EP3763941B1 - Kolbenkompressor einer druckluftversorgungsanlage in kraftfahrzeugen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a piston compressor of a compressed air supply system in motor vehicles, in particular in commercial vehicles, with a valve plate acting as a valve carrier, which is arranged between a cylinder housing and a cylinder head of the piston compressor, and which, in addition to a suction valve and a pressure valve, has a relief valve for connecting one in the Has cylinder housing formed working space with a relief chamber arranged in the cylinder head and further a cooling channel for water cooling, especially the pressure valve.
- the cylinder head of a piston compressor is usually made as a die-cast component from a light metal alloy and is usually screwed to the cylinder housing of the piston compressor via a valve plate that acts as a valve carrier and on which suction and pressure valves designed as lamellar valves are attached.
- the cylinder head can also have a relief chamber.
- the inlet chamber is connected to the environment via a filter arrangement and is connected in the suction tract of the associated piston to the working chamber of the cylinder housing via mostly several inlet channels arranged in the valve plate through a suction valve, which is then opened and designed as a lamellar valve, which is attached to the valve plate on the cylinder side .
- the working chamber of the cylinder housing is connected to the outlet chamber, which is connected to a delivery line of the compressed air supply system, via at least one outlet channel arranged in the valve plate, through a pressure valve, which is then opened and designed as a lamellar valve, which is arranged on the head side of the valve plate .
- the working chamber of the cylinder housing is connected to the relief chamber via at least one relief channel formed in the valve plate through a relief valve that is then open, so that the The working space of the cylinder housing is then enlarged by the relief chamber.
- air is sucked out of the inlet chamber and the relief chamber into the working space of the cylinder housing in the suction cycle and pressed into the relief chamber in the pressure cycle, so that the previously sucked in air is less compressed.
- the relief valve can be designed as a piston valve arranged largely in the cylinder head or as a sliding plate valve mounted on the valve plate.
- At least one cooling channel can be arranged in the valve plate, which runs at least around the outlet channel and cooling water flows through it during operation of the reciprocating compressor.
- the DE 33 29 790 C2 describes a typical reciprocating compressor with a one-piece valve plate.
- Several inlet channels, two outlet channels and two relief channels are formed in the valve plate.
- the relief channels lead from the working space of the cylinder housing to the inlet chamber of the cylinder head and can be opened by means of a sliding lamella.
- the sliding lamella is arranged in a cylinder-side recess of the valve plate between the valve lamella of the suction valve and the inner wall of the recess and is articulated at one end.
- the sliding plate is in an adjusting connection with a pressure-actuated adjusting cylinder, the components of which are arranged in a stepped bore in the valve plate.
- the actuating cylinder When the piston compressor is idling, the actuating cylinder is pressurized with compressed air, as a result of which the sliding lamella is pivoted and the relief channels are opened. As a result, the air sucked in in the suction tract of the associated piston is pushed back into the inlet chamber in the pressure cycle.
- the valve plate of this reciprocating compressor does not have a cooling channel.
- valve plate of a reciprocating compressor has a cooling channel.
- the valve plate consists of two plate halves which are roughly in the middle and are glued to one another, which are manufactured as die-cast components and, in addition to the inlet and outlet channels, also each have a circumferentially half-open cooling channel.
- a sleeve or a hollow rivet is inserted into each of the outlet channels in order to protect the sealing adhesive layer from excessive exposure to heat.
- Another valve plate of a reciprocating compressor provided with a cooling channel is from the DE 10 2008 018 467 A1 known.
- This valve plate is constructed in three parts and comprises a core plate, a cylinder-side base plate and a top-side cover plate.
- the base plate is glued or soldered to the core plate, and a seal is arranged between the core plate and the cover plate.
- a meandering opening of a cooling channel is formed in the base plate, which runs close to the outlet channels of the pressure valves and, in the assembled state, is bounded on the head side by the core plate and connected on the cylinder side to a coolant inlet and a coolant outlet of the cylinder housing.
- valve plate of a reciprocating compressor provided with two cooling channels is described, which is constructed in two parts and has a core plate and a cover plate at the top.
- the cover plate is glued or welded to the core plate.
- the cooling channels which predominantly run near the outlet channels of the pressure valves, are designed as half-open channels in the core plate and, in the assembled state, are delimited on the head side by the cover plate.
- valve plate which has an inlet opening and an outlet opening and cooling channels in the base plate for the flow of a coolant.
- the invention was based on the object of providing a piston compressor for motor vehicles, in particular for utility vehicles of the type mentioned, the valve plate of which in addition to a suction valve and a pressure valve, it also has a relief valve and a cooling channel.
- the valve plate should enable effective cooling, in particular of the pressure valve, with a structure that is as simple and compact as possible.
- the invention therefore relates to a piston compressor of a compressed air supply system in motor vehicles, in particular in commercial vehicles, with a valve plate acting as a valve carrier, which is arranged between a cylinder housing and a cylinder head of the piston compressor, and which, in addition to a suction valve and a pressure valve, has a relief valve for connecting one in the Has cylinder housing formed working space with a relief chamber arranged in the cylinder head and further a cooling channel for water cooling, especially the pressure valve.
- the valve lamellae of the suction valve and the pressure valve as well as the sliding lamella of the relief valve are fastened or stored on the base plate or the cover plate, which consist of a material with high heat resistance, so that the fastenings and bearings of the Valve lamellas and the sliding lamella is given.
- the arrangement of the cooling channel in the core plate which is made of a material with high thermal conductivity, results in optimal cooling of the pressure valve, the components of which are strongly heated by the compressed air, which is heated as a result of compression.
- the construction of the suction valve and the pressure valve as lamellar valves and the relief valve as a sliding lamella valve and the arrangement of the actuating actuator in the core plate results in a very compact construction of the valve plate with a relatively low overall height.
- the core plate preferably consists of a light metal alloy, in particular an aluminum alloy, since this material has a thermal conductivity that is approximately four times higher than steel.
- the thermal conductivity for aluminum is 220 W / m ° K at 0 ° Celsius, for example, and 46.5 W / m ° K for steel, for example, at 20 ° Celsius.
- the material of the core plate should therefore preferably have a thermal conductivity of more than 100 W / m ° K.
- the core plate is preferably manufactured as a die-cast component, which is particularly cost-effective due to little mechanical post-processing.
- the base plate and the cover plate are preferably made of steel and are cut out and / or punched out of a steel sheet, since steel has a heat resistance approximately three times higher than aluminum, and cutting or punching out of a steel sheet is particularly cost-effective due to little mechanical post-processing.
- the material of the base plate and the cover plate should therefore have a high temperature strength which is at least twice as high as the high temperature strength of aluminum.
- the base plate and the cover plate are soldered to the core plate.
- the base plate and the cover plate can also be glued to the core plate.
- the known adhesives are sensitive to heat and tend to become brittle, so that the tightness is no longer given after a certain period of operation.
- the bottom plate and the cover plate are soldered to the core plate at least on their outer edges facing the core plate and on their inner edges lying in the outlet channel. This achieves a stable connection between the components and an effective sealing of the outlet channel.
- the at least one cooling channel is preferably closed on the circumferential side and arranged completely within the core plate, which can be easily achieved in terms of casting by using appropriate casting cores and, due to the homogeneous environment of the cooling channel with the light metal alloy, optimal heat conduction into the Cooling channel flowing through cooling water and thus a good cooling of the pressure valve causes.
- the at least one cooling channel preferably has a largely rectangular cross-section, since this significantly increases the inner wall surface of the cooling channel, which acts as a contact area between the core plate and the cooling water, compared to a cooling channel with a circular cross-section.
- Piston compressor 2 shown in a side view, of a compressed air supply system, which can be used, for example, in a motor vehicle to generate compressed air for a pneumatic brake system and / or an air suspension system, has a crankcase 4 and a cylinder housing 6 that is integrally connected to this and provided with cooling fins.
- a crankshaft 8 is rotatably mounted in the crankcase 4 and can be driven by a drive motor.
- a piston which cannot be seen, is guided in an axially movable manner in a cylinder bore of the cylinder housing 6 and is connected in an articulated manner to the crankshaft 8 via a connecting rod.
- a valve plate 12, which acts as a valve carrier, and a cylinder head 16 provided with cooling fins are placed on the cylinder housing 6 with two flat seals 10, 14 in between, and fastened to the cylinder housing 6 by means of screws 18a, 18b.
- the cylinder head 16 has an inlet chamber, an outlet chamber and a relief chamber.
- the inlet chamber is connected to the environment via a filter arrangement not shown here and is connected in the suction cycle of the piston via a suction valve 28, which is then opened, to a working space of the cylinder housing 6 delimited by the piston and the valve plate 12 ( Fig. 2 ).
- the working space of the cylinder housing 6 is connected via a pressure valve 38, which is then opened, to the outlet chamber, which is connected to a delivery line of the compressed air supply system.
- the working chamber of the cylinder housing 6 is connected to the relief chamber via a then opened relief valve 48, so that the working chamber of the cylinder housing 6 is then enlarged by the relief chamber.
- the valve plate 12 is constructed in three parts and consists of a cylinder-side base plate 20, a head-side cover plate 24 and a core plate 22 arranged between them.
- the core plate 22 consists of a material with high thermal conductivity, in particular a light metal alloy or aluminum alloy, and is manufactured as a die-cast component .
- the bottom plate 20 and the cover plate 24 consist of a material with high heat resistance, in particular steel, and they are cut out and / or punched out of a steel plate.
- four through bores 26a, 26b, 26c, 26d are arranged, through which the screws 18a, 18b are guided in the assembled state.
- the suction valve 28 is designed as a lamellar valve and comprises several inlet channels 30 arranged in the shape of a circular arc in the valve plate 12 and having a circular cross-section as well as a valve lamella 32 which covers the inlet channels 30 and is provided with a central recess 34, which is arranged within a cylinder-side recess 36 of the base plate 20.
- the pressure valve 38 is designed as a lamellar valve and comprises an outlet channel 40 with an oval cross-section, which is arranged in the valve plate 12 radially within the circular arc formed by the placement of the inlet channels 30, and a rectangular valve lamella 42 which covers the outlet channel 40 and is located on the head-side outer wall of the cover plate 24 is arranged.
- the valve lamella 42 is displaceably guided with two bores on two screw bolts 44a, 44b which are fastened in corresponding threaded bores in the cover plate 24 and carry a catch plate 46 on the head side. The opening path of the valve lamella 42 is limited by the catch plate 46.
- the relief valve 48 is designed as a slide plate valve and comprises two relief channels 50 with an oval cross-section, arranged in the shape of a circular arc between the inlet channels 30 and the outlet channel 40, as well as a slide plate 52 which is hinged on one side and which is mounted in the cylinder-side recess 36 of the Floor plate 20 is arranged between the valve lamella 32 of the suction valve 28 and the inner wall of the recess 36.
- a pneumatically actuatable adjusting cylinder 54 is provided, the adjusting piston 58 of which is in an adjusting connection with the sliding plate 52 at the end opposite the articulated bearing and is axially movable in a stepped bore 56 of the core plate 22.
- the actuating piston 58 is loaded axially on the inside by a compression spring 60 designed as a helical spring.
- a stop plug 62 is arranged axially on the outside in the bore 58 and is fixed by a locking ring 64 inserted into an annular groove.
- cooling channel 66 which wraps around the outlet channel 40 and through which cooling water flows when the piston compressor 2 is in operation.
- the cooling channel 66 is closed on the circumferential side, is located completely within the core plate 22 and has a largely rectangular cross section.
- the base plate 20 and the cover plate 24 are soldered to the core plate 22.
- the base plate 20 and the cover plate 24 on their outer edges facing the core plate 22 and are soldered to one another at their inner edges lying in the outlet channel 40 with the core plate 22.
- valve lamella 32 of the suction valve 28 is elastically bent open in the direction of the piston due to the suction pressure applied in the area of the inlet channels 30, so that air flows from the inlet chamber of the cylinder head 16 into the working chamber of the cylinder housing 6.
- the valve lamella 42 of the pressure valve 38 rests against the outer wall of the cover plate 24 due to the suction pressure applied, so that the pressure valve 38 is then closed.
- valve lamella 42 of the pressure valve 38 slides outwards due to the applied compression pressure on the screw bolts 44a, 44b until it rests against the catch plate 46, so that compressed air flows from the working space of the cylinder housing 6 into the outlet chamber of the cylinder head 16.
- the valve lamella 32 of the suction valve 28 rests against the inner wall of the recess 36 in the floor panel 20 due to the compression pressure applied, so that the suction valve 28 is then closed.
- the actuating cylinder 54 of the relief valve 48 is switched over by an external application of compressed air to the actuating piston 58 and the piston compressor 2 is thereby switched to idle mode.
- the actuating piston 58 then moves inward in the bore 56 of the core plate 22 against the restoring force of the compression spring 60, whereby the sliding plate 52 of the relief valve 48 is pivoted according to the directional arrow 76 shown and the relief channels 50 largely open.
- the working space of the cylinder housing 6 is thus increased by the volume of the relief chamber, so that air is sucked from the inlet chamber and the relief chamber into the working space of the cylinder housing 6 in the suction cycle and pressed into the relief chamber in the pressure cycle.
- the application of the actuating piston 58 with compressed air to switch the setting actuator 54 can be done passively, for example by connecting the bore 56 of the cylinder 54 via a pressure relief valve to the relevant pressure accumulator, or actively for this purpose, for example by connecting the bore 56 of the cylinder 54 via a solenoid valve to a Compressed air source.
- the valve lamellae 32, 42 of the suction valve 28 and the pressure valve 38 as well as the sliding lamella 52 of the relief valve 48 are attached or supported on the base plate 20 or the cover plate 24, which are made of a material with high heat resistance, so that a high stability and wear resistance of the fastenings and bearings of the valve lamellae 32, 42 and the sliding lamella 52 is given.
- the cooling channel 66 in the core plate 22, which consists of a material with high thermal conductivity the pressure valve 38 is optimally cooled, the components of which are strongly heated by the compressed air which is heated as a result of the compression.
- An improvement in the cooling of the pressure valve 38 is also achieved by the largely rectangular cross section of the cooling channel 66, by means of which the inner wall surface of the cooling channel 66 is significantly enlarged compared to a circular cross section.
- suction valve 28 and the pressure valve 38 as lamellar valves and of the relief valve 48 as a sliding lamella valve and the arrangement of the actuating actuator 54 in the core plate 22 also result in a compact construction of the valve plate 12 with a relatively low overall height.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor einer Druckluftversorgungsanlage in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, mit einer als Ventilträger wirksamen Ventilplatte, die zwischen einem Zylindergehäuse und einem Zylinderkopf des Kolbenkompressors angeordnet ist, und die zusätzlich zu einem Saugventil sowie einem Druckventil ein Entlastungsventil zur bedarfsweisen Verbindung eines in dem Zylindergehäuse ausgebildeten Arbeitsraumes mit einer im Zylinderkopf angeordneten Entlastungskammer und weiter einen Kühlkanal zur Wasserkühlung vor allem des Druckventils aufweist.
- Der Zylinderkopf eines Kolbenkompressors ist üblicherweise als ein Druckgussbauteil aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt und meistens über eine als Ventilträger wirksame Ventilplatte, an der als Lamellenventile ausgebildete Saug- und Druckventile befestigt sind, mit dem Zylindergehäuse des Kolbenkompressors verschraubt. Der Zylinderkopf kann neben einer Eintrittskammer und einer Austrittskammer auch eine Entlastungskammer aufweisen. Die Eintrittskammer ist über eine Filteranordnung mit der Umgebung verbunden und wird im Saugtrakt des zugeordneten Kolbens über meistens mehrere in der Ventilplatte angeordnete Eintrittskanäle durch ein dann geöffnetes, als ein Lamellenventil ausgebildetes Saugventil, das zylinderseitig an der Ventilplatte befestigt ist, mit dem Arbeitsraum des Zylindergehäuses verbunden. Im Drucktakt des zugeordneten Kolbens wird der Arbeitsraum des Zylindergehäuses über mindestens einen in der Ventilplatte angeordneten Austrittskanal durch ein dann geöffnetes, als ein Lamellenventil ausgebildetes Druckventil, das kopfseitig an der Ventilplatte angeordnet ist, mit der Austrittskammer verbunden, welche mit einer Förderleitung der Druckluftversorgungsanlage verbunden ist.
- Im Leerlaufbetrieb des Kolbenkompressors wird der Arbeitsraum des Zylindergehäuses über mindestens einen in der Ventilplatte ausgebildeten Entlastungskanal durch ein dann geöffnetes Entlastungsventil mit der Entlastungskammer verbunden, so dass der Arbeitsraum des Zylindergehäuses dann um die Entlastungskammer vergrößert ist. Hierdurch wird im Saugtakt Luft aus der Eintrittskammer sowie der Entlastungskammer in den Arbeitsraum des Zylindergehäuses gesaugt und im Drucktakt in die Entlastungskammer gedrückt, so dass die zuvor angesaugte Luft weniger stark komprimiert wird. Dadurch wird die von dem Kolbenkompressor aufgenommene Antriebsleistung sowie die thermische Belastung der Bauteile des Kolbenkompressors entsprechend reduziert. Das Entlastungsventil kann als ein weitgehend im Zylinderkopf angeordnetes Kolbenventil oder als ein an der Ventilplatte gelagertes Schiebelamellenventil ausgebildet sein.
- Zur thermischen Entlastung der Ventile, insbesondere des Ventilsitzes des Druckventils, sowie bei einem ölgeschmierten Kolben der Vermeidung einer Verkokung, also einer Ablagerung von Ölkohle im Austrittskanal und an dem Druckventil, kann mindestens ein Kühlkanal in der Ventilplatte angeordnet sein, welcher zumindest um den Austrittskanal verläuft und im Betrieb des Kolbenkompressors von Kühlwasser durchströmt wird.
- In der
DE 33 29 790 C2 ist ein typischer Kolbenkompressor mit einer einstückig ausgeführten Ventilplatte beschrieben. In der Ventilplatte sind mehrere Eintrittskanäle, zwei Austrittskanäle und zwei Entlastungskanäle ausgebildet. Die Entlastungskanäle führen von dem Arbeitsraum des Zylindergehäuses zu der Eintrittskammer des Zylinderkopfes und sind mittels einer Schiebelamelle zu öffnen. Die Schiebelamelle ist in einer zylinderseitigen Ausnehmung der Ventilplatte zwischen der Ventillamelle des Saugventils und der Innenwand der Ausnehmung angeordnet sowie an einem Ende gelenkig gelagert. An ihrem anderen Ende steht die Schiebelamelle mit einem druckbetätigten Stellzylinder in Stellverbindung, dessen Bauteile in einer abgestuften Bohrung der Ventilplatte angeordnet sind. Im Leerlaufbetrieb des Kolbenkompressors wird der Stellzylinder mit Druckluft beaufschlagt, wodurch die Schiebelamelle verschwenkt wird und die Entlastungskanäle geöffnet werden. Dadurch wird die im Saugtrakt des zugeordneten Kolbens angesaugte Luft im Drucktakt wieder in die Eintrittskammer zurückgedrückt. Die Ventilplatte dieses Kolbenkompressors weist keinen Kühlkanal auf. - Aus der
DE 198 33 286 A1 ist ein ähnlicher Kolbenkompressor mit einer einstückig ausgeführten Ventilplatte bekannt. Bei diesem Kolbenkompressor ist das Entlastungsventil jedoch als Kolbenventil ausgebildet, welches weitgehend innerhalb des Zylinderkopfes angeordnet ist. Auch bei diesem Kolbenkompressor weist die Ventilplatte keinen Kühlkanal auf. - Die aus der
DE 196 31 415 C2 bekannte Ventilplatte eines Kolbenkompressors weist einen Kühlkanal auf. Die Ventilplatte besteht aus zwei in etwa mittig geteilten und miteinander verklebten Plattenhälften, welche als Druckgussbauteile hergestellt sind und neben den Eintritts- und Austrittskanälen auch jeweils einen umfangsseitig halboffenen Kühlkanal aufweisen. In die Austrittskanäle ist jeweils eine Hülse oder ein Hohlniet eingesetzt, um die dichtende Klebeschicht vor zu starker Wärmeeinwirkung zu schützen. Eine weitere mit einem Kühlkanal versehene Ventilplatte eines Kolbenkompressors ist aus derDE 10 2008 018 467 A1 bekannt. Diese Ventilplatte ist dreiteilig aufgebaut und umfasst eine Kernplatte, eine zylinderseitige Bodenplatte und ein kopfseitiges Deckelblech. Die Bodenplatte ist mit der Kernplatte verklebt oder verlötet, und zwischen der Kernplatte und dem Deckelblech ist eine Dichtung angeordnet. In die Bodenplatte ist ein mäanderförmige Öffnung eines Kühlkanals ausgebildet, der nahe der Austrittskanäle der Druckventile verläuft und im montierten Zustand kopfseitig von der Kernplatte begrenzt sowie zylinderseitig mit einem Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass des Zylindergehäuses verbunden ist. - Schließlich ist in der
EP 2 708 746 A1 eine mit zwei Kühlkanälen versehene Ventilplatte eines Kolbenkompressors beschrieben, die zweiteilig aufgebaut ist und eine Kernplatte sowie ein kopfseitiges Deckelblech aufweist. Das Deckelblech ist mit der Kernplatte verklebt oder verschweißt. Die vorwiegend nahe der Austrittskanäle der Druckventile verlaufenden Kühlkanäle sind als halboffene Rinnen in die Kernplatte ausgebildet und im montierten Zustand kopfseitig von dem Deckelblech begrenzt. - Aus der
DE 41 31 886 ist eine Ventilplatte bekannt, welche eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist und Kühlkanäle in der Basisplatte für den Durchfluss eines Kühlmittels. - Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenkompressor für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge der eingangs genannten Art vorzustellen, dessen Ventilplatte zusätzlich zu einem Saugventil und einem Druckventil auch ein Entlastungsventil sowie einen Kühlkanal aufweist. Dabei soll die Ventilplatte bei einem möglichst einfachen und kompakten Aufbau eine wirksame Kühlung insbesondere des Druckventils ermöglichen.
- Diese Aufgabe ist mit einem Kolbenkompressor einer Druckluftversorgungsanlage gelöst, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Kolbenkompressors sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
- Die Erfindung betrifft demnach Kolbenkompressor einer Druckluftversorgungsanlage in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, mit einer als Ventilträger wirksamen Ventilplatte, die zwischen einem Zylindergehäuse und einem Zylinderkopf des Kolbenkompressors angeordnet ist, und die zusätzlich zu einem Saugventil sowie einem Druckventil ein Entlastungsventil zur bedarfsweisen Verbindung eines in dem Zylindergehäuse ausgebildeten Arbeitsraumes mit einer im Zylinderkopf angeordneten Entlastungskammer und weiter einen Kühlkanal zur Wasserkühlung vor allem des Druckventils aufweist.
- Zur Erzielung eines möglichst einfachen und kompakten Aufbaus sowie einer wirksamen Kühlung des Druckventils weist der erfindungsgemäße Kolbenkompressor die folgenden weiteren Merkmale auf:
- a) eine dreiteilige Ausführung der Ventilplatte mit einem zylinderseitigen Bodenblech, einem kopfseitigen Deckelblech und einer zwischen diesen angeordneten Kernplatte,
- b) eine Ausführung der Kernplatte aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
- c) eine Ausführung des Bodenblechs und des Deckelblechs aus einem Material mit hoher Warmfestigkeit,
- d) eine Ausführung des Saugventils als ein Lamellenventil mit mehreren in der Ventilplatte kreisbogenförmig angeordneten Eintrittskanälen und einer die Eintrittskanäle überdeckenden, mit einer zentralen Aussparung versehenen Ventillamelle, die innerhalb einer zylinderseitigen Ausnehmung des Bodenblechs angeordnet ist,
- e) eine Ausführung des Druckventils als ein Lamellenventil mit mindestens einem in der Ventilplatte radial innerhalb eines durch die Platzierung der Eintrittskanäle gebildeten Kreisbogens angeordneten Austrittskanals sowie einer diesen Austrittskanal überdeckenden Ventillamelle, welche auf der kopfseitigen Außenwand des Deckelblechs angeordnet ist,
- f) eine Ausführung des Entlastungsventils als ein Schiebelamellenventil mit mindestens einem in der Ventilplatte zwischen den Eintrittskanälen und dem Austrittskanal angeordneten Entlastungskanal sowie einer den zumindest einen Entlastungskanal überdeckenden, einseitig gelenkig gelagerten Schiebelamelle, welche in der zylinderseitigen Ausnehmung des Bodenblechs zwischen der Ventillamelle des Saugventils und der Innenwand der Ausnehmung angeordnet ist,
- g) eine axialbewegliche Anordnung eines pneumatisch betätigbaren, mit der Schiebelamelle an deren der gelenkigen Lagerung gegenüberliegenden Ende in Stellverbindung stehenden Stellkolbens eines Stellaktuators in einer Bohrung der Kernplatte, und
- h) eine Anordnung wenigstens eines Kühlkanals in der Kernplatte, welcher den Austrittskanal zumindest teilweise umschlingt.
- Durch den dreiteiligen Aufbau der Ventilplatte sind die Ventillamellen des Saugventils und des Druckventils sowie die Schiebelamelle des Entlastungsventils an dem Bodenblech oder dem Deckelblech befestigt beziehungsweise gelagert, welche aus einem Material mit hoher Warmfestigkeit bestehen, so dass eine große Stabilität und Verschleißfestigkeit der Befestigungen und Lagerungen der Ventillamellen und der Schiebelamelle gegeben ist. Aufgrund der Anordnung des Kühlkanals in der Kernplatte, die aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, ergibt sich eine optimale Kühlung des Druckventils, dessen Bauteile durch die kompressionsbedingt erhitzte Druckluft stark erwärmt werden. Durch die Bauweise des Saugventils und des Druckventils als Lamellenventile sowie des Entlastungsventils als Schiebelamellenventil und der Anordnung des Stellaktuators in der Kernplatte ergibt sich eine sehr kompakte Konstruktion der Ventilplatte mit einer relativ geringen Bauhöhe.
- Die Kernplatte besteht bevorzugt aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, da dieser Werkstoff eine in etwa viermal höhere Wärmeleitfähigkeit als Stahl aufweist. So beträgt die Wärmeleitfähigkeit für Aluminium bei beispielsweise 0°Celsius 220 W/m°K und für Stahl bei beispielsweise 20°Celsius 46,5 W/m°K. Das Material der Kernplatte sollte daher bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m°K haben. Zudem ist die Kernplatte bevorzugt als ein Druckgussbauteil hergestellt, welches aufgrund einer geringen mechanischen Nachbearbeitung besonders kostengünstig ist.
- Das Bodenblech und das Deckelblech bestehen bevorzugt aus Stahl und sind aus einem Stahlblech ausgeschnitten und/oder ausgestanzt, da Stahl eine in etwa dreimal höhere Warmfestigkeit als Aluminium aufweist, und das Ausschneiden oder Ausstanzen aus einem Stahlblech aufgrund einer geringen mechanischen Nachbearbeitung besonders kostengünstig ist. Das Material des Bodenblechs und des Deckelblechs sollte daher eine Warmfestigkeit aufweisen, welche wenigstens doppelt so hoch ist wie die Warmfestigkeit von Aluminium.
- Um die Verwendung von verschleißanfälligen Dichtungen zu vermeiden, ist vorliegend vorgesehen, dass das Bodenblech und das Deckelblech mit der Kernplatte verlötet sind. Prinzipiell ist auch ein Verkleben des Bodenblechs und des Deckelblechs mit der Kernplatte möglich. Die bekannten Klebstoffe sind jedoch hitzeempfindlich und neigen zur Versprödung, so dass die Dichtigkeit damit nach einer bestimmten Betriebsdauer nicht mehr gegeben ist.
- Hinsichtlich der Anordnung der Lötnähte ist vorgesehen, dass das Bodenblech und das Deckelblech zumindest an ihren der Kernplatte zugewandten Außenrändern und an ihren in dem Austrittskanal liegenden Innenrändern mit der Kernplatte verlötet sind. Hierdurch sind eine stabile Verbindung der Bauteile sowie eine wirksame Abdichtung des Austrittskanals erreicht.
- Der wenigstens eine Kühlkanal ist bevorzugt umfangsseitig geschlossen und vollständig innerhalb der Kernplatte angeordnet, was durch die Verwendung entsprechender Gießkerne gusstechnisch einfach realisierbar und aufgrund der homogenen Umgebung des Kühlkanals mit der Leichtmetalllegierung eine optimale Wärmeleitung in das den Kühlkanal durchströmende Kühlwasser und damit eine gute Kühlung des Druckventils bewirkt.
- Zur weiteren Verbesserung der Kühlung des Druckventils weist der wenigstens eine Kühlkanal bevorzugt einen weitgehend rechteckigen Querschnitt auf, da hierdurch die Innenwandfläche des Kühlkanals, die als Kontaktfläche zwischen der Kernplatte und dem Kühlwasser wirksam ist, im Vergleich mit einem Kühlkanal mit kreisrundem Querschnitt deutlich vergrößert ist.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
-
Fig. 1 eine Ventilplatte eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden Kolbenkompressors in einer teilweise geschnittenen Draufsicht in einer axialen Blickrichtung von außen in Richtung zu einer nicht erkennbaren Kurbelwelle, -
Fig. 2 die Ventilplatte gemäßFig. 1 in einer teilweise entlang der Line B-B geschnittenen Seitenansicht, und -
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Kolbenkompressor mit der Ventilplatte gemäß denFiguren 1 und2 in einer Seitenansicht. - Der in
Fig. 3 in einer Seitenansicht dargestellter Kolbenkompressor 2 einer Druckluftversorgungsanlage, der zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug zur Drucklufterzeugung für eine pneumatische Bremsanlage und/oder eine Luftfederungsanlage eingesetzt werden kann, weist ein Kurbelgehäuse 4 und ein einstückig mit diesem verbundenes, mit Kühlrippen versehenes Zylindergehäuse 6 auf. In dem Kurbelgehäuse 4 ist eine Kurbelwelle 8 drehbar gelagert angeordnet, die von einem Antriebsmotor antreibbar ist. In einer Zylinderbohrung des Zylindergehäuses 6 ist ein nicht sichtbarer Kolben axialbeweglich geführt, der über ein Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle 8 verbunden ist. Auf das Zylindergehäuse 6 sind unter Zwischenlage von zwei Flachdichtungen 10, 14 eine als Ventilträger wirksame Ventilplatte 12 und ein mit Kühlrippen versehener Zylinderkopf 16 aufgesetzt sowie mittels Schrauben 18a, 18b an dem Zylindergehäuse 6 befestigt. - Der Zylinderkopf 16 weist eine Eintrittskammer, eine Austrittskammer und eine Entlastungskammer auf. Die Eintrittskammer ist über eine hier nicht abgebildete Filteranordnung mit der Umgebung verbunden und wird im Saugtakt des Kolbens über ein dann geöffnetes Saugventil 28 mit einem von dem Kolben und der Ventilplatte 12 begrenzten Arbeitsraum des Zylindergehäuses 6 verbunden (
Fig. 2 ). Im Drucktakt des zugeordneten Kolbens wird der Arbeitsraum des Zylindergehäuses 6 über ein dann geöffnetes Druckventil 38 mit der Austrittskammer verbunden, die mit einer Förderleitung der Druckluftversorgungsanlage verbunden ist. Im Leerlaufbetrieb des Kolbenkompressors 2 wird der Arbeitsraum des Zylindergehäuses 6 über ein dann geöffnetes Entlastungsventil 48 mit der Entlastungskammer verbunden, so dass der Arbeitsraum des Zylindergehäuses 6 dann um die Entlastungskammer vergrößert ist. - In der Draufsicht gemäß
Fig. 1 und der Seitenansicht gemäßFig. 2 wird nachfolgend der Aufbau der Ventilplatte 12 des Kolbenkompressors 2 beschrieben und deren Wirkungsweise erläutert. - Die Ventilplatte 12 ist dreiteilig aufgebaut und besteht aus einem zylinderseitigen Bodenblech 20, einem kopfseitigen Deckelblech 24 und einer zwischen diesen angeordneten Kernplatte 22. Die Kernplatte 22 besteht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung beziehungsweise Aluminiumlegierung, und ist als ein Druckgussbauteil hergestellt. Das Bodenblech 20 und das Deckelblech 24 bestehen aus einem Material mit hoher Warmfestigkeit, insbesondere aus Stahl, und sie sind aus einem Stahlblech ausgeschnitten und/oder ausgestanzt. In allen drei Bauteilen 20, 22, 24 der Ventilplatte 12 sind vier Durchgangsbohrungen 26a, 26b, 26c, 26d angeordnet, durch die im montierten Zustand die Schrauben 18a, 18b geführt sind.
- Das Saugventil 28 ist als ein Lamellenventil ausgeführt und umfasst mehrere in der Ventilplatte 12 kreisbogenförmig angeordnete Eintrittskanäle 30 mit kreisrundem Querschnitt sowie eine die Eintrittskanäle 30 überdeckende, mit einer zentralen Aussparung 34 versehene Ventillamelle 32, welche innerhalb einer zylinderseitigen Ausnehmung 36 des Bodenblechs 20 angeordnet ist.
- Das Druckventil 38 ist als ein Lamellenventil ausgebildet und umfasst einen in der Ventilplatte 12 radial innerhalb des durch die Platzierung der Eintrittskanäle 30 gebildeten Kreisbogens angeordneten Austrittskanal 40 mit ovalem Querschnitt sowie eine den Austrittskanal 40 überdeckende hier rechteckige Ventillamelle 42, welche auf der kopfseitigen Außenwand des Deckelblechs 24 angeordnet ist. Die Ventillamelle 42 ist mit zwei Bohrungen verschiebbar auf zwei Schraubbolzen 44a, 44b geführt, die in entsprechenden Gewindebohrungen in dem Deckelblech 24 befestigt sind und kopfseitig ein Fangblech 46 tragen. Durch das Fangblech 46 wird der Öffnungsweg der Ventillamelle 42 begrenzt.
- Das Entlastungsventils 48 ist als ein Schiebelamellenventil ausgebildet und umfasst zwei in der Ventilplatte 12 kreisbogenförmig zwischen den Eintrittskanälen 30 und dem Austrittskanal 40 angeordneten Entlastungskanälen 50 mit ovalem Querschnitt sowie eine die Entlastungskanäle 50 überdeckende, einseitig gelenkig gelagerte Schiebelamelle 52, welche in der zylinderseitigen Ausnehmung 36 des Bodenblechs 20 zwischen der Ventillamelle 32 des Saugventils 28 und der Innenwand der Ausnehmung 36 angeordnet ist. Zur Betätigung der Schiebelamelle 52 ist ein pneumatisch betätigbarer Stellzylinder 54 vorgesehen, dessen Stellkolben 58 mit der Schiebelamelle 52 an deren der gelenkigen Lagerung gegenüberliegenden Ende in Stellverbindung steht und axialbeweglich in einer abgestuften Bohrung 56 der Kernplatte 22 angeordnet ist. Der Stellkolben 58 ist axial innen durch eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 60 belastet. Axial außen ist ein Anschlagstopfen 62 in der Bohrung 58 angeordnet, der durch einen in eine Ringnut eingesetzten Sicherungsring 64 fixiert ist.
- Innerhalb der Kernplatte 22 ist ein den Austrittskanal 40 umschlingender Kühlkanal 66 ausgebildet, der im Betrieb des Kolbenkompressors 2 von Kühlwasser durchströmt wird. Der Kühlkanal 66 ist umfangsseitig geschlossen, befindet sich vollständig innerhalb der Kernplatte 22 und weist einen weitgehend rechteckigen Querschnitt auf.
- Das Bodenblech 20 und das Deckelblech 24 sind mit der Kernplatte 22 verlötet. Hinsichtlich der Anordnung der hier vier Lötnähte 68, 70, 72, 74 ist vorgesehen, dass das Bodenblech 20 und das Deckelblech 24 an ihren der Kernplatte 22 zugewandten Außenrändern und an ihren in dem Austrittskanal 40 liegenden Innenrändern mit der Kernplatte 22 miteinander verlötet sind.
- Im Saugtakt des Kolbens des Kompressors wird die Ventillamelle 32 des Saugventils 28 aufgrund des anliegenden Saugdruckes im Bereich der Eintrittskanäle 30 elastisch in Richtung des Kolbens aufgebogen, so dass Luft aus der Eintrittskammer des Zylinderkopfes 16 in den Arbeitsraum des Zylindergehäuses 6 einströmt. Die Ventillamelle 42 des Druckventils 38 liegt aufgrund des anliegenden Saugdruckes an der Außenwand des Deckelblechs 24 an, sodass das Druckventil 38 dann geschlossen ist.
- Im Drucktakt des Kolbens des Kompressors gleitet die Ventillamelle 42 des Druckventils 38 aufgrund des anliegenden Verdichtungsdruckes auf den Schraubbolzen 44a, 44b bis zum Anliegen an dem Fangblech 46 nach außen, sodass Druckluft aus dem Arbeitsraum des Zylindergehäuses 6 in die Austrittskammer des Zylinderkopfes 16 strömt. Die Ventillamelle 32 des Saugventils 28 liegt aufgrund des anliegenden Verdichtungsdruckes an der Innenwand der Ausnehmung 36 in dem Bodenblech 20 an, so dass das Saugventil 28 dann geschlossen ist.
- Wenn ein an die Austrittskammer des Zylinderkopfes 16 angeschlossener Druckspeicher hinreichend gefüllt ist, wird der Stellzylinder 54 des Entlastungsventils 48 durch eine äußere Beaufschlagung des Stellkolbens 58 mit Druckluft umgeschaltet und der Kolbenkompressor 2 dadurch in den Leerlaufbetrieb geschaltet. Der Stellkolben 58 bewegt sich dann in der Bohrung 56 der Kernplatte 22 entgegen der Rückstellkraft der Druckfeder 60 nach innen, wodurch die Schiebelamelle 52 des Entlastungsventils 48 entsprechend dem eingezeichneten Richtungspfeil 76 verschwenkt wird und die Entlastungskanäle 50 weitgehend öffnet. Der Arbeitsraum des Zylindergehäuses 6 ist somit um das Volumen der Entlastungskammer vergrößert, sodass im Saugtakt Luft aus der Eintrittskammer sowie der Entlastungskammer in den Arbeitsraum des Zylindergehäuses 6 gesaugt und im Drucktakt in die Entlastungskammer gedrückt wird. Dadurch wird die zuvor angesaugte Luft weniger stark komprimiert und die von dem Kolbenkompressor 2 aufgenommene Antriebsleistung sowie die thermische Belastung der Bauteile des Kolbenkompressors 2 entsprechend reduziert. Die Beaufschlagung des Stellkolbens 58 mit Druckluft zur Umschaltung des Stellaktuators 54 kann passiv, zum Beispiel durch einen Anschluss der Bohrung 56 des Zylinders 54 über ein Überdruckventil an den betreffenden Druckspeicher erfolgen, oder aktiv dazu, zum Beispiel durch einen Anschluss der Bohrung 56 des Zylinders 54 über ein Magnetventil an eine Druckluftquelle erfolgen.
- Durch den dreiteiligen Aufbau der Ventilplatte 12 sind die Ventillamellen 32, 42 des Saugventils 28 und des Druckventils 38 sowie die Schiebelamelle 52 des Entlastungsventils 48 an dem Bodenblech 20 oder dem Deckelblech 24 befestigt beziehungsweise gelagert, welche aus einem Material mit hoher Warmfestigkeit bestehen, so dass eine hohe Stabilität und Verschleißfestigkeit der Befestigungen und Lagerungen der Ventillamellen 32, 42 und der Schiebelamelle 52 gegeben ist. Aufgrund der Anordnung des Kühlkanals 66 in der Kernplatte 22, welche aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, ergibt eine optimale Kühlung des Druckventils 38, dessen Bauteile durch die kompressionsbedingt erhitzte Druckluft stark erwärmt werden. Eine Verbesserung der Kühlung des Druckventils 38 wird auch durch den weitgehend rechteckigen Querschnitt des Kühlkanals 66 erreicht, durch den dessen Innenwandfläche gegenüber einem kreisrunden Querschnitt deutlich vergrößert ist.
- Durch die Bauweise des Saugventils 28 und des Druckventils 38 als Lamellenventile sowie des Entlastungsventils 48 als Schiebelamellenventil und der Anordnung des Stellaktuators 54 in der Kernplatte 22 ergibt sich zudem eine kompakte Bauweise der Ventilplatte 12 mit einer relativ geringen Bauhöhe.
-
- 2
- Kolbenkompressor
- 4
- Kurbelgehäuse
- 6
- Zylindergehäuse
- 8
- Kurbelwelle
- 10
- Flachdichtung
- 12
- Ventilplatte
- 14
- Flachdichtung
- 16
- Zylinderkopf
- 18a
- Erste Schraube
- 18b
- Zweite Schraube
- 20
- Bodenblech
- 22
- Kernplatte
- 24
- Deckelblech
- 26a - 26d
- Durchgangsbohrungen
- 28
- Saugventil
- 30
- Eintrittskanal
- 32
- Ventillamelle
- 34
- Aussparung
- 36
- Ausnehmung
- 38
- Druckventil
- 40
- Austrittskanal
- 42
- Ventillamelle
- 44a
- Erster Schraubbolzen
- 44b
- Zweiter Schraubbolzen
- 46
- Fangblech
- 48
- Entlastungsventil
- 50
- Entlastungskanal
- 52
- Schiebelamelle
- 54
- Stellzylinder
- 56
- Bohrung
- 58
- Stellkolben
- 60
- Druckfeder, Schraubenfeder
- 62
- Anschlagstopfen
- 64
- Sicherungsring
- 66
- Kühlkanal
- 68
- Erste Lötnaht
- 70
- Zweite Lötnaht
- 72
- Dritte Lötnaht
- 74
- Vierte Lötnaht
- 76
- Richtungspfeil
Claims (7)
- Kolbenkompressor (2) einer Druckluftversorgungsanlage in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, mit einer als Ventilträger wirksamen Ventilplatte (12), die zwischen einem Zylindergehäuse (6) und einem Zylinderkopf (16) des Kolbenkompressors angeordnet ist, und die zusätzlich zu einem Saugventil (28) sowie einem Druckventil (38) ein Entlastungsventil (48) zur bedarfsweisen Verbindung eines in dem Zylindergehäuse (6) ausgebildeten Arbeitsraumes mit einer im Zylinderkopf (16) angeordneten Entlastungskammer und weiter einen Kühlkanal (66) zur Wasserkühlung vor allem des Druckventils (38) aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:a) eine dreiteilige Ausführung der Ventilplatte (12) mit einem zylinderseitigen Bodenblech (20), einem kopfseitigen Deckelblech (24) und einer zwischen diesen angeordneten Kernplatte (22),b) eine Ausführung der Kernplatte (22) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit,c) eine Ausführung des Bodenblechs (20) und des Deckelblechs (24) aus einem Material mit hoher Warmfestigkeit,d) eine Ausführung des Saugventils (28) als ein Lamellenventil mit mehreren in der Ventilplatte (12) kreisbogenförmig angeordneten Eintrittskanälen (30) und einer die Eintrittskanäle (30) überdeckenden, mit einer zentralen Aussparung (34) versehenen Ventillamelle (32), die innerhalb einer zylinderseitigen Ausnehmung (36) des Bodenblechs (20) angeordnet ist,e) eine Ausführung des Druckventils (38) als ein Lamellenventil mit mindestens einem in der Ventilplatte (12) radial innerhalb eines durch die Platzierung der Eintrittskanäle (30) gebildeten Kreisbogens angeordneten Austrittskanals (40) sowie einer diesen Austrittskanal (40) überdeckenden Ventillamelle (42), welche auf der kopfseitigen Außenwand des Deckelblechs (24) angeordnet ist,f) eine Ausführung des Entlastungsventils (48) als ein Schiebelamellenventil mit mindestens einem in der Ventilplatte (12) zwischen den Eintrittskanälen (30) und dem Austrittskanal (40) angeordneten Entlastungskanal (50) sowie einer den zumindest einen Entlastungskanal (50) überdeckenden, einseitig gelenkig gelagerten Schiebelamelle (52), welche in der zylinderseitigen Ausnehmung (36) des Bodenblechs (20) zwischen der Ventillamelle (32) des Saugventils (28) und der Innenwand der Ausnehmung (36) angeordnet ist,g) eine axialbewegliche Anordnung eines pneumatisch betätigbaren, mit der Schiebelamelle (52) an deren der gelenkigen Lagerung gegenüberliegenden Ende in Stellverbindung stehenden Stellkolbens (58) eines Stellaktuators (54) in einer Bohrung (56) der Kernplatte (22), undh) eine Anordnung wenigstens eines Kühlkanals (66) in der Kernplatte (22), welcher den Austrittskanal (40) zumindest teilweise umschlingt.
- Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernplatte (22) aus einer Leichtmetalllegierung besteht und als ein Druckgussbauteil hergestellt ist.
- Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenblech (20) und das Deckelblech (24) aus Stahl bestehen und aus einem Stahlblech ausgeschnitten und/oder ausgestanzt sind.
- Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenblech (20) und das Deckelblech (24) mit der Kernplatte (22) verlötet sind.
- Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenblech (20) und das Deckelblech (24) an ihren der Kernplatte (22) zugewandten Außenrändern und an ihren in dem Austrittskanal 40 liegenden Innenrändern mit der Kernplatte (22) verlötet sind.
- Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (66) umfangsseitig geschlossen ausgebildet sowie vollständig innerhalb der Kernplatte (22) angeordnet ist.
- Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (66) einen weitgehend rechteckigen Querschnitt aufweist.
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