EP0804684A1 - Verdichter - Google Patents

Verdichter

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EP0804684A1
EP0804684A1 EP95939216A EP95939216A EP0804684A1 EP 0804684 A1 EP0804684 A1 EP 0804684A1 EP 95939216 A EP95939216 A EP 95939216A EP 95939216 A EP95939216 A EP 95939216A EP 0804684 A1 EP0804684 A1 EP 0804684A1
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piston
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compressor
working medium
space
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EP95939216A
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Hans Baumgartner
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Publication of EP0804684B1 publication Critical patent/EP0804684B1/de
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/24—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • F02B75/246—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type with only one crankshaft of the "pancake" type, e.g. pairs of connecting rods attached to common crankshaft bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
    • F01B9/026—Rigid connections between piston and rod; Oscillating pistons
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    • F04B27/02—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders arranged oppositely relative to main shaft
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    • Y10T74/18—Mechanical movements
    • Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating
    • Y10T74/18248—Crank and slide
    • Y10T74/18256—Slidable connections [e.g., scotch yoke]

Definitions

  • the invention relates to a compressor or compressor for compressing a working medium, in particular for generating compressed air, with at least one piston which can be moved back and forth in a working space for compressing the working medium, and a drive device for reciprocating the piston as well as with a feed device and a discharge device for feeding or removing the working medium.
  • Compressible substances such as gases or vapors are used as working media, air being usually compressed in the conventional compressors. This compressed air is e.g. used in trucks as a transmission medium in brake devices.
  • the object of the invention is to provide a compressor in which it is possible to seal the working chamber and the crank chamber from one another in a simple manner.
  • crank loop drive is used as the drive device.
  • crank loop drives for internal combustion engines.
  • DE 32 18 311 C2 shows a crank loop drive which is particularly suitable for a two-stroke internal combustion engine. ne is provided, which is also operable without oil lubrication.
  • DE 34 47 663 AI a multi-cylinder internal combustion engine is known, in which the conversion into a rotary movement takes place by means of a crank loop drive.
  • Another embodiment of such a crank loop drive is described in DE 43 07 205 AI. With regard to the precise principle of operation and the mode of operation of the crank loop drive, reference can therefore be made in full to the publications mentioned.
  • crank loop drive therefore offers the advantage that the rotary movement of a crankshaft is converted into a pure longitudinal movement of the pistons. This enables the sliding surface between the piston shaft and the bearing point in the compressor block to be securely sealed. If, according to the teaching of the invention, a crank loop drive is provided as the drive device of the compressor, it can thus be ensured that the working space is always sufficiently sealed from the crank space, which has the decisive advantage that the working space on both sides of the piston for the compression process can be used and that no oil particles can get into the work area.
  • the workspace can be specified in claim 2
  • both sides of the piston serve on the one hand as a pre-compression space and on the other hand as a main compression space, ie the piston movement can serve, for example, as an ejection movement and at the same time for suction. of still uncompressed working oil on the piston rear.
  • the result is a two-stage compressor that first pre-compresses the working medium and then ejects it in a main compression stroke. While in the conventional single-stage compressor the dead volume that occurs due to component tolerances and the thermal expansion significantly deteriorates the delivery rate, the work of the dead volume is almost insignificant for the two-stage compressor, since the back expansion of the working medium there directly for pre-compression is being used.
  • the compression energy introduced into the dead volume is therefore not lost and therefore enables a considerably higher degree of efficiency or delivery rate.
  • increase the delivery rate compared to 55% for a conventional series compressor to 80% for a crank-loop compressor with pre-compression.
  • the degree of delivery is determined in the arrangement according to the invention by the volume of the precompression space.
  • the dead volume that occurs here is, however, of less importance due to the lower pressure, since the re-expanding damage volume is not so extensive.
  • the working medium in the pre-compression chamber is almost completely transferred to the main compression chamber and the dead volume that occurs there uses the energy introduced therein to support the return movement of the piston and thus for the pre-compression.
  • valve devices can also be designed to be very simple and reliable. The design effort is thus significantly reduced and the structural design is considerably simplified.
  • the fact that the space on both sides of the piston is used as a work space results in the advantage that the feed device is spatially separated from the discharge device, e.g. an arrangement on axially opposite sides of the piston according to the development of the invention specified in claim 4 is made possible.
  • the feed device can thus e.g. be arranged in the compressor block, while the discharge device is provided in the cylinder head and the further line routing can be chosen as desired.
  • the heating of the supplied working medium can thus be avoided by the removed working medium heated due to the printing process.
  • a main design problem of conventional compressors is thus eliminated and the construction of the compressor is considerably simplified.
  • An annular feed groove directed towards the working space in accordance with the development of the invention specified in claim 5 enables the sucked-in working medium to flow evenly into the pre-compression space.
  • the piston is designed as a circular disk according to the further development of the invention specified in claim 6, this allows the same to be produced simply and inexpensively. Furthermore, the moving masses and the size of the friction surfaces can be kept small.
  • the disk-shaped piston is preferably designed with a multiplicity of openings or passage holes, it is possible to dispense with overflow channels in the cylinder head.
  • the working medium can flow in directly from the pre-compression chamber through the openings in the piston be transferred to the main compression room.
  • the constructive outlay for the cylinder head is significantly reduced. Further, aconss ⁇ of the piston is achieved by the reduction in openings with which the size of the b edorfden mass is smaller.
  • a uniform distribution of the openings on the piston according to the development of the invention specified in claim 8 enables a balanced pressure distribution on the piston.
  • the load on the bearing is thus not one-sided and the wear on the running surfaces remains low.
  • the piston preferably has a valve device at its openings, overflow of the working medium can be made possible, and at the same time the pre-compression chamber can be separated from the main compression chamber.
  • the working medium can only flow into the main compression chamber while the opposite direction is blocked. A separation of the compression spaces is thus achieved in a simple manner and at the same time the possibility of direct transfer of the working medium is used without a detour via channels in the cylinder head. This further simplifies the design of the compressor.
  • Pistons can be driven. It is therefore possible to create a double compression cylinder with a simple design and to increase the output significantly.
  • This design also has the advantage that with only a few additional parts, e.g. a 2-, 4- or 8-cylinder version of the compressor is made possible.
  • the compressor can thus be adapted to corresponding performance requirements with little effort.
  • the design as a multi-cylinder arrangement also leads to a more uniform course of the drive torque in relation to the conventional compressors, which are usually only single-cylinder due to the size and the design effort.
  • crank loop drive allows a low piston speed, which enables dry running. Furthermore, only small masses are moved and there are only slight fluctuations in tangential force, which is why the strength requirements for the structure are significantly reduced.
  • the simple construction of the compressor according to the invention which has only a few components, permits inexpensive and simple manufacture and assembly. As the construction space comparison with conventional compressors shows, a compact design with small dimensions can also be achieved. Furthermore, a flexible redesign, e.g. the inlet device, depending on the conditions of the place of use without great design effort.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of a compressor with a simplified drive device
  • FIG. 3 shows a comparison of the installation space with a conventional compressor.
  • a compressor 1 has a compressor block 2, a crank loop drive 3 and two cylinder heads 4.
  • the compressor block 2 has an inlet pipe sleeve 5 and an inlet line system 6 as a supply device for the working medium (namely air), and an outlet pipe sleeve 7 and an outlet line system 8 as a discharge device for the compressed or compressed working medium; an inner cavity 9 is also provided.
  • crank loop drive 3 In the inner cavity 9 of the compressor block 2, the crank loop drive 3 is accommodated. This has a crank loop frame 10 on which a link 11 is formed. A sliding block 12 is guided in the backdrop 11. The sliding block 12 is guided by a crank pin 13 mounted off-center on a crankshaft and thus converts the e.g. rotary motion applied by the crankshaft of an internal combustion engine of a truck into a longitudinal movement of the crank loop frame 10 .mu.m.
  • crank loop frame 10 two disk-shaped pistons 14 are attached to the crank loop frame 10. These lie on one axis and face each other. Since a crank loop is used as the drive, the two pistons 14 perform a linear back and forth movement.
  • a respective working space 15 an d an outlet channel 16 is formed in the cylinder heads 4.
  • a liner 17 is fastened in the working space 15.
  • air is drawn into the working space 15 by the piston movement.
  • the air flows via the inlet pipe sleeve 5 and the inlet line system 6 via an annular feed groove 6a through a valve plate 18 arranged on the compressor block 2 into the working space 15.
  • Valve fins are arranged on the valve plate 18 in such a way that they only flow in one direction Allow work space 15 inside.
  • the piston 14 then reverses its direction of movement and moves towards the annular feed groove 6a of the inlet line system 6.
  • the valve plate 18 attached there prevents the air from flowing back. This is thus pre-compressed and flows through openings 19 in the piston 14 and a valve device 20 arranged behind it into the working space which now arises on the other side of the piston.
  • the centers of the openings 19 are arranged on the same radius around the center of the disk-shaped piston 14 and are evenly distributed thereon.
  • the extent of the delivery quantity of the compressor 1 is determined by the quantity of the working medium drawn in in the 1st stage, the pre-compression stage. Since the working medium is not so highly compressed at this stage, the proportion of back expansion from the dead spaces is also lower. The arrangement thus receives a much higher degree of delivery.
  • valve plate 21 is pretensioned in such a way that it only opens at a certain, presettable pressure.
  • the valve plate 21 When the valve plate 21 is opened, the compressed air is finally expelled into the outlet channel 16 and flows out via the outlet line system 8 of the compressor block 2 through the outlet pipe sleeve 7 as compressed air (compressed air).
  • pre-compressed air is then introduced through the openings 19 and the valve device 20 of the piston 14 into the working space.
  • a piston shaft 22 can be guided in the compressor block 2 without problems and can be sealed by means of a sealing device 23 with respect to the inner cavity 9 of the compressor block 2, which houses the crank loop drive 3. It can thus be avoided that oil particles get into the working space 15 and cause oil coking of the valve devices. This means that devices for cooling the compressor are not required and the design effort is significantly reduced.
  • the compression spaces on both sides of the piston 14 are sealed off from one another by a further sealing device 24, which is arranged on the circumference of the piston 14.
  • a second compressor of the same type can easily be connected to the drive shaft of the compressor according to the invention with a few other components and thus e.g. a cylinder star arrangement are formed.
  • An 8-cylinder compressor can be formed from two 4-cylinder compressors connected to the drive shaft, and further combination possibilities are open at any time. An individual adaptation to the respective performance requirements is therefore possible without great effort.
  • the simple design of the compressor also enables adaptation to individual circumstances without major design changes.
  • Another arrangement e.g. the inlet or outlet device can be carried out with little effort.
  • the crank loop drive 3 also has coated scenes 11, which allow the sliding block 12 to run dry.
  • pistons 30 are driven directly by a crank pin 33 which is mounted off-center on a crankshaft, which is only shown in the drawing.
  • Piston shaft 31 formed sliding surface 32 as a counter surface for the crank pin 33.
  • a backdrop and a sliding block are not necessary here.
  • the piston shaft 31 is formed in the area of the sliding surface 32 such that a spring 34 can tension the piston 30 against the crank pin 33. This also guarantees the piston return movement.
  • the remaining parts, in particular the compression section and the cylinders, correspond to those of the first exemplary embodiment, so that reference is made to this.
  • FIG 3 shows the compact design of the compressor according to the invention in a comparison of the installation space with a conventional compressor of the same output. It is clear from this comparison that the compressor according to the invention takes up significantly less space.

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Abstract

Es wird ein Verdichter offenbart, der zur Verdichtung eines Arbeitsmediums und insbesondere zur Erzeugung von Druckluft dient. Dieser Verdichter weist zumindest einen in einem Arbeitsraum hin- und herbewegbaren Kolben zum Verdichten des Arbeitsmediums, eine Antriebseinrichtung zur Hin- und Herbewegung des Kolbens sowie eine Zuführeinrichtung und eine Abführeinrichtung zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Arbeitsmediums auf. Der Kern der Erfindung liegt darin, daß als Antriebseinrichtung ein Kurbelschleifenantrieb vorgesehen ist. Hierdurch kann die Baugröße wesentlich reduziert, ein nahezu vibrationsfreier Lauf erzielt und die Zuverlässigkeit deutlich erhöht werden.

Description

Beschreibung
Verdichter
Die Erfindung betrifft einen Verdichter bzw. Kompressor zur Verdichtung eines Arbeitsmediums, insbesondere zur Er¬ zeugung von Druckluft, mit zumindest einem in einem Ar¬ beitsraum hin- und herbewegbaren Kolben zum Verdichten des Arbeitsmediums, einer Antriebseinrichtung zur Hin- und Her- bewegung des Kolbens sowie mit einer Zuführeinrichtung und einer Abführeinrichtung zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Arbeits- mediums.
Als Arbeitmedien werden komprimierbare Stoffe wie Gase oder Dämpfe verwendet, wobei in den herkömmlichen Kompres¬ soren meist Luft verdichtet wird. Diese Druckluft wird z.B. in Lastkraftwagen als Übertragungsmittel in Bremseinrich¬ tungen verwendet.
Es sind eine Vielzahl von Tauchkolben-Kompressoren mit Kurbel-Pleuel-Antrieb bekannt. Diese Verdichter arbeiten nach dem Prinzip des Kurbeltriebs und weisen üblicherweise eine ölschmierung auf. Aufgrund der Schwingbewegung des Pleuels ist es bei diesen Verdichtern schwierig, den Ar- beitsraum gegenüber dem Kurbelraum abzudichten. Deshalb ge¬ langt ölleckage an den Kolbenringen vorbei in den Arbeits- raum und führt insbesondere am Auslaßventil zu ölverkokung. Als Gegenmaßnahme hierzu sind in den herkömmlichen Verdich¬ tern Kühlungseinrichtungen notwendig. Mit diesen wird die Luft- und Bauteiltemperatur reduziert und damit auch das Maß der ölverkokung herabgesetzt. Die Notwendigkeit einer Kühlung, die meist als Wasser- oder Luftkühlung ausgeführt ist, bedingt aber einen erheblichen konstruktiven Aufwand und einen großen Bauraumbedarf.
Der konstruktive Aufwand erhöht sich weiter aus der Notwendigkeit, eine Erwärmung der angesaugten Luft durch die abzuführende, komprimierte Luft zu vermeiden. Je wärmer die angesaugte Luft ist, desto geringer wird der Liefergrad der Verdichters aufgrund der mit der Temperaturerhöhung einhergehenden Volumenausdehnung des Arbeitsmediums. Des- halb wird eine größtmögliche bauliche Trennung der Zuführ- und Abführleitungen für das Arbeitsmedium angestrebt.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Kompressoren mit diesen einstufigen Verdichtern ist der niedrige Liefer- grad. Dieser ist aufgrund des rückexpandierenden Schadvolu¬ mens aus den Toträumen, der hohen Einlaßventilwiderstände wegen der notwendigen Druckstabilität des Ventils und der Aufheizung der Luft durch die ebenfalls im Zylinderkopf ge¬ führte heiße Auslaßluft begrenzt.
Die herkömmlichen Tauchkolben-Kompressoren mit Kurbel- Pleuel-Antrieb bedingen also einen erheblichen konstrukti¬ ven Aufwand, eine Vielzahl von Bauteilen und einen großen Bauraumbedarf. Ferner erfordert z.B. eine Lageänderung des Einlaßanschlusses meist eine völlige konstruktive Neuge¬ staltung des Verdichters, da die Leitungsführung der Ein¬ laß- und der Auslaßleitungen sowie der Kühlungsleitungen aufgrund der Wärmeentwicklungen genau aufeinander abge¬ stimmt sein müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verdichter zu schaffen, bei dem es möglich ist, den Arbeitsraum und den Kurbelraum auf einfache Weise gegenseitig abzudichten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Antriebseinrichtung ein Kurbelschleifenantrieb verwen¬ det wird.
Es ist im Stand er Technik bereits bekannt, Kurbel- schleifenantriebe für Brennkraftmaschinen zu verwenden. So zeigt z.B. die DE 32 18 311 C2 einen Kurbelschleifenan¬ trieb, der insbesondere für eine Zweitakt-Brennkraftmaschi- ne vorgesehen ist, die auch ohne ölschmierung betriebsfähig ist. Weiterhin ist aus der DE 34 47 663 AI eine Mehrzylin- der-Brennkraftkolbenmaschine bekannt, bei der die Umsetzung in eine Drehbewegung mittels eines Kurbelschleifenantrieb erfolgt. Eine weitere Ausführungsform eines solchen Kurbel¬ schleifenantriebs wird in der DE 43 07 205 AI beschrieben. Bezüglich des genauen Funktionsprinzips und hinsichtlich der Arbeitsweise des Kurbelschleifenantriebs kann daher vollinhaltlich auf die genannten Druckschriften verwiesen werden.
Der Kurbelschleifenantrieb bietet demnach den Vorteil, daß die Drehbewegung einer Kurbelwelle in eine reine Längs¬ bewegung der Kolben umgewandelt wird. Dies ermöglicht ein sicheres Abdichten der Gleitfläche zwischen dem Kolben¬ schaft und der Lagerstelle im Verdichterblock. Wenn ent¬ sprechend der Lehre der Erfindung als Antriebseinrichtung des Verdichters ein Kurbelschleifenantrieb vorgesehen wird, kann somit sichergestellt werden, daß der Arbeitsraum ge- genüber dem Kurbelraum stets ausreichend abgedichtet ist, was den entscheidenden Vorteil hat, daß der Arbeitsraum beidseits des Kolbens für den Verdichtungsvorgang genutzt werden kann und daß keine ölpartikel in den Arbeitsraum ge¬ langen können.
Dadurch wird eine Verkokung der Ventile, insbesondere des Auslaßventils, vermieden und es kann auf eine Kühlung verzichtet werden. Der erhebliche konstruktive Aufwand zur Gestaltung des Verlaufs der Kühlungskanäle entfällt somit völlig und die Bauform vereinfacht sich wesentlich.
Der Arbeitsraum kann nach der im Anspruch 2 angegebenen
Weiterbildung der Erfindung auf beiden Seiten des Kolbens zum einen als Vorverdichtungsräum und zum anderen als Hauptverdichtungsraum dienen, d.h. die Kolbenbewegung kann z.B. als Ausstoßbewegung dienen und gleichzeitig zum Ansau- gen von noch unverdichtetem Arbeitsiuedium auf der Kolben¬ rückseite.
Damit ergibt sich ein zweistufiger Verdichter, der das Arbeitsmedium zunächst vorverdichtet und anschließend in einem Hauptverdichtungshub ausstößt. Während beim herkömm¬ lichen einstufigen Verdichter das aufgrund von Bauteiltole¬ ranzen und der Wärmeausdehnung auftretende Totvolumen den Liefergrad wesentlich verschlechtert, ist für den zweistu- figen Verdichter die Arbeit des Totvolumens nahezu unbedeu¬ tend, da die Rückexpansion des dortigen Arbeitsmediums di¬ rekt zur Vorverdichtung genutzt wird.
Die in das Totvolumen eingebrachte Verdichtungsenergie ist somit nicht verloren und ermöglicht deshalb einen we¬ sentlich höheren Wirkungsgrad bzw. Liefergrad. Mit einer solchen Anordnung läßt sich z.B. der Liefergrad gegenüber 55% bei einem herkömmlichen Serienkompressor auf 80% beim Kurbelschleifenkompressor mit Vorverdichtung anheben.
Der Liefergrad wird in der erfindungsgemäßen Anordnung durch das Volumen des Vorverdichtungsraumes bestimmt. Das hier auftretende Totvolumen ist aber aufgrund des niedrige¬ ren Drucks von geringerer Bedeutung, da das rückexpandie- rende Schadvolumen nicht so umfangreich ist. Das Arbeitsme¬ dium im Vorverdichtungsraum wird nahezu völlig in den Hauptverdichtungsräum übergeführt und das dort auftretende Totvolumen setzt die darin eingebrachte Energie wieder zur Unterstützung der Rückbewegung des Kolbens und somit für die Vorverdichtung ein.
Die Ausbildung in einem hintereinander geschalteten Vor- und Hauptverdichtungsraum ermöglicht eine einfache Ventilanordnung. Jeder Verdichtungsraum benötigt daher ge- maß der im Anspruch 3 angegebenen Weiterbildung der Erfin¬ dung nur jeweils eine Ventileinrichtung für die Zufuhr und eine Ventileinrichtung für die Abfuhr des Arbeitsmediums. •* o •*
Diese Ventileinrichtungen können zudem sehr einfach und be¬ triebssicher gestaltet werden. Der konstruktive Aufwand verringert sich somit wesentlich und die bauliche Ausfüh- rungsfor vereinfacht sich hierdurch erheblich.
Dadurch, daß der Raum beidseitig des Kolbens als Ar¬ beitsraum Verwendung findet, ergibt sich der Vorteil, daß eine räumliche Trennung der Zuführeinrichtung von der Ab¬ führeinrichtung, wie z.B. eine Anordnung auf axial gegen- überliegenden Seiten des Kolbens gemäß der im Anspruch 4 angegebenen Weiterbildung der Erfindung, ermöglicht wird. Die Zuführeinrichtung kann also z.B. im Verdichterblock an¬ geordnet werden, während die Abführeinrichtung im Zylinder¬ kopf vorgesehen ist und die weitere Leitungsführung belie- big gewählt werden kann. Somit kann die Erwärmung des zuge¬ führten Arbeitsmediums durch das aufgrund des Druckvorgangs erwärmte abgeführte Arbeitsmedium vermieden werden. Ein konstruktives Hauptproblem herkömmlicher Verdichter ent¬ fällt damit und die Bauweise des Verdichters vereinfacht sich wesentlich.
Eine auf den Arbeitsraum hin gerichtete ringförmige Zu¬ führnut gemäß der im Anspruch 5 angegebenen Weiterbildung der Erfindung ermöglicht ein gleichmäßiges Einströmen des angesaugten Arbeitsmediums in den Vorverdichtungsraum.
Wenn der Kolben nach der im Anspruch 6 angegebenen Wei¬ terbildung der Erfindung als kreisförmige Scheibe ausgebil¬ det wird, so erlaubt dies eine einfache und kostengünstige Herstellung desselben. Ferner können die bewegten Massen und die Größe der Reibungsflächen gering gehalten werden.
Da der scheibenförmige Kolben gemäß Anspruch 7 vorzugs¬ weise mit einer Vielzahl von Öffnungen bzw. Durchgangslö- ehern ausgebildet ist, ist es möglich auf Überströmkanäle im Zylinderkopf zu verzichten. Das Arbeitsmedium kann durch die Öffnungen im Kolben vom Vorverdichtungsraum direkt in den Hauptverdichtungsraum übergeleitet werden. Der kon¬ struktive Aufwand für den Zylinderkopf verringert sich so wesentlich. Ferner wird durch die Öffnungen eine Gewichts¬ verminderung des Kolbens erreicht, womit die Größe der zu bewegenden Masse geringer wird.
Eine gleichmäßige Verteilung der Öffnungen auf dem Kol¬ ben gemäß der im Anspruch 8 angegebenen Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine ausgewogene Druckverteilung auf dem Kolben. Die Belastung auf die Lagerung wird somit nicht einseitig und der Verschleiß an den Laufflächen bleibt ge¬ ring.
Dadurch, daß der Kolben gemäß Anspruch 9 an seinen Öff- nungen vorzugsweise eine Ventileinrichtung aufweist, kann ein Überströmen des Arbeitsmediums ermöglicht und dabei aber gleichzeitig der Vorverdichtungsraum vom Hauptverdich¬ tungsraum abgetrennt werden. Das Arbeitsmedium kann nur in den Hauptverdichtungsraum hineinströmen, während die Gegen- richtung gesperrt wird. Somit wird auf einfache Weise eine Trennung der Verdichtungsräume erreicht und gleichzeitig die Möglichkeit des direkten Übertritts des Arbeitsmediums ohne einen Umweg über Kanäle im Zylinderkopf genutzt. Damit vereinfacht sich die Bauweise des Verdichters weiter.
Die Ausbildung der Laufbuchse als Tiefziehteil gemäß der im Anspruch 10 angegebenen Weiterbildung der Erfindung erlaubt eine kostengünstige und präzise Führung des Kol¬ bens.
Ferner ist es dadurch möglich, die Laufbuchse gemäß An¬ spruch 11 einstückig mit der Ventilplatte auszubilden. Da¬ durch vermindert sich der Montageauf and.
von weiterem Vorteil ist es, daß gemäß der im Anspruch 12 angegebenen Weiterbildung der Erfindung durch einen Kur¬ belschleifenantrieb ohne großen Aufwand zwei gegenläufige *
Kolben angetrieben werden können. Somit ist es möglich mit einer einfachen Bauweise einen Doppelverdichtungszylinder zu schaffen und die Leistung wesentlich zu erhöhen.
Diese Bauweise hat ferner den Vorteil, daß mit nur we¬ nigen weiteren Teilen z.B. eine 2-, 4- oder 8-Zylinder-Ver¬ sion des Verdichters ermöglicht wird. Der Verdichter kann somit an entsprechende Leistungsanforderungen ohne großen Aufwand angepaßt werden.
Die Ausführung als Mehrzylinderanordnung führt weiter¬ hin zu einem gleichmäßigeren Verlauf des Antriebsmomentes im Verhältnis zu den aufgrund der Baugröße und des kon¬ struktiven Aufwands meist nur einzylindrig ausgeführten herkömmlichen Verdichtern.
Ferner erlaubt der Kurbelschleifenantrieb eine geringe Kolbengeschwindigkeit, wodurch ein Trockenlauf möglich wird. Weiterhin werden nur geringe Massen bewegt und es entstehen nur geringe Tangentialkraftschwankungen, weshalb sich die Festigkeitsanforderungen an den Aufbau wesentlich mindern.
Der einfache und nur wenige Bauteile aufweisende Aufbau des erfindungsgemäßen Verdichters erlaubt eine kostengün¬ stige und einfache Herstellung und Montage. Wie der Bau¬ raumvergleich mit herkömmlichen Verdichtern zeigt, kann zu¬ dem eine kompakte Bauform mit geringen Abmessungen erreicht: werden. Ferner ist eine flexible Umgestaltung, z.B. der Einlaßeinrichtung, nach den Gegebenheiten des Einsatzortes ohne großen konstruktiven Aufwand möglich.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeich- nung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Schnittdarstellung des erfindungs¬ gemäßen Verdichters;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Verdich¬ ters mit einer vereinfachten Antriebsvorrichtung; und Fig. 3 einen Bauraumvergleich mit einem her¬ kömmlichen Kompressor.
Gemäß Fig.l weist ein Verdichter 1 einen Verdichter¬ block 2, einen Kurbelschleifenantrieb 3 und zwei Zylinder- köpfe 4 auf.
Der Verdichterblock 2 weist als Zuführeinrichtung für das Arbeitsmedium (nämlich Luft) eine Einlaßrohrmuffe 5 und ein Einlaßleitungssystem 6, sowie als Abführeinrichtung für das komprimierte bzw. verdichtete Arbeitsmedium eine Aus¬ laßrohrmuffe 7 und ein Auslaßleitungssystem 8 auf; ferner ist ein Innenhohlraum 9 vorgesehen.
Im Innenhohlraum 9 des Verdichterblocks 2 ist der Kur- beischleifenantrieb 3 untergebracht. Dieser weist einen Kurbelschleifenrahmen 10 auf, auf dem eine Kulisse 11 aus¬ gebildet ist. In der Kulisse 11 wird ein Kulissenstein 12 geführt. Der Kulissenstein 12 wird durch einen außermittig auf einer Kurbelwelle gelagerten Kurbelzapfen 13 geführt und wandelt so die z.B. durch die Kurbelwelle eines Ver¬ brennungsmotors eines Lastkraftwagens aufgebrachte Drehbe¬ wegung in eine Längsbewegung des Kurbelschleifenrahmens 10 um.
Ferner sind am Kurbelschleifenrahmen 10 zwei scheiben¬ förmige Kolben 14 befestigt. Diese liegen auf einer Achse und stehen einander gegenüber. Da als Antrieb eine Kurbel¬ schleife verwendet wird, führen die beiden Kolben 14 eine lineare Hin- und Herbewegung aus. In den Zylinderköpfen 4 ist jeweils ein Arbeitsraum 15 und ein Auslaßkanal 16 ausgebildet. Im Arbeitsraum 15 ist eine Laufbuchse 17 befestigt.
In Betrieb wird durch die Kolbenbewegung Luft in den Arbeitsraum 15 angesaugt. Die Luft strömt über die Einla߬ rohrmuffe 5 und das Einlaßleitungssystem 6 über eine ring¬ förmige Zuführnut 6a durch eine auf dem Verdichterblock 2 angeordnete Ventilplatte 18 in den Arbeitsraum 15. Auf der Ventilplatte 18 sind Ventillamellen derart angeordnet, daß sie nur eine Strömungsrichtung in den Arbeitsraum 15 hinein erlauben.
Der Kolben 14 kehrt dann seine Bewegungsrichtung um und bewegt sich auf die ringförmige Zuführnut 6a des Einlaßlei¬ tungssystems 6 zu. Die dort angebrachte Ventilplatte 18 verhindert ein Zurückströmen der Luft. Diese wird somit vorverdichtet und strömt durch Öffnungen 19 im Kolben 14 und eine dahinter anliegend angeordnete Ventileinrichtung 20 in den sich nun auf der anderen Seite des Kolbens erge¬ benden Arbeitsraum. Die Zentren der Öffnungen 19 sind auf dem gleichen Radius um das Zentrum des scheibenförmigen Kolbens 14 angeordnet und gleichmäßig darauf verteilt.
Das Ausmaß der Liefermenge des Verdichters 1 wird durch die Menge des in der 1. Stufe, der Vorverdichtungsstufe, angesaugten Arbeitsmediums bestimmt. Da das Arbeitsmedium in dieser Stufe nicht so hoch verdichtet wird, ist auch der Rückexpansionsanteil aus den Toträumen geringer. Die Anord- nung erhält so einen wesentlich höheren Liefergrad.
Die auf die andere Seite des Kolbens 14 übergeströmte Luft wird dann durch die neuerliche Umkehrung der Kolbenbe¬ wegung verdichtet und gegen eine integral mit der Lauf- buchse 17 ausgebildete Ventilplatte 21 gedrückt. Dies ist möglich, da auch die Lamellen der Ventileinrichtung 20 auf den Kolben 14 nur eine Strömungsrichtung in den Hauptver¬ dichtungsraum hinein zulassen.
Die Ventilplatte 21 weist eine derartige Vorspannung auf, daß sie erst bei einem bestimmten, voreinstellbaren Druck öffnet. Beim Öffnen der Ventilplatte 21 wird die kom¬ primierte Luft schließlich in den Auslaßkanal 16 ausgesto¬ ßen und strömt über das Auslaßleitungssystem 8 des Verdich¬ terblocks 2 durch die Auslaßrohrmuffe 7 als verdichtet Luft (Druckluft) ab.
Da auch die Lamellen der Ventilplatte 21 nur eine Strö¬ mungsrichtung zulassen, wird ein Zurückströmen der kompri¬ mierten Luft in den Arbeitsraum 15 beim Rückhub des Kolbens 14 vermieden.
Die in den aufgrund der Bauteiltoleranzen und der Wär¬ meausdehnung vorliegenden Toträumen komprimierte Luft dehnt sich beim Rückhub des Kolbens 14 wieder aus und unterstützt den Rückhub und damit die Vorverdichtung der Luft auf der anderen Kolbenseite.
Während des Rückhubs wird dann wieder vorverdichtete Luft durch die Öffnungen 19 und die Ventileinrichtung 20 des Kolbens 14 in den Arbeitsraum eingeführt.
Da der Kolben 14 eine rein lineare Bewegung ausführt, kann ein Kolbenschaft 22 problemlos im Verdichterblock 2 geführt und mittels einer Dichtungseinrichtung 23 gegenüber dem Innenholraum 9 des Verdichterblocks 2, der den Kurbel¬ schleifenantrieb 3 beherbergt, abgedichtet werden. Somit kann vermieden werden, daß Ölpartikel in den Arbeitsraum 15 gelangen und eine Ölverkokung der Ventileinrichtungen ver¬ ursachen. Damit werden Einrichtungen zum Kühlen des Ver- dichters nicht benötigt und der konstruktive Aufwand ver¬ ringert sich bedeutend. Durch eine weitere Dichtungseinrichtung 24, die um- fangsseitig am Kolben 14 angeordnet ist, werden die Ver¬ dichtungsräume beidseits des Kolbens 14 gegeneinander abge¬ dichtet.
Da diese Anordnung nur eine relativ geringe Kolbenge¬ schwindigkeit erfordert, ist ein Trockenlauf möglich. Auch deshalb ist keine Kühlungseinrichtung notwendig und die Bauweise vereinfacht sich weiter.
An der Antriebswelle des erfindungsgemäßen Verdichters kann problemlos mit wenigen weiteren Bauteilen ein zweiter Verdichter derselben Bauart angeschlossen und so z.B. eine -Zylinder-Sternanordnung gebildet werden. Aus zwei an der Antriebswelle verbundenen 4-Zylinder-Verdichtern kann ein 8-Zylinder-Verdichter ausgebildet werden und weitere Kombi¬ nationsmöglichkeiten stehen jederzeit offen. Eine individu¬ elle Anpassung an die jeweiligen Leistungsanforderungen ist somit ohne großen Aufwand möglich.
Die einfache Ausgestaltung des Verdichters ermöglicht zudem eine Anpassung an individuelle Gegebenheiten ohne große konstruktive Änderungen. Eine andere Anordnung z.B. der Einlaß- oder Auslaßeinrichtung kann ohne großen Aufwand durchgeführt werden.
Der Kurbelschleifenantrieb 3 weist ferner beschichtete Kulissen 11 auf, die einen Trockenlauf des Kulissensteins 12 ermöglichen.
In Fig. 2 ist eine vereinfachte Ausführungsform eines Kurbelschleifenantriebs gezeigt; in dieser sind mit den gleichen Bezugszeichen jeweils die gleichen Teile bezeich¬ net. Bei dieser Ausführungsform werden Kolben 30 unmittel- bar durch einen außermittig auf einer Kurbelwelle, die nur angedeutet dargestellt ist, gelagerten Kurbelzapfen 33 an¬ getrieben. In dieser Ausführungsform dient eine auf einem Kolbenschaft 31 ausgebildete Gleitfläche 32 als Gegenfläche für den Kurbelzapfen 33. Eine Kulisse und ein Kulissenstein sind hier nicht notwendig. Der Kolbenschaft 31 ist im Be¬ reich der Gleitfläche 32 derart ausgebildet, daß eine Feder 34 den Kolben 30 gegen den Kurbelzapfen 33 spannen kann. Damit ist auch die Kolbenrückbewegung gewährleistet. Die übrigen Teile, insbesondere der Verdichtungsabschnitt und die Zylinder, entsprechen denen des ersten Ausführungsbei- spiels, so daß hierauf verwiesen wird.
In Fig. 3 ist die kompakte Bauform des erfindungsgemä¬ ßen Verdichters im Bauraumvergleich mit einem herkömmlichen Verdichter derselben Leistung gezeigt. Aus diesem Vergleich wird deutlich, daß der erfindungsgemäße Verdichter wesent- lieh weniger Platz beansprucht.
Bezüglich weiterer, hier nicht näher beschriebener Merkmale, Vorteil und Wirkungen der Erfindung wird aus¬ drücklich auf die Zeichnung verwiesen.

Claims

Patentansprüche
1. Verdichter (1) zur Verdichtung eines Arbeitsmediums, insbesondere zur Erzeugung von Druckluft, mit zumindest ei- nem in einem Arbeitsraum (15) hin- und herbewegbaren Kolben (14) zum Verdichten des Arbeitsmediums, einer Antriebsein¬ richtung zur Hin- und Herbewegung des Kolbens (14) sowie mit einer Zuführeinrichtung und einer Abführeinrichtung zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Arbeitsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebseinrichtung ein Kurbelschleifenantrieb (3) vorgesehen ist.
2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (15) durch den hin- und herbewegbaren Kol- ben (14) in einen Vorverdichtungsraum und einen Hauptver¬ dichtungsraum unterteilt ist.
3. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverdichtungsraum und der Hauptverdichtungsraum nur jeweils eine Ventileinrichtung für die Zu- und Abführung des Arbeitsmediums aufweisen.
4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung und die Abführein- richtung an - in Bewegungsrichtung des Kolbens (14) gesehen - einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens (14) des Kurbelschleifenantriebs (3) angeordnet sind.
5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung als in einem Ver¬ dichterblock (2) angeordnetes Einlaßleitungssystem (6) aus¬ gebildet ist, wobei das Einlaßleitungssystem (6) mit einer zum Arbeitsraum hin gerichteten ringförmigen Zuführnut (6a) versehen ist.
6. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Kolben (14) als kreisförmige Scheibe ausgebildet ist.
7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß im Kolben (14) eine Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Öffnungen (19) ausgebildet sind.
8. Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentren der Öffnungen (19) auf dem gleichen Radius um das Zentrum des Kolbens (14) liegen und gleichmäßig auf dem Kolben (14) verteilt sind.
9. Verdichter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Kolben (14) mit einer an den Öffnungen (19) angeordneten Ventileinrichtung (20) versehen ist.
10. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) in einer Laufbuchse
(17) läuft, die als Tiefziehteil ausgebildet ist.
11. Verdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse (17) einstückig mit einer Ventilplatte (21) ausgebildet ist.
12. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelschleifenantrieb (3) einen Doppelverdichtungszylinder mit zwei gegenläufige Kolben (14) antreibt.
13. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter nach einem Baukasten¬ prinzip, z.B. als 2-, 4- oder 8-Zylinder-Version, ausge- führt ist.
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