterstufe zweimalig komprimiert werden. Vorzugsweise kann die zweistufige Propellerverdichterstufe durch zwei Propeller gebildet werden, in der entweder ein Propeller an der Antriebswelle und der andere Propeller an einer Kurbelwelle der Kolbenverdichterstufe oder die beiden Propellern an der Antriebswelle angeordnet sein können. Dadurch, dass die Antriebswelle von dem Elektromotor angetrieben werden kann, können die Propeller dieselbe Drehzahl des Elektromotors aufweisen. Denkbar ist auch, dass die Propeller mittels einer Getriebeübersetzung auf eine höhere Drehzahl als der Elektromotor betrieben werden. Es ist vorteilhaft, dass die Luft parallel zu der Antriebswelle durch die Propellerverdichterstufe strömen kann, in der die Propeller um die Antriebsachse der Antriebswelle und / oder eine Längsachse der Kurbelwelle rotieren können und damit Luft komprimiert werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Elektromotor die Antriebswelle antreiben, und die Antriebswelle die Kurbelwelle der Kolbenverdichterstufe antreiben oder diese ausbilden. Hierzu kann der Elektromotor die Kurbelwelle mittelbar oder unmittelbar antreiben, so dass kein zusätzlicher Antrieb oder Getriebe der Kurbelwelle benötigt wird. Somit kann eine platzsparende Bauweise ermöglicht werden. In dieser Ausführungsform kann die Antriebswelle als Kurbelwelle eingesetzt werden, so dass ein unmittelbares Antreiben des Elektromotors erreicht werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Propellerverdichterstufe derart angeordnet sein, dass ein Luftauslass der Propellerverdichterstufe mit einem Einlass der Kolbenverdichterstufe, insbesondere einer Niederdruckstufe einer zweistufigen Kolbenverdichterstufe verbunden ist, so dass die die Propellerverdichterstufe als Vorladungsverdichterstufe ausgebildet ist, wobei vor dem Einlassen von Luft in die Kolbenverdichterstufe die Luft mittels der Propellerverdichterstufe auf einen Mitteldruck vorkomprimierbar ist, und die vorkomprimierte Luft in einer Hochdruckstufe der Kolbenverdichterstufe nachverdichtet werden kann. Somit wird in dieser Ausführungsform vorgeschlagen, eine Vorverdichtung der Luft in der Propellerverdichterstufe durchzuführen, in der die Luft erstmalig komprimiert werden und danach in die Kolbenverdichterstufe eintreten und dort weiter verdichtet werden kann. Um dies zu erreichen, ist in dieser Weiterbildung die Rotationsverdichterstufe vor der Kolbenverdichterstufe anzuordnen, d.h. kann zunächst die atmosphärische Luft über einen Lufteinlass in die Propellerverdichterstufe eingelassen werden, anschließend die vorkomprimierte Luft über einen Lufteinlass der Kolbenverdichterstufe in dessen Zylinder eingelassen und nachverdichtet werden, so dass in der Kolbenverdichterstufe weitaus weniger Kompressionsarbeit verrichten muss und somit vorteilhaft eine höhere Effizienz der Kolbenverdichterstufe erreicht werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Propellerverdichterstufe in einem Gehäuse der Kolbenverdichterstufe baulich integriert sein, wobei die Propellerverdichterstufe unmittelbar an einem Lufteinlass der Kolbenverdichterstufe angeordnet ist. Hierzu kann die Propellerverdichterstufe beispielsweise seitlich zur Kolbenbewegungsrichtung der Kolbenverdichterstufe vorgesehen sein, so dass die Luft seitlich über einen Lufteinlass in die Propellerverdichterstufe angesaugt werden kann. So ist vorteilhaft, dass die Propellerverdichterstufe an der Kurbelwelle der Kolbenverdichterstufe angeordnet sein kann, wobei die Kurbelwelle über eine Antriebswelle von einem Elektromotor angetrieben werden kann. Somit wird keine zusätzliche Welle für die Propellerverdichterstufe benötigt. Hierdurch ist es möglich, in kompakter konstruktiver Art und Weise die Propellerverdichterstufe in dem Gehäuse der Kolbenverdichterstufe zu integrieren, so dass ein kompakter und platzsparender Aufbau des Druckluftkompressors erreicht werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Propellerverdichterstufe in einem Gehäuse des Elektromotors integriert sein, wobei die Propellerverdichterstufe an einem Lufteinlass und / oder an einem Luftauslass des Elektromotors angeordnet ist. Hiermit kann vorteilhaft erreicht werden, die Propellerverdichterstufe als Vorladungsverdichterstufe auszubilden. Vorzugsweise kann die Propellerverdichterstufe an einem Lufteinlass des Elektromotors auf einer Antriebswelle, d.h. Motorwelle angeordnet sein, wobei die Luft parallel zur Antriebswelle geführt wird, so dass der Elektromotor gleichzeitig gekühlt werden kann.
-
Alternative kann die Propellerverdichterstufe nach dem Elektromotor zwischen Elektromotor und Kolbenverdichterzylinder auf der Antriebswelle angeordnet sein. Auch in diesem Fall kann die strömende Luft zur Kühlung des Motors eingesetzt werden.
-
Vorzugsweise kann die Luft dabei seitlich zur Zylinderbewegungsrichtung zum Kolbenverdichter über einen Lufteinlass in die Propellerverdichterstufe eingelassen werden, in der die angesaugte Luft vorkomprimiert werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine Propellerverdichterstufe auf einer separat zur Antriebswelle ausgebildeten Welle angeordnet sein, wobei die beiden Wellen bevorzugt über ein Getriebe gekoppelt sind. Als Getriebe kann ein Gummiband oder eine Gummirolle oder eine Kettenverbindung zwischen der Antriebswelle und der separaten Welle genutzt werden. Selbstverständlich kann eine Zahnradverbindung zwischen der Antriebswelle und der separat, bevorzugt parallel zur Antriebswelle ausgebildeten Welle eingesetzt werden, über welche die beiden Welle miteinander in Drehbewegung gesetzt werden können. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, dass die beiden Wellen mit verschiedenen Drehzahlen mittels der Zahnradverbindung vorgesehen sein können. Dadurch, dass Zahnräder der Zahnradverbindung verschiedene Durchmesser aufweisen, ist möglich, die sich separate zur Antriebswelle ausgebildete Welle schneller als die Antriebswelle drehen zu können. Hierdurch kann die auf der Welle aufgesetzte Propellerverdichterstufe schnell als die Antriebswelle rotieren, so dass eine hohe Verdichtungsleistung der Propellerverdichterstufe erzielt und somit ein hoher Luftdruck erzeugt werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Propellerverdichterstufe zumindest einen Propeller umfassen, der als Ausgleichsgewicht der Kolbenverdichterstufe ausgebildet ist. Ein Ausgleichsgewicht dient der Erhöhung und gleichmäßigen Verteilung der Schwungmasse um die Kurbelwelle, so dass ein runder Lauf erreicht und Lager geschont werden können. Insoweit dient das Ausgleichsgewicht zum Reduzieren und Kompensieren von freien Massenkräften, die beim Betrieb der Kolbenverdichterstufe zu unerwünschten Betriebsgeräuschs und Vibration führen können. In dieser Ausführungsform kann der Propeller der Propellerverdichterstufe mit einem Ausgleichsgewicht eines Kolbenverdichters der Kolbenverdichterstufe in einem Bauteil kombiniert werden. Somit kann erreicht werden, dass der als Ausgleichsgewicht ausgebildeten Propeller nicht nur die Luft vorkomprimiert sondern auch die freien Massenkräfte beseitigt. Weiterhin kann der Druckluftkompressor damit möglichst kompakt aufgebaut und vergleichsweise günstig ohne Erhöhung der Teilezahl hergestellt werden.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform kann die Kurbelwelle zumindest ein Ausgleichsgewicht aufweisen, das bezüglich der Antriebsachse der Antriebswelle an der Kurbelwelle längsaxial schräg gestellt ist, so dass das Ausgleichsgewicht als zumindest einflügliges Propellerblatt des Propellers der Propellerverdichterstufe ausgebildet ist. Somit wird vorgeschlagen, dass in der Propellerverdichterstufe zumindest ein einflügliger Propeller umfasst sein kann, wobei durch Schrägstellung des Ausgleichsgewichts an der Kurbelwelle der einflüglige Propeller gebildet werden kann. Daneben kann das einflüglige Propellerblatt mit der Kurbelwelle einteilig ausgebildet sein, so dass keine weiteren Befestigungsmittel zum Montieren des Propellerblatts benötigt werden können.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform kann die Propellerverdichterstufe einen Propeller mit zumindest einem Propellerblatt, insbesondere mehreren Propellerblätter umfassen, die aus dem gleichen Material bestehen und rotationsasymmetrisch ausgebildet sind. In dieser Weiterbildung kann eine Propellerform eine deutliche Asymmetrie aufweisen, wobei die Propellerblätter aus demselben Material, beispielsweise einem Metall, hergestellt sind. Ist der vorgenannte Propeller in einem Gehäuse der Kolbenverdichterstufe und an einem Lufteinlass der Kolbenverdichterstufe angeordnet, kann der Propeller die Funktion als Ausgleichsgewicht der Kolbenverdichterstufe eingesetzt werden. Vorteilhafterweise können mehrere derartige Propeller beispielsweise auf einer Kurbelwelle zum Bilden einer mehrstufigen Propellerverdichterstufe oder nach dem Prinzip eines Turbinenschaufelrades vorgesehen sein, so dass ein hoher Luftdruck vor dem Ansaugen in die Kolbenverdichterstufe erzielt werden kann und zugleich die freien Massenkräfte kompensiert werden können.
-
In einer alternativen Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsformen kann die Propellerverdichterstufe einen Propeller mit zumindest zwei, insbesondere mehreren Propellerblätter aufweisen, die aus verschiedenen Materialien, vorzugsweise aus einem Kunststoff und einem Metall, bestehen und rotationssymmetrisch oder rotationsasymmetrisch ausgebildet sind. Somit kann der Propeller mit einer symmetrischen Form aufgrund von verschiedenen Gewichten der Propellerblätter nicht nur als Verdichter sondern auch als Ausgleichsgewicht der Kolbenverdichterstufe dienen. Hierzu bestehen vorzugsweise ein Propellerblatt aus Kunststoff und die anderen Propellerblätter aus Metall. Das Ausgleichsgewicht kann alternativ auch mit einer asymmetrischen Propellerform mit verschiedenen Gewichten der Propellerblätter ausgebildet sein. Im Vergleich zu bekannten mehrstufigen Verdichtern können die freien Massenkräfte somit weiterhin vermindert werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Propellerverdichterstufe auf einer als die Welle ausgebildeten Ausgleichswelle angeordnet sein, wobei die Ausgleichswelle mit der Antriebswelle über das Getriebe gekoppelt ist. Die Ausgleichswelle dient dazu, die freien Massenkräfte der Kolbenverdichterstufe bzw. eines Kolbenverdichters der Kolbenverdichterstufe zu reduzieren und zu beseitigen. Dadurch können Betriebsgeräusche und Vibrationen minimal vermindert werden. Weiterhin kann die Ausgleichswelle parallel zu der Antriebswelle ausgebildet sein, wobei die Ausgleichswelle durch Zahnräder, Ketten oder Zahnriemen von der Antriebswelle synchron angetrieben werden. Hierzu kann die Ausgleichswelle mit einer einfacher oder doppelter Antriebswellendrehzahl laufen.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform kann eine Lanchester-Ausgleichswelle als Ausgleichswelle vorgesehen sein. Die Lanchester-Ausgleichswelle besteht aus zwei Ausgleichswellen, die gegenläufig und mit einer doppelten Antriebswellendrehzahl rotieren können. An den Ausgleichswellen kann je zumindest ein Ausgleichsgewicht angebracht sein, deren gemeinsamer Schwerpunkt sich gegenphasig zu einem Schwerpunkt eines Kolbens auf - und abbewegen kann. Die Ausgleichswellen können so angeordnet sein, dass der Schwerpunkt der Ausgleichsgewichte in einer Ebene einer Zylinderachse eines Kolbenverdichters liegen kann. Damit können die freien Massenkräfte zweiter Ordnung beseitigt werden, die sich dadurch ergeben können, dass Pleuel bei einer Bewegung eines Kurbeltriebs gegenüber der Zylinderachse des Kolbenverdichters gekippt werden. Bei den gekippten Pleueln kann ein parallel zur Zylinderachse gemessener Abstand des Kolbens von einem Hubzapfen geringer sein.
-
Daneben wird in einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung ein Druckluftsystem, insbesondere Druckluftfedersystem, eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Druckluftsystem umfasst zumindest einen Druckluftkompressor, der nach einem der vorgenannten möglichen Ausführungsformen ausgebildet ist.
-
In einem weiteren nebengeordneten Aspekt wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das ein Druckluftsystem, insbesondere ein Druckluftfedersystem nach der obigen Ausführungsform umfasst.
-
Figurenliste
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Figuren und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Der Fachmann wird diese Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
- 1a schematisch in einer Draufsicht eine Konfiguration einer ersten Ausführungsform eines Druckluftkompressors;
- 1b schematisch in einer Draufsicht eine Konfiguration einer weiteren Ausführungsform eines Druckluftkompressors;
- 1c schematisch in einer Draufsicht eine Konfiguration einer weiteren Ausführungsform eines Druckluftkompressors;
- 2a in einer perspektivischen Darstellung eine Propellerverdichterstufe eines Druckluftkompressors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 2b Draufsicht der in 2a dargestellten Propellerverdichterstufe;
- 3 Draufsicht einer Propellerverdichterstufe eines Druckluftkompressors gemäß einer weiteren Ausführungsform ;
- 4 in einer perspektivischen Darstellung eine Propellerverdichterstufe eines Druckluftkompressors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 5 Draufsicht einer Propellerverdichterstufe eines Druckluftkompressors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 6 in einer perspektivischen Darstellung Einzelheiten eines Druckluftkompressors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 7 einen Längsschnitt durch einen Druckluftkompressor gemäß einer weiteren Ausführungsform.
-
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
-
1a zeigt schematisch in einer Draufsicht eine erste Ausführungsform eines Druckluftkompressors 10, der einen Elektromotor 28, eine Rotationsverdichterstufe 14, eine zweistufige Kolbenverdichterstufe 12, und einen Trocknen umfasst. Als Rotationsverdichterstufe 14 ist eine Propellerverdichterstufe 16 in einem Gehäuse 64 des Elektromotors 28 integriert, die vor der Kolbenverdichterstufe 12 und an einem Luftauslass 20 des Elektromotors 28 angeordnet ist. Somit ist die Propellerverdichterstufe 16 als Vorladungsverdichterstufe 44 bereitgestellt, wobei ein Luftauslass 20 der Propellerverdichterstufe 16 mit einem Lufteinlass 18 einer Niederdruckstufe 40 der Kolbenverdichterstufe 12 verbunden ist. Luft kann zunächst parallel zu einer Antriebsachse A einer Antriebswelle 26 entlang der Luftstromrichtung B in die Propellerverdichterstufe 16 eingelassen und dort vorkomprimiert werden, dann kann die vorkomprimierte Luft in einer Hochdruckstufe 42 der Kolbenverdichterstufe 12 nachverdichtet werden. Die nachverdichtete Luft kann weiter in ein Druckluftsystem 36, insbesondere ein Druckluftfedersystem eingeleitet werden.
-
Im Vergleich zur 1a stellt die 1b eine weitere Ausführungsform einer Druckluftkompressors 10 dar, in dem eine Propellerverdichterstufe 16 als Rotationsverdichterstufe 14 an einem Lufteinlass 18 des Elektromotors 28 integriert ist, wobei die Propellerverdichterstufe 16 als Vorladungsverdichterstufe 44 vorgesehen ist. Luft kann durch den Lufteinlass 18 in die Propellerverdichterstufe 16 eingelassen und dort vorkomprimiert werden. So kann die vorkomprimierte Luft in einer Luftstromrichtung B parallel zu einer Antriebsachse A einer Antriebswelle 26 durch den Elektromotor 28 strömen, so dass der Elektromotor 28 mitgekühlt werden kann. Weiterhin kann die vorkomprimierte Luft in einer aus einer Niederdruckstufe 40 und einer Hochdruckstufe 42 bestehenden zweistufigen Kolbenverdichterstufe 12 weiter nachverdichtet werden, so dass ein Zieldruck der Luft erreicht werden kann. Anschließend wird die Luft mittels eines Trockners 46 getrocknet und kann in ein Druckluftsystem 36 bzw. ein Druckluftfedersystem eingeleitet werden.
-
Eine weitere Ausführungsform eines Druckluftkompressors 10 ist in der 1c gezeigt, in dem eine Propellerverdichterstufe 16 als Rotationsverdichterstufe 14 vor einer zweistufigen Kolbenverdichterstufe 12 vorgesehen ist. Hierzu ist die Propellerverdichterstufe 16 in einem Gehäuse 64 der Kolbenverdichterstufe 12 angeordnet, wobei eine Luftansaugung seitlich erfolgt und Luft entlang einer Luftstromrichtung B in die Propellerverdichterstufe 16 eingelassen werden kann. Die Kolbenverdichterstufe 12 umfasst eine Niederdruckstufe 40 und eine Hochdruckstufe 42, um die Luft auf einen Zieldruck nachzuverdichten. Die verdichtete Luft kann mit einem Trockner 46 getrocknet und in ein Druckluftsystem 36 eingeleitet werden.
-
In den 2a und 2b sind eine Ausführungsform einer Propellerverdichterstufe 16 dargestellt, in der ein Propeller 66 vorgesehen sein kann. Der Propeller 66 kann durch ein Ausgleichsgewicht 32 gebildet sein, wobei das Ausgleichsgewicht 32 an einer Kurbelwelle 30 längsaxial schräg gestellt sein kann. Damit kann das Ausgleichsgewicht 32 als einflügliges Propellerblatt 34 des Propellers 66 vorgesehen sein kann.
-
In der 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Propellerverdichterstufe 16 gezeigt, in der ein Propeller 66 mit zwei Propellerblättern 34 ausgebildet ist. Die beiden Propellerblätter 34 sind rotationsasymmetrisch angeordnet und können entweder aus einem gleichen Material, beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Metall, oder verschiedenen Materialien, bevorzugt aus einem Kunststoff und einem Metall bestehen, so dass zugleich der Propeller 66 als Ausgleichsgewicht 32 einer Kolbenverdichterstufe 12 wirken kann.
-
Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Propellerverdichterstufe 16, in der ein Propeller 66 mit drei Propellerblättern 34 vorgesehen sein kann. Die Propellerblätter 34 sind rotationssymmetrisch ausgebildet und können aus verschiedenen Materialien, vorzugsweise einem Metallpropellerblatt 60 und zwei Kunststoffpropellerblättern 62, bestehen. Dadurch kann der Propeller 66 als Ausgleichsgewicht 32 einer Kolbenverdichterstufe 12 verwendet werden.
-
Im Vergleich zur 3 kann ein Propeller 66 einer Propellerverdichterstufe 16 in der 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform zwei Metallpropellerblätter 62 aufweise, die gleichen Maßen aufweisen und rotationsasymmetrisch als Propellerblätter 34 ausgebildet sein können.
-
In der 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Druckluftkompressors 10 dargestellt, in dem eine Propellerverdichterstufe 16 und eine Kolbenverdichterstufe 12 vorgesehen sind, wobei die Kolbenverdichterstufe 12 mit einer Antriebswelle 26 verbunden und die Propellerverdichterstufe 16 an einer Ausgleichswelle 54 angeordnet ist. Die Propellerverdichterstufe 16 umfasst einen Propeller 66, der ein einzelnes Propellerblatt 34 aufweist, wobei das einflüglige Propellerblatt 32 als Ausgleichsgewicht 32 wirkt. Weiterhin ist an der Ausgleichswelle 54 ein zusätzliches Ausgleichsgewicht 32 angeordnet. Die Ausgleichswelle 54 kann parallel zur Antriebswelle 26 über ein Getriebe 52 mit der Antriebswelle 26 gekoppelt sein. Hierzu können zwei Zahnräder 58 als Getriebe 52 angeordnet sein. Das Getriebe 52 kann dieselbe oder eine höhere Drehzahl der Kurbelwelle bereitstellen.
-
In der 7 sind mögliche Anbringungsstellen 48a, 48b, 48c, 48d für eine Propellerverdichterstufe 16 in einem elektromotorisch betriebenen Druckluftkompressors 10 mit einer Kolbenverdichterstufe 12 dargestellt, wobei die an einer oder an mehreren Anbringungsstellen 48a, 48b, 48c, 48d angeordnete Propellerverdichterstufe 16 als Vorladungsverdichterstufe 44 vorgesehen ist. Ist die Propellerverdichterstufe 16 an einem Lufteinlass 18 und / oder an einem Luftauslass 20 eines Elektromotors 28 angeordnet, kann die Propellerverdichterstufe 16 in dem Gehäuse des Elektromotors 28 integriert sein und die Luft parallel zu einer Antriebswelle durch den Elektromotor 28 zu Kühlzwecken geführt werden. Ist die Propellerverdichterstufe 16 an einem Lufteinlass 18 einer Kolbenverdichterstufe 12 angeordnet, kann die Propellerverdichterstufe 16 in einem Gehäuse 64 der Kolbenverdichterstufe 12 integriert sein und die Luft seitlich zur Kolbenbewegungsrichtung in die Propellerverdichterstufe 16 angesaugt werden. Weiterhin kann die Propellerverdichterstufe 16 an der Antriebswelle 26 angeordnet sein, die von dem Elektromotor 28 antreibbar ist. In der als Vorladungsverdichterstufe 44 ausgebildeten Propellerverdichterstufe 16 kann die Luft zunächst vorkomprimiert und anschließend in die Kolbenverdichterstufe 12 eingelassen und auf einen Zieldruck nachverdichtet werden. Die verdichtete Luft wird anschließend in einem Trockner 46 entfeuchtet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Druckluftkompressor
- 12
- Kolbenverdichterstufe
- 14
- Rotationsverdichterstufe
- 16
- Propellerverdichterstufe
- 18
- Lufteinlass
- 20
- Luftauslass
- 24
- Propeller
- 26
- Antriebswelle
- 28
- Elektromotor
- 30
- Kurbelwelle
- 32
- Ausgleichsgewicht
- 34
- Propellerblatt
- 36
- Druckluftsystem
- 38
- Welle
- 40
- Niederdruckstufe
- 42
- Hochdruckstufe
- 44
- Vorladungsverdichterstufe
- 46
- Trockner
- 48a
- Anbringungsstelle
- 48b
- Anbringungsstelle
- 48c
- Anbringungsstelle
- 48d
- Anbringungsstelle
- 52
- Getriebe
- 54
- Ausgleichswelle
- 56
- Ausgleichswelle
- 58
- Zahnrad
- 60
- Metallpropellerblatt
- 62
- Kunststoffpropellerblatt
- 64
- Gehäuse
- 66
- Propeller
- A
- Antriebsachse
- B
- Luftstromrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10201121055 A1 [0003]
- WO 2008/019416 A1 [0004]
- DE 10297064 B4 [0005]
