EP3464899A1 - Kolbenkompressor mit schliesseinrichtung für die auslassleitung - Google Patents

Kolbenkompressor mit schliesseinrichtung für die auslassleitung

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EP3464899A1
EP3464899A1 EP17712996.2A EP17712996A EP3464899A1 EP 3464899 A1 EP3464899 A1 EP 3464899A1 EP 17712996 A EP17712996 A EP 17712996A EP 3464899 A1 EP3464899 A1 EP 3464899A1
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EP
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valve
piston compressor
outlet
piston
compressor
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Wolfgang Kiener
Jean-Baptiste Marescot
Jörg MELLAR
Michel Saintive
Thomas Weinhold
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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    • F04B2201/1241—Engagement

Definitions

  • the invention relates to a piston compressor for compressing a gas, which is optionally separable by means of a clutch of a drive device, with an inlet valve, which is arranged between an inlet line for gas to be compressed and a compression chamber of the piston compressor and a
  • Outlet valve which is arranged between the compression chamber of the reciprocating compressor and a discharge line for compressed gas.
  • Such compressors are used for example for the compressed air supply of commercial vehicles, in particular for the compressed air supply of the brake system.
  • the drive of the compressor is carried out via the drive train of the internal combustion engine.
  • a clutch is arranged to separate the compressor from the drive when the compressed air system of the commercial vehicle is filled with compressed air.
  • the discharge line of the compressor is emptied simultaneously with the opening of the clutch.
  • Compression chamber results in the first compression stroke of the piston a
  • the invention is therefore based on the object to provide an improved piston compressor, which has the aforementioned disadvantages and the resulting
  • a piston compressor for compressing a gas which is optionally separable by means of a coupling of a drive device, with an inlet valve which is arranged between an inlet line for gas to be compressed and a compression chamber of the reciprocating compressor and an outlet valve, which between the Compaction space of
  • Piston compressor and a discharge line for compressed gas is arranged.
  • the reciprocating compressor has a separate closing device arranged behind the outlet valve in the flow direction of the gas, by means of which the outlet line can be closed off during the separation of the reciprocating compressor from the drive device with respect to the compression space.
  • Such a reciprocating compressor has an inlet line, which is in particular part of an inlet system and through which a gas to be compressed to a Verdichtungsraunn the reciprocating compressor is performed.
  • an inlet valve is arranged between the inlet line and the compression space, which is open during the intake of gas to be compressed into the compression space (the pressure in the compression space is lower than the pressure in the inlet line).
  • the inlet valve closes the compression of the gas in the compression chamber (the pressure in the compression chamber is higher than the pressure in the intake pipe).
  • an outlet valve is arranged, which is discharged from the compressed gas during discharge
  • Compression space is opened (the pressure in the compression chamber is higher than the pressure in the outlet line), thus defining a connection between the compression chamber and the outlet.
  • the exhaust valve closes the connection during the intake of gas to be compressed in the compression space
  • Compression space and outlet line (the pressure in the compression chamber is less than the pressure in the outlet) to prevent backflow of compressed gas from the outlet into the compression space.
  • valves For both intake and exhaust valves of reciprocating compressors valves are often used, which have a closing body, which depends on the
  • valves Pressure difference on both sides of the valve is pressed onto the valve seat and thereby closes the valve or lifted off the valve seat, whereby the valve opens.
  • a common type of such valves has a serving as a closing body valve tongue.
  • piston compressors it is also known for piston compressors to use inlet and outlet valves, which have switched valve bodies.
  • the piston compressor according to the invention has a separate closing device arranged behind the outlet valve in the flow direction of the gas.
  • Locking device is designed so that it is particularly gas-tight
  • Completing the exhaust line to the exhaust valve is suitable.
  • a return flow of compressed gas from the outlet line back into the compression chamber through a possibly not reliably closed exhaust valve can thus be prevented by the closed locking device.
  • the locking device is a relative to the exhaust valve separate device which is arranged independently of the exhaust valve and is not in operative connection with this.
  • the closing device is arranged in particular adjacent to the outlet valve at the beginning of the outlet line facing the compression chamber.
  • Compaction space exists in particular during a separation of the reciprocating compressor from the drive device and in particular when the outlet line is filled. Therefore, in particular during the separation of the piston compressor from the drive device by means of the closing device, the outlet line can be closed off from the compression space. This prevents pressurized compressed gas during a separation of the piston compressor from the drive device, in particular by a not completely closing exhaust valve from the
  • Outlet line passes back into the compression chamber and there may cause an increase in pressure with the consequences described above.
  • the closing device closes the outlet line depending on the pressure difference applied to both sides of the closing device.
  • the closing device is designed such that it closes when the pressure in the outlet line in the direction of flow of the gas after the closing device is higher than the pressure in the outlet line before
  • Closing device ie in the direction of the compression chamber of the reciprocating compressor. This is especially the case when the exhaust valve does not close reliably, so that compressed gas from the exhaust pipe can flow back into the compression space. In this case, a pressure drop occurs on the side of the closing device facing the compression chamber, which then leads to closing of the closing device.
  • a check valve forms the
  • Check valves also switch depending on the applied pressure difference on both sides of the check valve.
  • the closure element is usually biased so that the valve at the same pressure on both sides of the valve or a compensable up to a compensated by the bias
  • a suitable type of stop valve suitable for the present purpose is a check valve.
  • Valve means the locking device.
  • the valve means the locking device.
  • Switching position of the closing device freely controllable, in particular dependent on various parameters, such as depending on the switching state of the coupling between the drive device and the reciprocating compressor or depending on the pressure difference between the compressed gas system and the compression chamber.
  • Locking device designed so that it can be switched simultaneously with the opening of the clutch in a closed position.
  • a circuit of the locking device simultaneously with the opening of the clutch in a closed position offers the advantage that the
  • Outlet line is always completed with respect to the compression chamber as soon as the reciprocating compressor is not driven. In this way, the risk of unrecognized leakage of compressed gas back into the compression chamber at non-driven piston compressor with the negative described above
  • a 2/2-way valve forms the switchable valve device.
  • Such a valve provides a convenient and
  • An embodiment of the reciprocating compressor has a control device which is connected both to the clutch and to the switchable valve device is signal-connected.
  • a control device may be formed by the control device of the compressed gas system, which controls the switchable
  • Valve device with takes over.
  • Compressed gas system has separate control device which serves to switch the closing device.
  • Piston compressor proposed for compressing a gas.
  • Piston compressor is optional by means of a coupling of a
  • Piston compressor is arranged and has an exhaust valve, which is arranged between the compression chamber of the reciprocating compressor and a discharge line for compressed gas. Furthermore, the reciprocating compressor has an in
  • Compaction space is lockable, and a control device which is signal-connected with both the clutch and with the switchable valve device.
  • the control device switches the switchable valve device into a closed position when the coupling between the reciprocating compressor and the drive device is open. Characterized in that the locking device with the clutch open between the
  • the control device then switches the switchable valve device into a
  • This process step ensures that the outlet line is always open with respect to the compression chamber of the reciprocating compressor as soon as the reciprocating compressor is driven in order to prevent the build-up of a backpressure at the outlet with respect to the compression chamber, which has a negative effect on the compression output of the reciprocating compressor or even to one Damage to the piston compressor and / or the clutch could result.
  • the locking device is designed, this
  • the switchable closing device can be formed for example by a 2/2-way valve.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an exemplary piston compressor of
  • FIG. 2 is an illustration of an exemplary exhaust valve as shown in FIG.
  • Piston compressors is used in the prior art
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a piston compressor according to the invention, in which a shut-off valve forms the closing device;
  • Fig. 4 is a schematic representation of a second exemplary embodiment of a piston compressor according to the invention, in which a switchable
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary reciprocating compressor 10 as known in the art.
  • the crankshaft 1 1 of the reciprocating compressor 10 is via a clutch 3 with a drive device (not shown, here a
  • crankshaft 1 1 stands still during the separation of the reciprocating compressor 10 from the drive means.
  • the crankshaft 1 1 is connected to an eccentrically mounted thereto connecting rod 12, on which a piston 13 is mounted.
  • the piston 13 is mounted axially movable in a cylinder 14 of the reciprocating compressor 10.
  • crank mechanism 15 is disposed in a crankcase 16 which is fixedly connected to the cylinder 14.
  • the piston 13 is moved by the connecting rod 12 in the cylinder 14 so that it performs a lifting movement.
  • the cylinder 14 is closed by a valve plate 20.
  • the cylinder 14, the piston 13 and the valve plate 20 define the
  • an inlet valve 21 is arranged, which is arranged between an inlet line 22 and the compression chamber 17.
  • the inlet conduit 22 is part of an inlet system 23 which draws fresh air from the environment through a filter (not shown) and over
  • the cylinder head is arranged above the valve plate 20 and has a cylinder head volume 24, which via the inlet valve 21 with the
  • Compaction space 17 is in communication.
  • the inlet valve 21 is designed as a check valve, which is a suction of fresh air in the compression chamber 17th
  • Compaction space 17 sucked air prevented.
  • an outlet valve 26 is further arranged, which is arranged between the compression chamber 17 and an outlet 27.
  • compressed gas here air
  • a compressed air storage not shown here.
  • the exhaust valve 26 which is also designed as a check valve, a back flow of compressed air from the
  • FIG. 2 is an illustration of an exemplary exhaust valve 26 as shown in FIG.
  • Piston compressors 10 is commonly used in the art. The
  • Exhaust valve 26 is disposed on the valve plate 20 of the reciprocating compressor 10 above the compression space 17.
  • the valve plate 20 has an outlet opening 28 which connects the compression space 17 with a cylinder head volume 27 a arranged in the valve plate 20 and cylinder head of the piston compressor 10, which is connected to the outlet line 27.
  • the outlet valve 26 has as a valve body on a valve tongue 26 a, which dissolves from a predetermined pressure difference between the compression chamber 17 and the outlet 27 from the valve seat 26 b and a flow of air from the
  • the outlet valve 26 further has a contact element 26c arranged above the outlet opening 28, against which the valve tongue 26a bears in the opened state. As soon as the valve tongue 26a releases from the valve seat 26b, the pressurized air can escape from the
  • Cylinder head volume 27a for example, by forming deposits by
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention.
  • the construction of the piston compressor 10 in FIG. 3 largely corresponds to the construction of the piston compressor 10 shown in FIG.
  • Piston compressors 10 are denoted by the same reference numerals. In the following, only the differences between the reciprocating compressor 10 from FIG. 3 and the reciprocating compressor 10 from FIG. 1 will be explained.
  • the piston compressor 10 shown in FIG. 3 has a closing device in the form of a shut-off valve, which is arranged separately behind the outlet valve 26 in the flow direction.
  • the check valve is as a check valve 31 with biased
  • This check valve 31 opens when the pressure of the air discharged from the reciprocating compressor 10 flowing out of the compression space 17 through the exhaust valve 26 is higher by an amount than the pressure of the air in the exhaust pipe 27.
  • the amount of the pressure difference is at least so large that the bias of the check valve 31 is overcome, so that the check valve 31 opens.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a second exemplary
  • Embodiment of a piston compressor according to the invention 10 The construction of the piston compressor 10 in Fig. 4 corresponds largely to the structure of the illustrated in Fig. 1 and described for this purpose piston compressor 10 so that the same elements of the reciprocating compressors 10 are designated by the same reference numerals. In the following, only the differences of the piston compressor 10 from FIG. 4 with respect to the piston compressor 10 from FIG. 1 are explained.
  • the piston compressor 10 shown in Fig. 4 has a closing device in the form of a switchable valve device 32, which downstream of the
  • Exhaust valve 26 is arranged separately.
  • the switchable valve device 32 is executed in the exemplary embodiment as a 2/2-way valve, which is switchable from a closed position to the illustrated open position.
  • Valve device 32 is connected via a control line 32a to a control device 33 which opens and closes the switchable valve device 32 by means of switching signals transmitted via the control line 32a.
  • the control device 33 is furthermore connected to the clutch 3 via a control line 3a, signals relating to the switching position of the clutch 3 being transmitted to the control device 33 via the control line 3a.
  • the control device 33 is furthermore connected to the clutch 3 via a control line 3a, signals relating to the switching position of the clutch 3 being transmitted to the control device 33 via the control line 3a.
  • Control device 33 via a control line 33 a with the control of
  • Open position switchable valve device 32 are conveyed into the outlet 27 and fed to the compressed air system.
  • the control device 33 is connected to the control of the compressed air system, the opening of the clutch 3 simultaneously with the switching of the switchable
  • Valve device 32 in the closed position and the closing of the clutch. 3

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Abstract

Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, der optional mittels einer Kupplung von einer Antriebseinrichtung trennbar ist. Der Kolbenkompressor weist ein Einlassventil, welches zwischen einer Einlassleitung für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors angeordnet ist und ein Auslassventil, welches zwischen dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors und einer Auslassleitung für verdichtetes Gas angeordnet ist, auf. Ferner weist der Kolbenkompressor eine Schließeinrichtung auf, welche die Auslassleitung gegenüber dem Verdichtungsraum abschließt.

Description

BESCHREIBUNG
KOLBENKOMPRESSOR MIT SCHLIESSEINRICHTUNG FÜR DIE AUSLASSLEITUNG
Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, der optional mittels einer Kupplung von einer Antriebseinrichtung trennbar ist, mit einem Einlassventil, welches zwischen einer Einlassleitung für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors angeordnet ist und einem
Auslassventil, welches zwischen dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors und einer Auslassleitung für verdichtetes Gas angeordnet ist.
Derartige Kompressoren werden beispielsweise für die Druckluftversorgung von Nutzfahrzeugen, insbesondere für die Druckluftversorgung des Bremssystems eingesetzt. Dabei erfolgt der Antrieb des Kompressors über den Antriebsstrang des Verbrennungsmotors. Es sind Anwendungen bekannt, bei welchen zwischen dem Kompressor und der Antriebsverbindung eine Kupplung angeordnet ist, um den Kompressor vom Antrieb zu trennen, wenn das Druckluftsystem des Nutzfahrzeugs mit Druckluft gefüllt ist. Bei bekannten Ausführungsformen wird gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung die Auslassleitung des Kompressors entleert. Bei der
Wiederinbetriebnahme des Kompressors muss erst der Druck in der dann druckfreien Auslassleitung wieder aufgebaut werden, bevor Druckluft in das Druckluftsystem geliefert werden kann. Zur Vermeidung solcher Effizienzverluste sind auch Lösungen bekannt, bei welchen die Auslassleitung nicht druckfrei geschaltet wird, während der Kolbenkompressor nicht angetrieben wird.
Bei Kolbenkompressoren der genannten Art besteht die Gefahr, dass ein Auslassventil durch Verunreinigen wie Beläge durch Schmierölrückstände oder insbesondere von solchen gelöste Partikel undicht wird. Dabei weisen die Auslassventile häufig eine Ventilzunge auf, zwischen die und deren Ventilsitz solche Verunreinigungen gelangen können und dort das vollständige Schließen des Ventils verhindern. Im Fall einer beispielsweise hieraus resultierenden Undichtigkeit eines Auslassventils in Verbindung mit einer unter Druck stehenden Auslassleitung während der Trennung des Kompressors vom Antrieb kann Druckluft zurück in den Verdichtungsraum des
Kompressors gelangen. Der Druck im Verdichtungsraum eines Kolbenkompressors in einem 12,5 bar-System kann dann auf bis zu 6 bar ansteigen. Bei der
Wiederinbetriebnahme des Kolbenkompressors mit einem derart hohen Druck im
Verdichtungsraum resultiert beim ersten Verdichtungshub des Kolbens eine
Verdichtung des Gases im Verdichtungsraum bis auf etwa 60 bar. Das hierbei auftretende Drehmoment ist bei weitem zu hoch für die Kupplung, welche in diesem Fall durchrutscht, überhitzt und unzulässig stark verschleißt. Zudem kann ein solch hoher Druck im Verdichtungsraum auch zu einer Beschädigung des Kompressors selbst führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kolbenkompressor zur Verfügung zu stellen, welcher die vorgenannten Nachteile und die hieraus
entstehenden unerwünschten Wirkungen vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kolbenkompressor gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Kolbenkompressors gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen. Weiterbildungen des Kolbenkompressors sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases vorgeschlagen, der optional mittels einer Kupplung von einer Antriebseinrichtung trennbar ist, mit einem Einlassventil, welches zwischen einer Einlassleitung für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors angeordnet ist und einem Auslassventil, welches zwischen dem Verdichtungsraum des
Kolbenkompressors und einer Auslassleitung für verdichtetes Gas angeordnet ist. Der Kolbenkompressor weist eine in Strömungsrichtung des Gases hinter dem Auslassventil angeordnete separate Schließeinrichtung auf, mittels welcher die Auslassleitung während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung gegenüber dem Verdichtungsraum abschließbar ist.
Ein solcher Kolbenkompressor weist eine Einlassleitung auf, die insbesondere Teil eines Einlasssystems ist und durch welche ein zu verdichtendes Gas zu einem Verdichtungsraunn des Kolbenkompressors geführt wird. Zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum ist dabei ein Einlassventil angeordnet, welches während dem Ansaugen von zu verdichtendem Gas in den Verdichtungsraum (der Druck im Verdichtungsraum ist geringer als der Druck in der Einlassleitung) geöffnet ist. Während der Verdichtung des Gases im Verdichtungsraum (der Druck im Verdichtungsraum ist höher als der Druck in der Einlassleitung) schließt das Einlassventil den
Verdichtungsraum gegenüber der Einlassleitung ab.
Zwischen dem Verdichtungsraum und der Auslassleitung ist ein Auslassventil angeordnet, welches beim Ausstoßen des verdichteten Gases aus dem
Verdichtungsraum geöffnet ist (der Druck im Verdichtungsraum ist höher als der Druck in der Auslassleitung) und so eine Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum und der Auslassleitung definiert. Das Auslassventil schließt während dem Ansaugen von zu verdichtendem Gas in den Verdichtungsraum die Verbindung zwischen
Verdichtungsraum und Auslassleitung ab (der Druck im Verdichtungsraum ist geringer als der Druck in der Auslassleitung), um ein Rückströmen von verdichtetem Gas aus der Auslassleitung in den Verdichtungsraum zu verhindern.
Sowohl für Einlass- als auch für Auslassventile von Kolbenkompressoren werden häufig Ventile eingesetzt, die einen Schließkörper aufweisen, der abhängig von der
Druckdifferenz auf beiden Seiten des Ventils auf den Ventilsitz gedrückt wird und dadurch das Ventil schließt oder vom Ventilsitz abgehoben wird, wodurch das Ventil öffnet. Eine übliche Bauart solcher Ventile weist eine als Schließkörper dienende Ventilzunge auf. Es ist aber auch bekannt für Kolbenkompressoren Einlass- und Auslassventile einzusetzen, welche geschaltete Ventilkörper aufweisen.
Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor weist eine in Strömungsrichtung des Gases hinter dem Auslassventil angeordnete separate Schließeinrichtung auf. Diese
Schließeinrichtung ist so ausgebildet, dass sie zum insbesondere gasdichten
Abschließen der Auslassleitung zum Auslassventil hin geeignet ist. Ein Rückströmen von verdichtetem Gas aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum durch ein möglicherweise nicht zuverlässig geschlossenes Auslassventil kann so durch die geschlossene Schließeinrichtung verhindert werden. Die Schließeinrichtung ist eine gegenüber dem Auslassventil separate Einrichtung, die unabhängig vom Auslassventil angeordnet ist und nicht mit diesem in Wirkverbindung steht. Die Schließeinrichtung ist insbesondere benachbart zum Auslassventil am zum Verdichtungsraum weisenden Anfang der Auslassleitung angeordnet. Eine Gefahr für ein Rückströmen von unter Druck stehendem, verdichtetem Gas aus der Auslassleitung zurück in den
Verdichtungsraum besteht besonders während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung und insbesondere bei gefüllter Auslassleitung. Daher ist die Auslassleitung insbesondere während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung mittels der Schließeinrichtung gegenüber dem Verdichtungsraum abschließbar. So wird verhindert, dass unter Druck stehendes verdichtetes Gas während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung insbesondere durch ein nicht vollständig schließendes Auslassventil aus der
Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt und dort eine Druckerhöhung mit den eingangs beschriebenen Folgen verursachen kann.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors schließt die Schließeinrichtung die Auslassleitung abhängig von der an beiden Seiten der Schließeinrichtung anliegenden Druckdifferenz. Die Schließeinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass diese dann schließt, wenn der Druck in der Auslassleitung in Strömungsrichtung des Gases nach der Schließeinrichtung höher ist, als der Druck in der Auslassleitung vor der
Schließeinrichtung, also in Richtung zum Verdichtungsraum des Kolbenkompressors. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Auslassventil nicht zuverlässig schließt, so dass verdichtetes Gas aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum strömen kann. Dabei entsteht auf der dem Verdichtungsraum zugewandten Seite der Schließeinrichtung ein Druckabfall, der dann zum Schließen der Schließeinrichtung führt.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet ein Sperrventil die
Schließeinrichtung. Sperrventile schalten auch abhängig von der an beiden Seiten des Sperrventils anliegenden Druckdifferenz. Bei Sperrventilen ist das Schließelement üblicherweise vorgespannt, so dass das Ventil bei gleichem Druck auf beiden Seiten des Ventils oder einem bis zu einer durch die Vorspannung ausgleichbaren
Druckdifferenz geschlossen bleibt. Zum Öffnen eines Sperrventils ist daher eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Ventils erforderlich, wie sie insbesondere während des Verdichtungsbetriebs des Kolbenkompressors vorliegt. Sobald der Kolbenverdichter nicht mehr angetrieben wird - insbesondere während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung - liegt keine
ausreichende Druckdifferenz am Sperrventil mehr vor, so dass das Sperrventil die Auslassleitung gegenüber dem Verdichtungsraum abschließt. Eine geeignete Bauart eines für den vorliegenden Zweck geeigneten Sperrventils ist ein Rückschlagventil.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet eine schaltbare
Ventileinrichtung die Schließeinrichtung. Bei dieser Ausführungsform ist die
Schaltstellung der Schließeinrichtung frei ansteuerbar, insbesondere abhängig von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise abhängig vom Schaltzustand der Kupplung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Kolbenkompressor oder abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Druckgassystem und dem Verdichtungsraum.
Bei einer Ausführungsform dieses Kolbenkompressors ist die schaltbare
Schließeinrichtung so ausgebildet, das diese gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung in eine Schließposition schaltbar ist. Eine Schaltung der Schließeinrichtung gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung in eine Schließposition bietet den Vorteil, dass die
Auslassleitung immer gegenüber dem Verdichtungsraum abgeschlossen ist, sobald der Kolbenkompressor nicht angetrieben wird. Auf diese Weise kann die Gefahr einer unerkannten Leckage von verdichtetem Gas zurück in den Verdichtungsraum bei nicht angetriebenen Kolbenkompressor mit den oben beschriebenen negativen
Auswirkungen verhindert werden, da bei dieser Ausführungsform die Auslassleitung bei geöffneter Kupplung unabhängig von einer Leckage des Auslassventils verschlossen ist.
Bei einer Ausführungsform dieses Kolbenkompressors bildet ein 2/2-Wegeventil die schaltbare Ventileinrichtung. Ein solches Ventil stellt eine zweckmäßige und
zuverlässige Ausführungsform einer schaltbaren Schließeinrichtung dar.
Eine Ausführungsform des Kolbenkompressors weist eine Steuereinrichtung auf, welche sowohl mit der Kupplung als auch mit der schaltbaren Ventileinrichtung signalverbunden ist. Eine derartige Steuereinrichtung kann von der Steuereinrichtung der Druckgasanlage gebildet sein, welche die Steuerung der schaltbaren
Ventileinrichtung mit übernimmt. Alternativ ist aber auch möglich, dass der
Kolbenkompressor für diesen Zweck eine von der Steuereinrichtung der
Druckgasanlage separate Steuereinrichtung aufweist, welche zur Schaltung der Schließeinrichtung dient.
Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Verfahren zum Betrieb eines
Kolbenkompressors zum Verdichten eines Gases vorgeschlagen. Der
Kolbenkompressor ist dabei optional mittels einer Kupplung von einer
Antriebseinrichtung trennbar, und weist ein Einlassventil auf, welches zwischen einer Einlassleitung für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum des
Kolbenkompressors angeordnet ist und weist ein Auslassventil auf, welches zwischen dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors und einer Auslassleitung für verdichtetes Gas angeordnet ist. Ferner weist der Kolbenkompressor eine in
Strömungsrichtung des Gases hinter dem Auslassventil angeordnete separate schaltbare Schließeinrichtung auf, mittels welcher die Auslassleitung während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung gegenüber dem
Verdichtungsraum abschließbar ist, sowie eine Steuereinrichtung, welche sowohl mit der Kupplung als auch mit der schaltbaren Ventileinrichtung signalverbunden ist. Bei dem Verfahren zum Betrieb des Kolbenkompressors schaltet die Steuereinrichtung die schaltbare Ventileinrichtung dann in eine Schließposition, wenn die Kupplung zwischen dem Kolbenkompressor und der Antriebseinrichtung geöffnet ist. Dadurch, dass die Schließeinrichtung bei geöffneter Kupplung zwischen dem
Kolbenkompressor und der Antriebseinrichtung in eine Schließposition geschaltet wird, ist die Auslassleitung gegenüber dem Verdichtungsraum bei nicht angetriebenem Kolbenkompressor immer abgeschlossen. Auf diese Weise kann auch im Falle eines nicht zuverlässig schließenden Auslassventils kein verdichtetes Gas bei nicht angetriebenem Kolbenkompressor zurück in den Verdichtungsraum gelangen und die oben beschriebenen negativen Auswirkungen verursachen. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb eines Kolbenkompressors schaltet die Steuereinrichtung die schaltbare Ventileinrichtung dann in eine
Offenposition, wenn die Kupplung zwischen dem Kolbenkompressor und der
Antriebseinrichtung geschlossen ist. Durch diesen Verfahrensschritt wird erreicht, dass die Auslassleitung gegenüber dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors immer geöffnet ist, sobald der Kolbenkompressor angetrieben wird, um den Aufbau eines Gegendrucks am Auslass gegenüber dem Verdichtungsraum zu verhindern, welcher sich negativ auf die Verdichtungsleistung des Kolbenkompressors auswirken oder gar zu einer Beschädigung des Kolbenkompressors und/ oder der Kupplung führen könnte.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors, der mit dem vorgeschlagenen Verfahren betrieben wird, ist die Schließeinrichtung so ausgebildet, das diese
gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung in eine Schließposition schaltbar ist. Die schaltbare Schließeinrichtung kann dabei beispielsweise von einem 2/2-Wegeventil gebildet sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
In den Figuren zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kolbenkompressors des
Stands der Technik;
Fig. 2 eine Darstellung eines beispielhaften Auslassventils wie es in
Kolbenkompressoren im Stand der Technik verwendet wird;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welcher ein Sperrventil die Schließeinrichtung bildet; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welcher eine schaltbare
Ventileinrichtung die Schließeinrichtung bildet. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kolbenkompressors 10 wie er im Stand der Technik bekannt ist. Die Kurbelwelle 1 1 des Kolbenkompressors 10 ist über eine Kupplung 3 mit einer Antriebseinrichtung (nicht dargestellt, hier ein
Verbrennungsmotor) verbunden und mittels der Kupplung 3 wahlweise von dieser Antriebseinrichtung trennbar. Bei geöffneter Kupplung 3 wird somit kein Drehmoment auf die Kurbelwelle 1 1 des Kolbenkompressors 10 übertragen, so dass die Kurbelwelle
1 1 während der Trennung des Kolbenkompressors 10 von der Antriebseinrichtung still steht. Die Kurbelwelle 1 1 ist mit einem exzentrisch daran gelagerten Pleuel 12 verbunden, an welchem ein Kolben 13 gelagert ist. Der Kolben 13 ist axial bewegbar in einem Zylinder 14 des Kolbenkompressors 10 gelagert. Der wenigstens eine Kurbelwelle 1 1 , ein Pleuel
12 und einen Kolben 13 aufweisende Kurbeltrieb 15 ist in einem Kurbelgehäuse 16 angeordnet, welches fest mit dem Zylinder 14 verbunden ist. Durch eine Drehbewegung der Kurbelwelle 1 1 wird der Kolben 13 vom Pleuel 12 so im Zylinder 14 bewegt, dass dieser eine Hubbewegung ausführt.
Oberhalb des Kolbens 13 ist der Zylinder 14 durch eine Ventilplatte 20 verschlossen. Damit definieren der Zylinder 14, der Kolben 13 und die Ventilplatte 20 den
Verdichtungsraum 17 im Zylinder 14. An der Ventilplatte 20 ist ein Einlassventil 21 angeordnet, das zwischen einer Einlassleitung 22 und dem Verdichtungsraum 17 angeordnet ist. Die Einlassleitung 22 ist Teil eines Einlasssystems 23, das Frischluft aus der Umgebung durch einen Filter (nicht dargestellt) ansaugt und über die
Einlassleitung 22 durch den Zylinderkopf (nicht dargestellt) dem Verdichtungsraum 17 zuführt. Der Zylinderkopf ist oberhalb der Ventilplatte 20 angeordnet und weist ein Zylinderkopfvolumen 24 auf, welches über das Einlassventil 21 mit dem
Verdichtungsraum 17 in Verbindung steht. Das Einlassventil 21 ist dabei als Sperrventil ausgeführt, welches ein Ansaugen von Frischluft in den Verdichtungsraum 17
ermöglicht, jedoch ein Zurückströmen der über die Einlassleitung 22 in den
Verdichtungsraum 17 angesaugten Luft verhindert.
An der Ventilplatte 20 ist ferner ein Auslassventil 26 angeordnet, das zwischen dem Verdichtungsraum 17 und einer Auslassleitung 27 angeordnet ist. Über die Auslassleitung 27 wird verdichtetes Gas, hier Luft, einem hier nicht dargestellten Druckluftspeicher zugeführt. Dabei verhindert das Auslassventil 26, das ebenfalls als Sperrventil ausgeführt ist, ein Zurückströmen von verdichteter Luft aus der
Auslassleitung 27 in den Verdichtungsraum 17.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Auslassventils 26, wie es in
Kolbenkompressoren 10 im Stand der Technik häufig verwendet wird. Das
Auslassventil 26 ist an der Ventilplatte 20 des Kolbenkompressors 10 oberhalb des Verdichtungsraums 17 angeordnet. Die Ventilplatte 20 weist eine Auslassöffnung 28 auf, welche den Verdichtungsraum 17 mit einem in Ventilplatte 20 und Zylinderkopf des Kolbenkompressors 10 angeordneten Zylinderkopfvolumen 27a verbindet, welches mit der Auslassleitung 27 verbunden ist.
Das Auslassventil 26 weist als Ventilkörper eine Ventilzunge 26a auf, welche sich ab einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsraum 17 und der Auslassleitung 27 vom Ventilsitz 26b löst und einen Durchfluss von Luft aus dem
Verdichtungsraum 17 in die Auslassleitung 27 ermöglicht. Das Auslassventil 26 weist ferner ein oberhalb der Auslassöffnung 28 angeordnetes Anlageelement 26c auf, an dem die Ventilzunge 26a im geöffneten Zustand anliegt. Sobald sich die Ventilzunge 26a vom Ventilsitz 26b löst, kann die unter Druck stehende Luft aus dem
Verdichtungsraum 17 durch die seitlichen offenen Bereiche an der Ventilzunge 26a und dem Anlageelement 26c vorbei in die Auslassleitung 27 strömen.
Gelangen Verunreinigungen aus dem Verdichtungsraum 17 oder aus dem
Zylinderkopfvolumen 27a, die sich beispielsweise von sich bildenden Belägen durch
Rückstände in der durchströmenden Luft von der heißen Oberseite des Kolbens 13, der Ventilplatte 20 oder dem Zylinderkopfvolumen 27a lösen, zwischen die Ventilzunge 26a und den Ventilsitz 26b, besteht die Gefahr, dass das Auslassventil 26 nicht mehr vollständig schließt. In diesem Fall kann verdichtete Luft aus der Auslassleitung 27 in den Verdichtungsraum 17 zurück strömen, sobald der Druck im Verdichtungsraum 17 unter den Druck in der Auslassleitung 27 sinkt. Bei einem 12,5 bar-Druckluftsystem eines Nutzfahrzeugs kann der Verdichtungsraum 17 des Kolbenkompressors 10 beispielsweise durch die dahin zurückströmende Luft mit einem Druck von bis zu 6 bar beaufschlagt werden. Wird der Kolbenkompressor 10 dann wieder mit der Antriebseinrichtung verbunden, erzeugt der Kolbenkompressor 10 beim ersten Hub einen Innendruck von bis zu 60 bar. Sofern der Verdichtungsraum 17 diesem enormen Innendruck standhält, ist das dabei an der Kurbelwelle 1 1 entstehende Drehmoment für die Kupplung 3 üblicherweise viel zu hoch, so dass diese durchrutscht, dabei überhitzt und unzulässig schnell verschleißt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in Fig. 3 entspricht weitgehend dem Aufbau des in Fig. 1 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der
Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus Fig. 3 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus Fig. 1 erläutert.
Der in Fig. 3 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Schließeinrichtung in Form eines Sperrventils auf, das in Strömungsrichtung hinter dem Auslassventil 26 separat angeordnet ist. Das Sperrventil ist als Rückschlagventil 31 mit vorgespanntem
Ventilkörper ausgebildet. Dieses Rückschlagventil 31 öffnet dann, wenn der Druck der vom Kolbenkompressor 10 ausgestoßenen Luft, die aus dem Verdichtungsraum 17 durch das Auslassventil 26 strömt, um einen Betrag höher ist, als der Druck der Luft, die sich in der Auslassleitung 27 befindet. Der Betrag der Druckdifferenz ist mindestens so groß, dass die Vorspannung des Rückschlagventils 31 überwunden wird, damit das Rückschlagventil 31 öffnet.
Während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 befindet sich keine verdichtete Luft im Verdichtungsraum 17. Auch wenn das Auslassventil 26 nicht zuverlässig schließt, kann keine verdichtete Luft aus der unter Druck stehenden Auslassleitung 27 zurück in den Verdichtungsraum 17 strömen, da die Auslassleitung durch das Rückschlagventil 31 gegenüber dem Verdichtungsraum 17 abgeschlossen ist. Im Verdichtungsbetrieb des Kolbenkompressors 10 wird verdichtete Luft, die unter einem höheren Druck steht als die verdichtete Luft in der Auslassleitung 27 durch das Auslassventil 26 gefördert. Durch die Druckdifferenz der aus dem Verdichtungsraum 17 ausgestoßenen Luft gegenüber dem Druck in der Auslassleitung 27 öffnet sich das Rückschlagventil 31 , und die verdichtete Luft wird der Auslassleitung 27und damit dem Druckluftsystem
zugeführt. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10. Auch der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in Fig. 4 entspricht weitgehend dem Aufbau des in Fig. 1 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus Fig. 4 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus Fig. 1 erläutert.
Der in Fig. 4 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Schließeinrichtung in Form einer schaltbaren Ventileinrichtung 32 auf, die in Strömungsrichtung hinter dem
Auslassventil 26 separat angeordnet ist. Die schaltbare Ventileinrichtung 32 ist bei der beispielhaften Ausführungsform als 2/2-Wegeventil ausgeführt, welches von einer Schließstellung in die dargestellte Offenstellung schaltbar ist. Die schaltbare
Ventileinrichtung 32 ist über eine Steuerleitung 32a mit einer Steuereinrichtung 33 verbunden, welche die schaltbare Ventileinrichtung 32 mittels über die Steuerleitung 32a übertragene Schaltsignale öffnet und schließt. Die Steuereinrichtung 33 ist bei der beispielhaften Ausführungsform ferner über eine Steuerleitung 3a mit der Kupplung 3 verbunden, wobei über die Steuerleitung 3a Signale bezüglich der Schaltstellung der Kupplung 3 an die Steuereinrichtung 33 übermittelt werden. Optional ist die
Steuereinrichtung 33 über eine Steuerleitung 33a mit der Steuerung des
Druckluftsystems verbunden.
Während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 - die Kupplung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Kolbenkompressor 10 ist geöffnet - ist die schaltbare Ventileinrichtung 32 in die geschlossene Stellung geschaltet. Auch wenn das
Auslassventil 26 nicht zuverlässig schließt, kann keine verdichtete Luft aus der unter Druck stehenden Auslassleitung 27 zurück in den Verdichtungsraum 17 strömen, da die Auslassleitung 27 in der geschlossenen Stellung der schaltbaren Ventileinrichtung 32 gegenüber dem Verdichtungsraum 17 abgeschlossen ist. Beim Schließen der Kupplung 3 zu Beginn des Verdichtungsbetriebs des Kolbenkompressors 10 wird die schaltbare Ventileinrichtung 32 in die in Fig. 4 gezeigte geöffnete Stellung geschaltet. Dadurch kann verdichtete Luft, die unter einem höheren Druck steht als die verdichtete Luft in der Auslassleitung 27, durch das Auslassventil 26 und durch die sich in der
Offenstellung befindende schaltbare Ventileinrichtung 32 in die Auslassleitung 27 gefördert und dem Druckluftsystem zugeführt werden. Optional kann bei einer Variante, bei der die Steuereinrichtung 33 mit der Steuerung des Druckluftsystems verbunden ist, das Öffnen der Kupplung 3 gleichzeitig mit dem Schalten der schaltbaren
Ventileinrichtung 32 in die Schließstellung und das Schließen der Kupplung 3
gleichzeitig mit dem Schalten der schaltbaren Ventileinrichtung 32 in die Offenstellung erfolgen.
BEZUGSZEICHENLISTE
3 Kupplung
3a Steuerleitung
10 Kolbenkompressor
1 1 Kurbelwelle
12 Pleuel
13 Kolben
14 Zylinder
15 Kurbeltrieb
16 Kurbelgehäuse
17 Verdichtungsraum
20 Ventilplatte
21 Einlassventil
22 Einlassleitung
23 Einlasssystem
24 Zylinderkopfvolunnen (Einlass)
26 Auslassventil
26a Ventilzunge
26b Ventilsitz
26c Anlageelement
27 Auslassleitung
28 Auslassöffnung
31 Sperrventil
32 schaltbare Ventileinrichtung
32a Steuerleitung
33 Steuereinrichtung
33a Steuerleitung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, der optional mittels einer
Kupplung (3) von einer Antriebseinrichtung trennbar ist, mit einem Einlassventil (21 ), welches zwischen einer Einlassleitung (22) für zu verdichtendes Gas und einem
Verdichtungsraum (17) des Kolbenkompressors (10) angeordnet ist und einem
Auslassventil (26), welches zwischen dem Verdichtungsraum (17) des
Kolbenkompressors (10) und einer Auslassleitung (27) für verdichtetes Gas angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkompressor (10) eine in
Strömungsrichtung des Gases hinter dem Auslassventil (26) angeordnete separate Schließeinrichtung (31 , 32) aufweist, mittels welcher die Auslassleitung (27) während der Trennung des Kolbenkompressors (10) von der Antriebseinrichtung gegenüber dem Verdichtungsraum (17) abschließbar ist.
2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Schließeinrichtung (31 ) die Auslassleitung (27) abhängig von der an beiden Seiten der Schließeinrichtung (31 ) anliegenden Druckdifferenz schließt.
3. Kolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrventil (31 ) die Schließeinrichtung bildet.
4. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine schaltbare Ventileinrichtung (32) die Schließeinrichtung bildet.
5. Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Schließeinrichtung (32) so ausgebildet ist, das diese gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung (3) in eine Schließposition schaltbar ist.
6. Kolbenkompressor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein
2/2-Wegeventil die schaltbare Ventileinrichtung (32) bildet.
7. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (33), welche sowohl mit der Kupplung (3) als auch mit der schaltbaren Ventileinrichtung (32) signalverbunden ist.
8. Verfahren zum Betrieb eines Kolbenkompressors nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (33) die schaltbare Ventileinrichtung (32) dann in eine Schließposition schaltet, wenn die Kupplung (3) zwischen dem
Kolbenkompressor (10) und der Antriebseinrichtung geöffnet ist.
9. Verfahren zum Betrieb eines Kolbenkompressors nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (33) die schaltbare Ventileinrichtung (32) dann in eine Offenposition schaltet, wenn die Kupplung (3) zwischen dem
Kolbenkompressor (10) und der Antriebseinrichtung geschlossen ist.
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