EP1963677B1

EP1963677B1 - Kompressoreinheit

Info

Publication number: EP1963677B1
Application number: EP06807709A
Authority: EP
Inventors: Rainer Detering
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2026-11-01
Also published as: EP1963677A1; WO2007068531A1; JP4841007B2; CN101278126B; DE102005060320A1; CN101278126A; US20080199333A1; JP2009512817A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompressoreinheit, insbesondere zur Luftverdichtung innerhalb tragbarer / transportabler Geräte, welche mindestens einen Motor und einen über einen Schubkurbeltrieb angetriebenen Hubkolbenverdichter aufweist, wobei der Schubkurbeltrieb aus einem Kurbelrad und einer mit Kurbelrad und einem Kolben verbundenen Pleuelstange besteht.
Bei solchen Kolbenverdichtern, insbesondere bei sehr einfachen und in großen Stückzahlen hergestellten Kolbenverdichtern wie etwa Kleinkompressoren zum Befüllen von Reifen, ist es wünschenswert, den Maximaldruck in bestimmten Grenzen zu halten, damit zum einen keine Materialüberlastung an den Kompressorbauteilen entsteht bzw. eine hohe Kompressorleistung und Lebensdauer bei wirtschaftlichem Materialeinsatz erreichbar ist und damit zum anderen eine Druckbefüllung ohne weitere teure Regeleinrichtungen nur bis zu einem Maximaldruck erfolgt.
Zur Einstellung des Maximaldruckes im Arbeitsraum des Kolbenverdichters sind einige Methoden bekannt, mit denen über eine Veränderung des Todluftvolumens eine Hubraumeinstellung und damit eine Druckeinstellung vorgenommen werden kann. Als Todluftvolumen oder auch "schädliches Volumen" bezeichnet man dabei den Teil des durch Kolbenboden und Zylinderwände begrenzten Zylindervolumens, welcher nach Vollendung des Kompressionshubes noch zwischen Kolbenboden und Zylinderwand verbleibt.
Zu diesen Methoden zählt beispielsweise die Zusammenstellung der Komponenten, nämlich Kolben, Pleuelstange, Zylinder, Zylinderkopf, mit entsprechend geeigneten Toleranzen. Dies kann jedoch nur bei ausreichend präziser Herstellung der Einzelteile erfolgreich durchgeführt werden und bleibt selbst dann ein aufwendiger Kompromiss.
Eine weitere Methode ist das Einlegen von Zylinderkopfdichtungen unterschiedlicher Dicke, wodurch ebenfalls das Todluftvolumen beeinflusst werden kann. Dies ist aber im Grunde eine arbeitsintensive und lediglich schrittweise Annäherung an die richtigen Druckverhältnisse.
Eine weitere Lösung sind Überdruckventile im Kolbenboden oder in den Zylinderwänden, die bei einem Maximaldruck öffnen. Abgesehen von den erforderlichen zusätzlichen Bauteilen sind bei dieser Lösung die Druckschläge und die Geräuschentwicklung gelegentlich problematisch.
Die DE 10 2004 015 618 A 1 offenbart einen Axialkolbenverdichter mit variablem und regelbarem Hubraum, bei dem im Wesentlichen der Druck in der Triebwerkskammer über ein oder mehrere Regelventile in Echtzeit regelbar ist. Als Triebwerkskammer oder auch "abregelndes Volumen" wird hierbei der Raum bezeichnet, in dem der Kolbenantriebsmechanismus angeordnet ist. Die Regelung erfolgt mit Hilfe eines ein oder mehrere Betriebsparameter berücksichtigenden Algorithmus und die Regelventile sind so angeordnet, das entweder die Triebwerkskammer mit der Saugseite und/oder mit der Hochdruckseite verbunden werden kann.
Hierdurch soll im Wesentlichen ein Vereisen verhindert werden, das durch zu starkes Absinken des Drucks auf der Saugseite entstehen könnte. Bei einfachen und kleinen Axialkolbenverdichtern, bei denen die Ansaugluft durch das Kolbenantriebsgehäuse des Kompressors strömt, bei denen also die Niederdruck- oder Saugseite und die Triebwerkskammer zusammenfallen, ist eine solche aufwendige Regelung nicht realisierbar.
Zudem geht es bei den Leistungen von Kleinkompressoren weniger um die Vereisung auf der Unterdruckseite, als vielmehr darum, den Maximaldruck auf der Hochdruckseite zu begrenzen, um entweder bessere Materialauslastungen zu erreichen, oder aber um Fertigungstoleranzen für die Großserienfertigung handhabbar zu gestalten.
Die DE 33 33 329 A1 offenbart hierzu eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, bei der zur Veränderung des Totvolumens und damit zur Minderung der Restverdichtung des Kolbenverdichters Distanzstücke zwischen Antriebsgehäuse und Pumpenteil, d.h. Zylindergehäuse eingelegt werden. Zu einer solchen Einstellung muß jedoch die gesamte Kolbenpumpe demontiert werden.
Die US 4,479,419 offenbart einem Kompressor für Kühlflüssigkeiten mit mehreren Zylindern, bei dem der jeweilige Zylinderhub über eine exzentrische Lagerung des Pleuels auf der Kurbelwelle einstellbar ist, um unterschiedliche Volumenströme der einzelnen Zylinderpumpen zu erreichen. Eine solche Einstellung ist in der Regel aber nur einmalig bei der Herstellung möglich und verbleibt dann über die Lebensdauer des Kompressors.
Die US 5,904,440 offenbart eine Gewindeverbindung zwischen Kolben und Kolbenstange, bei der beide Teile mit einer komplementären radialen Bohrung versehen sind, in die ein Sicherungsstift zur Sicherung gegen Verdrehen eingeführt werden kann.
Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, die Bauart von Kompressoren so zu gestalten, dass ohne großen Aufwand eine sehr genaue Einstellung des Maximaldruckes unabhängig von Fertigungsarten und -toleranzen erfolgen kann, sodass Nacharbeit von Bauteilen vermieden wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Hierbei ist innerhalb des Schubkurbeltriebes, der aus einem Kurbelrad und einer mit Kurbelrad und mit einem Kolben verbundenen Pleuelstange besteht, eine Einrichtung zur Verstellung des Kolbenhubes angeordnet. Durch eine solche Ausbildung lässt sich während der Montage auf einfachste Weise der Kolbenhub und damit das verbleibende Todluftvolumen und der Maximaldruck bei gegebenen übrigen Abmessungen und Toleranzen einstellen.
Eine vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass zwischen Kolben und Pleuelstange eine in Schubrichtung längenverstellbare Verbindung angeordnet ist.
Durch eine solche Ausbildung lässt sich bei der Montage des Kompressors durch einfache Verkürzung oder Verlängerung des Abstandes zwischen Kolbenboden und Anlenkpunkt der Pleuelstange am Kurbelrad das verbleibende Todluftvolumen und damit der Maximaldruck bei gegebenen Toleranzen einstellen.
Hiermit wird auch eine preiswerte Großserienherstellung der Bauteile durch formgebende Gießverfahren, wie z.B. durch ein Druckgussverfahren, ermöglicht, ohne dass die übliche umfangreiche Nacharbeit zur Einhaltung aller Toleranzen erforderlich wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass Kolben und Pleuelstange durch eine Gewindeverbindung miteinander verbunden sind, wobei die Gewindeverbindung eine Verdrehsicherung aufweist. Damit lässt sich auf einfache Art und Weise eine Funktionstrennung in Längen-Einstellung als solche und Fixierung der Längen-Einstellung erreichen.
Eine weitere besonders einfach und kostengünstig zur realisierende Ausbildung besteht darin, dass die Verdrehsicherung durch eine in das Gewinde eingreifende Madenschraube erfolgt, die einen rückseitigen Werkzeugansatz aufweist. Ein Nachstellen, beispielsweise nach Probeläufen, wird hier ohne weiters möglich.
Eine besonders genaue Einstellbarkeit ergibt sich bei einer Ausbildung, bei der die Gewindeverbindung als Feingewinde ausgebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass zwischen Motor und Kolbenverdichter eine Getriebeeinheit angeordnet ist, die im Wesentlichen den Schubkurbeltrieb sowie mindestens eine Zahnradstufe als Getriebestufe aufweist. Hierdurch lassen sich insbesondere in Niederspannungssystemen Motoren mit höherer Drehzahl verwenden, die dann entsprechend untersetzt werden.
In besonderer Weise geeignet ist ein solcher Kompressor innerhalb einer Vorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände, insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Behälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel, eine Ventil- und Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas mit einer an den Kompressor anschließbaren Einlassleitung und einer an den aufblasbaren Gegenstand anschließbaren Auslassleitung, Verbindungsmittel zwischen Ventil- und Verteilereinheit und aufblasbarem Gegenstand, ggf. Verbindungsmittel zur Energiezufuhr sowie Schalt-, und/oder Steuer- und Anzeigeeinrichtungen für den Betrieb der Vorrichtung beinhaltet. In einer solchen Vorrichtung wird dann der Maximaldruck des Kolbenverdichters mit Hilfe der Einrichtung zur Verstellung des Kolbenhubes auf einen Wert von 6 bis 8 bar, vorzugsweise auf einen Wert von 7 bar begrenzt. Der Vorteil einer solchen Ausführung liegt darin, dass hier speziell auf ein Fahrzeug bzw. auf eine Fahrzeugreifengröße und den entsprechenden Luftdruckbereich zugeschnittene Reparatur-Sets bereitgestellt werden, die aus völlig gleichen Einzelteilen gefertigt sind und lediglich durch Veränderung ihres Maximaldruckes über einfachste Maßnahmen auf einen bestimmten Fahrzeugtyp eingestellt werden können.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Kompressoreinheit
Fig. 2: eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Kompressoreinheit

Die Fig. 1 zeigt als Prinzipskizze eine Kompressoreinheit 1, welche einen Kolbenverdichter 2 aufweist sowie eine Getriebeeinheit 3. Die Getriebeeinheit 3 umfasst abtreibsseitig einen Schubkurbeltrieb 4, nämlich bestehend aus einem Kurbelrad 5 und einer angelenkten Pleuelstange 6 als Koppelglied zum Schubglied 7.
Zwischen dem als Antrieb eingesetzten Elektromotor 8 und dem Schubkurbeltrieb 4 ist in der Getriebeeinheit in Kraftflußrichtung hinter dem Motor auch eine Zahnradstufe als Getriebestufe 9 zur Untersetzung der Motordrehzahl angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Kompressoreinheit 1 in zwei um 90° zueinander gedrehten Ansichten, ebenfalls ausgestattet mit einem sehr kurz bauendem Kolbenverdichter 2 und mit einer Getriebeeinheit 3, welche abtreibsseitig einen Schubkurbeltrieb 4 umfasst. Letzterer besteht aus einem Kurbelrad 5 und einer angelenkten Pleuelstange 6 als Koppelglied zum dem als Kolben ausgebildeten Schubglied 7.
Auch hier ist zwischen dem als Antrieb eingesetzten Elektromotor 8 und dem Schubkurbeltrieb 4 ist in Kraftflußrichtung eine Getriebestufe 9 zur Untersetzung der Motordrehzahl angeordnet.
Mit Hilfe einer Feingewinde-Verbindung 10 ist der Kolben bzw. das Schubglied 7 mit der Pleuelstange 6 verbunden. Die Feingewinde-Verbindung 10 lässt sich nach erfolgter Einstellung mit Hilfe der einen rückseitig angebrachten Sechskant aufweisenden Madenschraube 11 festsetzen und gegen Verdrehung sichern.
Eingestellt wird hierbei das Todluftvolumen 12, was durch den sich ergebenden Kompressionsgrad direkt dem Maximaldruck proportional ist

Bezugszeichen liste

(Teil der Beschreibung)

1: Kompressoreinheit
2: Kolbenverdichter
3: Getriebeeinheit
4: Schubkurbeltrieb
5: Kurbelrad
6: Pleuelstange
7: Kolben / Schubglied
8: Elektromotor
9: Getriebe stufe
10: Feingewinde-Verbindung
11: Madenschraube
12: Todluftvolumen

Claims

Kompressoreinheit (1), insbesondere zur Luftverdichtung innerhalb tragbarer /transportabler Geräte, welche mindestens einen Motor (8) und einen über einen Schubkurbeltrieb (4) angetriebenen Hubkolbenverdichter (2) aufweist, wobei der Schubkurbeltrieb aus einem Kurbelrad (5) und einer mit Kurbelrad und einem Kolben (7) verbundenen Pleuelstange (6) besteht und innerhalb des Schubkurbeltriebes eine Einrichtung zur Verstellung des Kolbenhubes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Verstellung als eine in Schubrichtung längenverstellbare Gewindeverbindung (10) zwischen Kolben (7) und Pleuelstange (6) ausgebildet ist und die Gewindeverbindung eine unabhängig von der Längenverstellung wirkende Verdrehsicherung aufweist.
Kompressoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Verdrehsicherung durch eine in das Gewinde eingreifende Madenschraube (11) erfolgt, die einen rückseitigen Werkzeugansatz aufweist.
Kompressoreinheit nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeverbindung (10) als Feingewinde ausgebildet ist.
Kompressoreinheit nach Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Motor (8) und Kolbenverdichter (2) eine Getriebeeinheit angeordnet ist, die im Wesentlichen den Schubkurbeltrieb sowie mindestens eine Zahnradstufe als Getriebestufe (9) aufweist.
Kompressoreinheit nach den Ansprüchen 1 bis 4 zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände, insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen, wobei die Kompressoreinheit über eine eine Einlaßleitung und eine Auslaßleitung aufweisende Ventil- und Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas sowohl mit einem Behälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel verbunden ist, als auch mit einem über Verbindungsmittel zwischen Ventil- und Verteilereinheit anschließbaren und aufblasbarem Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximaldruck des Kolbenverdichters (2) mit Hilfe der Einrichtung (10) zur Verstellung des Kolbenhubes auf einen Wert von 6 bis 8 bar, vorzugsweise auf einen Wert von 7 bar begrenzt wird.