DE3814368C1 - System for supplying oil to a rotary piston compressor cooled by oil injection - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ölversorgung eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen, öleinspritzgekühlten Rotationskolbenverdichters gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Die durch Rotationskolbenverdichter erzeugte Druckluft kann für die verschiedensten Gebiete verwendet werden. Ein Anwendungsfall ist zum Beispiel das Betreiben pneumatischer Hilfsantriebe in Fahrzeugen, bei dem ein an dem Fahrzeug angeordneter Druckbehälter bis zu einem vorgegebenen Höchstdruck aufgeladen wird, der im Bedarfsfall dann die vorgespannte Luft an die verschiedenen Hilfsantriebe abgibt. Die für das Aufladen bisher verwendeten Hubkolbenverdichter bereiten den Einbauern und Benutzern Probleme aufgrund ihres zeitlichen Drehmomentverlaufes. Bei einem Ein-Zylinderkompressor z. B. hat der Drehmomentverlauf nicht nur weit auseinanderliegende Maxima und Minima, sondern auch Nulldurchgänge. Diesem Umstand versucht man dadurch Rechnung zu tragen, daß man die Antriebsmaschinen von dem Verdichteraggregat drehelastisch abkoppelt, zum Beispiel durch einen Keilriemenantrieb. Diese kraftschlüssige Verbindung ist aber nicht ausreichend zuverlässig, da der Keilriementrieb durch die stark schwankenden Kräfte über Gebühr beansprucht wird. Bei einer starren Verbindung, zum Beispiel über ein Zahnradpaar, drohen Verzahnungsschäden und im Falle von Kolbenfressern am Hubkolbenverdichter sind Sekundärschäden an der Antriebsmaschine nicht selten. Außerdem ist der Hubkolbenverdichter im Vergleich zu anderen Verdichtertypen stark verschleißanfällig, so daß die in einem Wartungsintervall liegende erreichbare Betriebsstundenzahl entsprechend niedrig ist.

Öleinspritzgekühlte Rotationskolbenverdichter weisen die zuvor genannten Nachteile nicht auf; sie zeichnen sich durch einen gleichförmigen Drehmomentverlauf aus und arbeiten voll-hydrodynamisch und somit fast verschleißfrei.

Aus der DE-AS 10 75 268 ist eine gattungsmäßige Einrichtung bekannt, bei der ein öleinspritzgekühlter Rotationskolbenverdichter durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird und der Saugstutzen des Rotationskolbenverdichters mit dem Ansaugsystem des Verbrennungsmotors über eine Leitung verbunden ist. Bei dieser bekannten Einrichtung weist der Rotationskolbenverdichter neben dem Schmierölsystem des Verbrennungsmotors einen eigenen Ölkreislauf mit Grob- und Feinabscheider, mit einem am Grobabscheider angeordneten Vorratsbehälter sowie mit einem Ölkühler und einem Ölfilter auf. Verdichteranlagen dieser Art sind für den Einsatz in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotorenantrieb nicht geeignet, da die für das Ölkreislaufsystem des Rotationskolbenverdichters erforderlichen Anlagen, wie Ölvorratsbehälter, Ölkühler und Ölfilter die Anlage verteuern und zuviel Bauraum in Anspruch nehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, mit der unter Vermeidung der geschilderten Nachteile in einfacher, platzsparender und kostengünstiger Weise Druckluft für die pneumatischen Hilfsantriebe in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotorenantrieb erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen festgelegt.

Der einfache Lösungsvorschlag zeichnet sich dadurch aus, daß die für das Betreiben des öleinspritzgekühlten Rotationskolbenverdichters erforderliche Ölmenge dem unabhängig von dem Rotationskolbenverdichter bestehenden Schmierölsystem des Verbrennungsmotors entnommen und in den Verdichter eingespritzt und nach Abscheiden aus der erzeugten Druckluft dem Schmierölsystem des Verbrennungsmotors wieder zugeführt und durch dieses gekühlt und gereinigt wird.

Der Vorteil dieser Verfahrensweise liegt darin, daß die im Schmierölsystem des Verbrennungsmotors schon vorhandene Ölmenge auch für den Betrieb des öleinspritzgekühlten Rotationskolbenverdichters genutzt wird, so daß der Vorratsbehälter für das Öl bei dem Rotationskolbenverdichter entfallen kann. Ebenso sind der Ölfilter und der Ölkühler nicht erforderlich, da sowohl die Reinigung als auch die Kühlung des zurückgeführten Öles durch das Schmierölsystem des Verbrennungsmotors übernommen wird. Gleiches gilt auch für die zum Verdichten benötigte gereinigte Luft, die ebenfalls dem Ansaugsystem des Verbrennungsmotors entnommen werden kann, so daß der viel Platz einnehmende Luftfilter am Ansaugstutzen des Verdrängerverdichters damit überflüssig ist. Erforderlich ist nur, daß die schon vorhandene Einspritzleitung sich bis zum Schmierölsystem des Verbrennungsmotors erstreckt und die abführende Leitung des in dem Rotationskolbenverdichters integrierten Ölabscheiders zur Ölwanne des Verbrennungsmotors zurückgeführt wird. Durch den Wegfall der schon genannten Teile kann die Verdichteranlage sehr kompakt ausgeführt und damit kostengünstig hergestellt werden und beansprucht weniger Bauraum im Vergleich zu den bisher bekannten Anlagen.

Um das im Ölabscheider unter Überdruck stehende grob abgeschiedene Öl der etwa mit Atmosphärendruck beaufschlagten Ölwanne des Verbrennungsmotors zuführen zu können, ist in der abführenden Leitung ein ölstandsgesteuertes Ölaustrageventil angeordnet.

Es ist bekannt, daß in der Regel die Verdichteranlage für die pneumatischen Hilfsantriebe so ausgelegt ist, daß nach Erreichen des Maximaldruckes im Druckbehälter die weiterhin anfallende überschüssige Druckluft abgeblasen wird, was störende Geräusche verursacht. Um dies zu vermeiden, wird weiterhin vorgeschlagen, von der Druckleitung hinter dem Rückschlagventil eine Leitung abzuzweigen, die sich bis zum Saugstutzen des Rotationskolbenverdichters erstreckt und in der im Bereich des Saugstutzens ein das Leerlaufregelventil steuerndes Ventil angeordnet ist, das mit dem in der abführenden Leitung des Ölabscheiders angeordneten Ventil verbunden ist. Damit kann der Rotationskolbenverdichter im energiesparenden Last-Leerlaufbetrieb gefahren werden. Alternativ kann die Anlage auch im sogenannten "Aussetzbetrieb" gefahren werden. Dazu wird in der Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Rotationskolbenverdichter eine Schaltkupplung und in der vom Verbrennungsmotor sich bis zum Rotationskolbenverdichter erstreckenden Einspritzleitung ein Magnetventil angeordnet, wobei sowohl die Schaltkupplung als auch das Magnetventil durch einen an dem Druckbehälter angeordneten Kontaktgeber gesteuert werden.

Der Rotationskolbenverdichter wird im Hinblick auf eine kompakte Bauweise einstufig ausgelegt und kann als Flügelzellen- oder als Schraubenverdichter ausgebildet sein. Die damit erreichbaren Drücke liegen im Bereich zwischen 3 bis 13 bar. Die erforderliche einzuspritzende Ölmenge kann z. B. 2 bis 5% der Ölumlaufmenge des Verbrennungsmotors betragen. Bei der Bemessung des Schmierölkreislaufsystems für den Verbrennungsmotor ist diese zusätzliche Menge zu berücksichtigen. Die anfallende zusätzliche Wärmemenge des vom Verdichter zum Verbrennungsmotor zurückgeführten Öles kann z. B. 1 bis 4% der aus dem Öl abzuführenden Wärmemenge eines Verbrennungsmotors betragen. Auch dieses muß konstruktiv berücksichtigt werden. Dieser zusätzliche Aufwand ist aber vernachlässigbar klein im Vergleich zu den Einsparungen auf der Seite der Verdichteranlage.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Verdichteranlage im Verbund mit einem Verbrennungsmotor im Last-Leerlaufbetrieb,

Fig. 2 wie Fig. 1, jedoch im Aussetzbetrieb.

Fig. 1 zeigt als Prinzipskizze die erfindungsgemäße Drucklufterzeugungsanlage im Verbund mit einem den öleinspritzgekühl­ ten Rotationskolbenverdichter 1 antreibenden, hier nur schematisch dargestellten Verbrennungsmotor 2 im Last-Leerlaufbetrieb. Die Darstellung der Antriebsverbindung zwischen dem öleinspritzgekühlten Rotationskolbenverdichter 1 und dem Verbrennungsmotor 2 wurde hier weggelassen. Das nicht weiter dargestellte Schmierölkreislaufsystem des Verbrennungsmotors 2 wird an einer bestimmten Stelle 3 angezapft und die entnommene Teilmenge des Schmieröles über eine Leitung 4 dem Rotationskolbenverdichter 1 zugeführt und in den hier nicht dargestellten Arbeitsraum des Rotationskolbenverdichters 1 eingespritzt. Gleichzeitig wird gereinigte Luft dem hier nicht weiter dargestellten Luftsystem des Verbrennungsmotors 2 an einer bestimmten Stelle 5 entnommen und über eine Leitung 6 dem Rotationskolbenverdichter 1 zugeführt. In dieser Leitung 6 ist ein Rückschlagventil 7 und ein Leerlaufventil 8 mit einer parallel dazu geschalteten Luftbypassdüse 9 angeordnet. Die angesaugte Luft wird in dem öleinspritzgekühlten Rotationskolbenverdichter 1 verdichtet und über eine Druckleitung 10 einem Druckbehälter 11 zugeführt. Dieser Druckbehälter 11 wirkt als Puffer, von dem aus die verschiedenen, hier nicht dargestellten Verbraucherstellen mit der verdichteten Luft versorgt werden. Zwischen dem Rotationskolbenverdichter 1 und dem Druckbehälter 11 sind in der Druckleitung 10 der Ölgrob- 12 und der Ölfeinabscheider 13 angeordnet. Der Ölgrobabscheider 12 ist hier in Form eines Zyklonabscheiders ausgebildet, mit dem bis zu 99% des in der erzeugten Druckluft vorhandenen Öles abgeschieden werden können. Das sich im Boden des Ölgrobabscheiders 12 sammelnde Öl 14 wird über eine Leitung 15 der Ölwanne 16 des Verbrennungsmotors 2 zugeführt, von wo aus es durch das Schmierölkreislaufsystem des Verbrennungsmotors 2 gekühlt und gereinigt wird. Das im Ölfeinabscheider 13 sich sammelnde Öl kann über die Rückführdüse 24 zur Saugseite des Rotationskolbenverdichters 1 oder alternativ zum Ölsumpf 17 des Verbrennungsmotors 2 zurückgeführt werden. Zwischen Ölgrobabscheider 12 und Ölfeinabscheider 13 ist ein Sicherheitsventil 25 in der Druckleitung 10 angeordnet. In der abführenden Leitung 15 des Ölgrobabscheiders 12 ist zur Regulierung des unter Überdruck stehenden Öles 14 im Ölgrobabscheider 12 und dem etwa unter Atmosphärendruck stehenden Öl 17 in der Ölwanne 16 des Verbrennungsmotors 12 ein ölstandsgesteuertes Ölaustrageventil 18, das gleichzeitig als Leerlauf-Entlastungsventil fungiert, angeordnet. Erreicht der Ölstand im Ölgrobabscheider 12 sein Maximum, so wird über den Kontaktgeber 20 das Ölaustrageventil 18 geöffnet, so daß das Öl 14 über die Leitung 15 zur Ölwanne 16 ausgeblasen wird. Bei Erreichen des Minimums wird das Ölaustrageventil 18 über den Kontaktgeber 20 wieder geschlossen.

Nachfolgend wird die Funktion des hier dargestellten Last-Leerlaufbetriebes näher erläutert.

Erreicht der Betriebsdruck im Druckbehälter 11 sein Maximum, so wird über einen am Druckbehälter 11 angeordneten Kontaktgeber 19 das Magnetventil 20, das den Ölstand im Ölgrobabscheider 12 reguliert, geöffnet. Dadurch wird die unter Überdruck stehende Verdichteranlage zwischen dem Rückschlagventil 7 in der Saugleitung 6 und dem nach dem Ölfeinabscheider 13 in der Druckleitung 10 angeordneten Rückschlagventil 21 auf das Niveau des Druckes in der Ölwanne 16 des Verbrennungsmotors 2 entlastet. Bei Bedarf, um z. B. eine gleichmäßigere Ölabscheidung im Feinabscheider 13 zu erreichen, kann auch bis zu einem vorwählbaren Mindestdruck entlastet werden.

Durch den Kontaktgeber 19 wird über die elektrische Leitung 27 auch das Magnetventil 22 geöffnet, wodurch das Leerlaufventil 8 über den pneumatischen Zylinder 28 geschlossen wird. Über eine Bypass-Leitung 23 und eine Bypass-Düse 9 bzw. eine Bypassbohrung in dem Leerlaufventil 8 kann weiterhin die zur Sicherstellung des Ölkreislaufes erforderliche Luftmenge angesaugt und das abgeschiedene Öl in die Ölwanne 16 des Verbrennungsmotors 2 zurückgeführt werden.

Erreicht der Betriebsdruck im Behälter 11 sein Minimum, so werden über den Kontaktgeber 19 das Ventil 18 geschlossen und das Leerlaufventil 8 geöffnet. Der öleinspritzgekühlte Rotationskolbenverdichter 1 fördert dann wieder in den Druckbehälter 11 und das Ventil 18 fungiert als Ölstandsregelventil für den Ölgrobabscheider 12.

Fig. 2 zeigt wie Fig. 1 als Prinzipskizze die erfindungsgemäße Drucklufterzeugungsanlage, hier alternativ im Aussetzbetrieb, wobei für gleiche Teile gleiche Kennzeichen verwendet worden sind.

Der öleinspritzgekühlte Rotationskolbenverdichter 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel über eine hier schematisch dargestellte Schaltkupplung 30 mit einer der hier nicht dargestellten Nebenabtriebswellen des Verbrennungsmotors 2 verbunden.

Erreicht der Betriebsdruck im Druckbehälter 11 sein Maximum, so werden über den Kontaktgeber 19 das ölstandsgesteuerte Ölaustrageventil 18, das hier gleichzeitig als Stillstands-Entlastungsventil fungiert, geöffnet, um die Verdichteranlage zwischen dem Rückschlagventil 7 in der Saugleitung 6 und dem in der Druckleitung 10 angeordnete Rückschlagventil 21 zu entlasten. Weiterhin wird das in der Ölzufuhrleitung 4 angeordnete Magnetventil 31 geschlossen, sowie die Schaltkupplung 30 geöffnet. Der Rotationskolbenverdichter 1 bleibt dann im entlasteten Zustand stehen.

Erreicht der Betriebsdruck im Druckbehälter 11 sein Minimum, so werden das Ventil 18 geschlossen, das Magnetventil 31 geöffnet und die Schaltkupplung 31 geschlossen. Der Rotationskolbenverdichter 1 fördert dann wieder in den Druckbehälter 11.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Ölversorgung eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen, öleinspritzgekühlten Rotationskolbenverdichters mit einem Ölgrob- und Feinabscheider und einer den Saugstutzen des Rotationskolbenverdichters mit dem Ansaugsystem des Verbrennungsmotors verbindenden Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Arbeitsraum des Rotationskolbenverdichters (1) mündende Einspritzleitung (4) für das Kühl- und Schmieröl sowie die das im Grobabscheider (12) abgeschiedene Öl abführende Leitung (15) mit dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Saugstutzen des Rotationskolbenverdichters (1) bis zum Ansaugsystem des Verbrennungsmotors (2) sich erstreckenden Leitung (6) ein Rückschlagventil (7) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Ölgrobabscheider (12) abführenden Leitung (15) ein ölstandsgesteuertes Ventil (18) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Last- und Leerlaufbetrieb von der Druckleitung (10) im Bereich eines Rückschlagventils (21), das nach dem Ölfeinabscheider (13) angeordnet ist, eine Leitung (26) abzweigt, die sich bis zum Saugstutzen des Rotationskolbenverdichters (1) erstreckt und in der im Bereich des Saugstutzens ein ein Leerlaufregelventil (8) steuerndes Ventil (22) angeordnet ist, das elektrisch über eine Leitung (27) mit dem in der abführenden Leitung (15) des Ölgrobabscheiders (12) angeordneten Ventil (18) verbunden ist, wobei das Leerlaufregelventil (8) in der Saugleitung (6) zwischen dem Rückschlagventil (7) und dem Saugstutzen angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsverbindung zwischen dem Rotationskolbenverdichter (1) und dem Verbrennungsmotor (2) eine Schaltkupplung (30) aufweist, daß in der vom Verbrennungsmotor (2) bis zum Rotationskolbenverdichter (1) sich erstreckenden Einspritzleitung (4) ein Magnetventil (31) angeordnet ist und daß im Aussetzbetrieb die Schaltkupplung (30) geöffnet und das Magnetventil (31) geschlossen ist.