DE10308430A1 - Zweizylinder-Axialkolbenkompressor für die Erzeugung ölfreier Druckluft - Google Patents

Abstract

Bei einem Zweizylinder-Axialkolbenkompressor mit einem Taumelscheibentriebwerk, geeignet für die Anwendung in Kraftfahrzeugen und für den stationären Betrieb, zur Erzeugung ölfreier Druckluft mit einem hohen Liefergrad (> 70%), wird durch eine besondere Gestaltung des Triebwerkes (1) mit einem Kippbügel (6 und 6a) eine einfache, montagefreundliche und kostengünstige Ausführung des Kompressors erreicht. DOLLAR A Bei dem Betrieb dieses Kompressors mit Druckölschmierung wird der Ausgleich der Fertigungstoleranzen und die Einstellung des erforderlichen Axialspiels der Triebwerksteile durch das Drucköl erreicht. DOLLAR A Bei dem Betrieb dieses Kompressors mit Tauchölschmierung wird durch einen Dehnstoffthermostaten (38) und einen Wärmetauscher im Ölsumpf (39) des Al-Gehäuses (30) die Kühlung in Abhängigkeit der Öltemperatur geregelt.

Description

• Ziel der Erfindung ist es, einen Kompressor darzustellen, der in kompakter, kostengünstiger Bauweise dafür geeignet ist, mit einem sehr guten Liefergrad (>70%) ölfreie Druckluft zu erzeugen.
• Der Kompressor soll für die Druckluftbeschaffung in Fahrzeugen und für den stationären Betrieb geeignet sein.
• Die Lösung dieser Aufgabe sieht der Erfinder in einem Zweizylinder-Axialkolbenkompressor mit einem ölgeschmierten Taumelscheibentriebwerk.
• Hierbei ist die wesentliche Neuerung und damit Merkmal des Patentanspruchs 1, dass die Rückbewegung der Kolben vom Oberen Totpunkt (OT) zum Unteren Totpunkt (UT) mittels eines Kippbügels geschieht und die hydraulische Abstützung dieses Kippbügels.
• Eine weitere wesentliche Neuerung und damit Merkmal des Patentanspruchs 2 ist die Art der Kühlung bei diesem Kompressor mit Tauchölschmierung.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme beigefügter Zeichnungen erläutert:
• 1 ist eine Längsschnittansicht des Kompressors, wie er in einem Fahrzeug mit Antrieb durch einen Verbrennungsmotor eingebaut ist. Hierbei ist der Kompressor vom Verbrennungsmotor angetrieben und an den Druckölkreislauf und Kühlwasserkreislauf des Motors angeschlossen (Linie II-II in 2).
• 2 ist eine Draufsicht von Linie I-I in 1.
• 3 ist ein im vergrößerten Maßstab gezeichneter Ausschnitt III der Kippbügellagerung aus 1.
• 4 ist die Darstellung eines solchen Kompressors mit elektrischem Antrieb und Tauchölschmierung in einer Längsschnittansicht II-II und einer Draufsicht der Ebene I-I.
• 5 ist die Darstellung des Kompressors wie in 4, jedoch mit einem Dehnstoff-Thermostaten und einer Rohrwendel im Ölsumpf des Al-Gehäuses 30.
• Der in 1, 2 und 3 dargestellte Axialkolbenkompressor weist ein druckölgeschmiertes Triebwerk 1 auf, welches im Wesentlichen aus einer an der Antriebswelle 2 befestigten Taumelscheibe 3, zwei Halbkugeln 4, Lagerpfannen 5, einen Kippbügel 6 und dem Drucklager 7 besteht.
• Das Triebwerk 1 mit einer an sich bekannten Taumetscheibe 3 wird verwendet, um bei Drehung der Antriebswelle 2 eine gradlinige Hin- und Herbewegung der Kolbenstangen 8 und der daran befestigten Kolben 9 zu erreichen. Die Führung der Kolbenstangen 8 und der Kolben 9 geschieht in der Lagerbohrung 10 auf der ölgeschmierten Triebwerksseite und durch den trocken laufenden Führungsring 11 auf dem Kolben 9. Ölabstreifende Abdichtringe 12 im mittleren Abschnitt des Kunststoffgehäuses 13 streifen das Öl von den Kolbenstangen 8 ab und verhindern damit den Ölübertritt zu den trocken laufenden Kolben 9. Bei der Bewegung der Kolben 9 in Richtung OT wird Luft über den Ansaugstutzen 14 aus dem Ansaugsystem des Fahrzeugmotors angesaugt. Über die Ansaugventile 15 gelangt diese Luft auf die Rückseite der Kolben 9. Bei Bewegung der Kolben 9 in Richtung UT strömt die Luft durch die auf den Kolben 9 angebrachten Saugventile 16 in die eigentlichen Verdichtungsräume 17, von wo sie über die Druckventile 18 in den gemeinsamen Druckraum 19 und von dort über den Druckanschluss 20 zu den Verbrauchern gelangt. Durch die Vorverdichtung auf den Kolbenrückseiten wird erfahrungsgemäß ein sehr guter Liefergrad des Kompressors erreicht. Der Raum 21 um die Zylinderbüchsen 22 wird von Kühlwasser aus dem Kühlwasserkreislauf des Fahrzeugmotors umströmt. Der Kippbügel 6 stützt sich außen auf den Nocken 23 an den Lagerpfannen 5 ab und im Zentrum kippbar auf dem Drucklager 7. Das Drucklager 7 ist im Kunststoffgehäuse 13 axial beweglich gelagert. Das über den Druckölanschluss 24 eingeleitete Drucköl strömt durch die Ölbohrung 25 und über das Kugelrüdkschlagventil 26 auf die Rückseite des Drucklagers 7. Durch den Öldruck wird das Drucklager 7 axial in Richtung Taumelscheibe 3 gedrückt. Die Druckkraft pflanzt sich fort über den Kippbügel 6 auf die Lagerpfannen 5 und damit auf die Halbkugeln 4, die dadurch auf der Gleitfläche der Taumetscheibe 3 ständig anliegen. Weil das Drucköl auf der Rückseite des Drucklagers 7 durch das Kugelrückschlagventil 26 am Zurückströmen gehindert wird und Öl nicht kompressibel ist, können kurzfristig auftretende höhere Belastungen durch den Gasdruck oder die Massenkräfte nicht dazu führen, dass die Gleitflächen an der Taumelscheibe 3, den Halbkugeln 4, den Lagerpfannen 5 und dem Kippbügel 6 voneinander abheben.
• Das über Anschluss 24 in den Kompressor eingeleitete Drucköl soll auch zur Schmierung und zur Wärmeabfuhr an den Gleitflächen des Triebwerkes 1 dienen. Zu diesem Zweck sind im Zentrum des Drucklagers 7 und des Kippbügels 6 Öldurchtrittsbohrungen 37 angebracht. Diese kommen jeweils 90° nach OT und UT zur Überdeckung. In dem Augenblick der Überdeckung wird Drucköl auf das Zentrum der Taumelscheibe 3 gespritzt. Durch die Fliehkraft fließt das Öl zu den Gleitflächen zwischen der Taumelscheibe 3 und den Halbkugeln 4. Öl gelangt auch über den Lagerspalt zwischen Kippbügel 6 und Drucklager 7 und entlang des Kippbügels 6 zu den Lagerpfannen 5 und den Kolbenstangen 8. Mit dem Durchmesser der Öldurchtrittsbohrungen 37 im Drucklager 7 und Kippbügel 6 kann der Öldurchfluss durch den Kompressor dosiert werden. Aus dem Triebwerk 1 fließt das Ol danach über die Ölaustrittsöffnung 27 im Lagerflansch 28 in den Fahrzeugmotor zurück.
• Der in 4 und 5 dargestellte Kompressor ist mit einer eigenen dauerhaften Ölfüllung 31 versehen. Bei diesem Kompressor geschieht die zentrale Lagerung des Kippbügels 6a auf einem Lagerbolzen 3fi. Dieser Lagerbolzen 36 hat auf der einen Seite eine halbkugelförmige Ausbildung zur Lagerung des Kippbügels 6a und auf der anderen Seite einen Gewindezapfen 32 mit Kontermutter, womit zum Ausgleich der Fertigungstoleranzen das axiale Lagerspiel der Triebwerksteile eingestellt werden kann.
• Die Bauweise des Axialkolbenkompressors macht es möglich, dass mit dem zur Schmierung eingefüllten Öl 31 auch die Kühlung zu bewerkstelligen ist. Bei geringem Verdichtungsvefiältnis des Kompressors und entsprechend geringer thermischer Belastung reicht es aus, dass mit dem im Kompressor befindliche Öl 31 durch das Eintauchen und Panschen der Taumelscheibe 3a alle Bauteile benetzt werden. Damit wird die örtlich auftretende Reibungs- und Verdichtungswärme auch auf die gesamte Gehäuseinnenwand 33 gebracht und besonders auch durch die Montageöffnung 29 im Boden des Al-Gehäuses 30 auf die großflächige Befestigungsplatte 34 und wertere Bauteile (z.B. Konsole, Luftbehälter, Fahrzeugrahmen). Über diese und die Kühlrippen 35 am Al-Gehäuse 30 wird die Wärme durch Konvektion an die Umgebungsluft übertragen. Der in 5 in den Schnittebenen I-I und II-II dargestellte Kompressor ist für eine höhere thermische Belastung geeignet Bei diesem wird das Öl 31 auf folgende Weise zusätzlich gekühlt: Ein Teil der vom Kompressor geförderten Druckluft wird aus dem Luftbehälter zum Kompressor zurückgeführt. Diese bereits vorgekühlte Druckluft gelangt über einen Anschluss 41 in einen Dehnstoffthermostaten 38 im Ölsumpf 39 aus der Befestigungsplatte 34a. Der Dehnstoffthermostat 38 ist einstellbar, d.h. bei einer bestimmten Öltemperatur öffnet das Kegelventil 42 im Dehnstoffthermostat 38 allmählich den Luftdurchtritt zu einer Rohrwendel 40 im Ölsumpf 39. Indem diese vorgekühlte Druckluft in Dehnstoff-Thermostat 38 auf atmosphärischen Druck entspannt wird, kühlt sie sehr stark ab und ist dadurch in der Lage, beim Durchströmen der Rohrwendel 40 Wärme aus dem Öl 31 abzuführen. Damit ist bei einem Kühlluftanteil von max. 20% der geförderten Druckluft auch bei hoher thermischer Beanspruchung des Kompressors eine Öltemperatur von max. 80° bis 90° C zu regeln. Der Erfinder ist der Meinung, dass diese Art der Kühlung effizienter und auch sonst vorteilhafter ist, als die bei Kompressoren übliche Gebläsekühlung.

Claims (2)

1. Zweizylinder-Axialkolbenkompressor für die Erzeugung ölfreier Druckluft mit einem druckölgeschmierten Taumelscheibentriebwerk, das eine gradlinige Bewegung der Kolbenstangen (8) bewirkt, so dass durch Abstreifringe (12) an den Kolbenstangen (8) ein Ölübertritt zu den öffrei gleitenden Kolben (9) verhindert wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 1.1 Dass die Rückbewegung der Kolben (9) und Kolbenstangen (8) von OT nach UT über einen Kippbügel (6) bewirkt wird, der von den jeweils gegenüber befindlichen, sich von UT nach OT bewegenden Triebswerksteilen angetrieben wird. 1.2 Dass dieser Kippbügel (6) sich außen auf Nocken (23) an den Kugelpfannen (5) und im Zentrum auf einem Drucklager (7) abstützt. 1.3 Dass das Drucklager (7) auf seiner Rückseite mit Drucköl beaufschlagt wird, welches über ein Kugelrückschlagsventil (26) in den Raum hinter dem Drucklager (7) einströmt und damit eine Rückströmung des Drucköls verhindert wird. 1.4 Dass im Kippbügel (6) und Drucklager (7) Öldurchtrittsbohrungen (37) angebracht sind, die sich bei einer bestimmten Kippbügelstellung überdecken, wodurch das Drucköl kurzzeitig innerhalb jeder Umdrehung der Taumetscheibe (3) zur Schmierung in das Triebwerk (1) eingespritzt wird. 1.5 Dass bei einem solchen Kompressor, jedoch mit Tauchölschmierung, die Lagerung des Kippbügels (6a) im Zentrum auf einem Lagerbolzen (36) geschieht, der auf der Lagerseite halbkugelförmig ausgebildet ist und gehäuseseitig mit einem Gewindezapfen (32) und Kontermutter zur Einstellung des Lagerspiels der Triebwerksteile axial verstellbar ist.
2. Zweizylinder-Axialkolbenkompressor zur Erzeugung ölfreier Druckluft und mit einem tauchölgeschmierten Triebwerk (1a) gleicher Bauweise wie Patentanspruch 1.5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 2.1 Dass zur Kühlung der Ölfüllung (31) und damit zur Kühlung des Kompressors ein Teil der vom Kompressor geförderten Druckluft aus dem Luftbehälter zum Kompressor zurückgeleitet wird. 2.2 Dass die Menge der für die Kühlung abgezweigten Druckluft von einem einstellbaren Dehnstoffthermostat (38) geregelt wird. 2.3 Dass der Dehnstoffthermostat (38) sich im Inneren des Al-Gehäuses (30) im Ölsumpf (39) befindet. 2.4 Dass der Dehnstoffthermostat (38) in Abhängigkeit der Öltemperatur im Ölsumpf (39) ein Ventil, z.B. Kegelventil (42) öffnet und schließt, womit die Kühlluftmenge geregelt wird. 2.5 Dass die vom Dehnstoffthermostaten (38) geregelte Luftmenge auf atmosphärischen Druck entspannt wird, wodurch sie abkühlt. 2.6 Dass die Luft nach dem Dehnstoffthermostat (38) durch einen Wärmetauscher, z. B. Rohrwendel (40) im Ölsumpf (39) geleitet wird.