WO2014121874A1 - Asymmetrischer hubkolbenverdichter - Google Patents

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WO2014121874A1
WO2014121874A1 PCT/EP2013/077044 EP2013077044W WO2014121874A1 WO 2014121874 A1 WO2014121874 A1 WO 2014121874A1 EP 2013077044 W EP2013077044 W EP 2013077044W WO 2014121874 A1 WO2014121874 A1 WO 2014121874A1
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piston
cylinder
axis
compressor according
reciprocating
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PCT/EP2013/077044
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English (en)
French (fr)
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Christopher Zaum
Rainer Detering
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Continental Reifen Deutschland Gmbh
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Publication date
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/01—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0005—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00 adaptations of pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/02—Packing the free space between cylinders and pistons

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating compressor, in particular a
  • a reciprocating compressor for a portable small compressor unit with a driven by a crank and a reciprocally movable in a cylinder and sealed against the cylinder wall piston, said crank drive having a arranged on a crankshaft crank wheel with an eccentric crank pin and a between the piston and the Crank pin arranged connecting rod, wherein the piston or piston crown is arranged fixed to the connecting rod.
  • Such reciprocating compressors are usually made of small fast-rotating shafts
  • breakdown kits i.e. for breakdown assistance systems, in particular for temporarily sealing and re-inflating automotive tires after air loss
  • Dead center UT).
  • the sealing ability decreases, as by a deviation of the axis of symmetry of the piston from the axis of symmetry of the cylinder, the so-called piston pitch is pronounced and no optimal concern of the piston seal on the cylinder wall is given more.
  • the piston inclination during idle stroke is only problematic when the reciprocating compressor works with a form, it is very disadvantageous in the compression stroke, since the maximum sealability should be achieved here for the most efficient operation of the compressor.
  • DE 20 2011 052 002 Ul discloses an air compressor in the form of a reciprocating compressor, in which the piston and thus the upper
  • Piston bottom inclined to the connecting rod axis and in the dead centers also considered to
  • Cylinder axis is formed inclined and top dead center (TDC) with a
  • Complementarily inclined head surface of the cylinder cooperates. This leads to an appropriate design to the fact that during the compression stroke of the piston with substantially perpendicular to the cylinder wall piston bottom moves and thus effectively compressed, while the idle stroke of the piston with increased inclination is shifted to the cylinder wall and thus ambient air can flow very easily past the piston seal in the compression space.
  • the disadvantage here is the costly production of pistons with connecting rods and cylinders and the required tilt-correct mounting of the piston.
  • the cylinder base, or the inside of the cylinder head must also be formed inclined so that sufficient compression takes place and thus the inclined piston does not abut the cylinder head in TDC and is damaged.
  • the object of the invention to provide a reciprocating compressor, especially for a high-speed small compressor within portable / portable devices, which in spite of simple production without piston joint and despite the use of inexpensive materials, a high compression ratio and a high delivery volume even with a kinematic inevitable
  • Piston tilt reached and avoids leaks during the lifting movement.
  • the piston and / or the cylinder are formed so that during the respective stroke movement by the relative inclination between the piston axis and
  • Cylinder wall are sealable. If a piston in a cylinder is movable about several axes, there is an orientation of the piston to the cylinder due to the ratio of the piston shape to the cylinder shape, in which a maximum sealing capability between the piston and cylinder is provided via the piston seal. This is the case in TDC and also in BDC when piston axis and cylinder axis substantially coincide. If this alignment with maximum sealing capability can not be maintained over the entire range of motion of the piston, a periodic piston movement will also result in a periodic change the sealing ability between piston and cylinder. During the movement of the piston through the middle range of motion caused by the piston tilt sickle-shaped gaps between the piston wall and the cylinder wall.
  • the invention solves this problem in that the piston, here also understood as a complete assembly with piston seal, and / or the cylinder by their geometric or material engineering training or accessories seal the crescent-shaped column.
  • the inventive training a performance increase of up to 20% over prior art devices could be achieved.
  • Movement range thus a higher compression ratio and also a larger delivery volume, but also a secure seal during the entire idle stroke.
  • the solution according to the invention thus also has the advantage that by existing even during idle safe seal of the
  • Reciprocating compressor can also be followed by a supercharger, so with already pre-compressed charge air can be applied. This significantly increases the compression ratio again.
  • the piston according to the invention is of course designed with its deviating from the circular shape oval elliptical shape so that the large semi-axis is perpendicular or substantially perpendicular to the shaft of the crank wheel.
  • a further advantageous embodiment is that the piston has an oval-elliptical shape, wherein the length of the semi-minor axis is at least 80% of the length of the major half-axis.
  • such a design advantageously consists in that the piston has an oval-elliptical shape, the small semi-axis I ⁇ mm and the semi-major axis have a length of I ⁇ mm. Surprisingly, even such a small ellipticity of the piston improves with one
  • a further advantageous embodiment is that the piston has a circular shape and the annular piston seal has a varying thickness, in which the
  • Thickness maximum is arranged and formed so that the crescent-shaped gaps are compensated, wherein the piston seal is formed so that during the
  • a further advantageous embodiment is that the cylinder has in its central compression region a deviating from the circular shape oval-elliptical shape through which the crescent-shaped gaps are at least partially compensated, wherein the annular piston seal is formed so that during the entire lifting movement and in the dead center is an elastic seal between the piston and cylinder wall.
  • the required additional processing cost of the cylinder is acceptable in particular for cast cylinders, if for the usually made of plastic piston can be used as cheap standard parts and the cylinder is possibly reusable.
  • a further advantageous embodiment is that the resilient elements are arranged in the piston body, in particular by means of resilient circumferential webs which are arranged concavely over a partial circumference of the piston through to the piston center
  • kidney-shaped recesses are formed
  • a reciprocating compressor is formed, which has very high pressure and flow rates with the simplest design even for small sizes, such a reciprocating compressor, as already said, is particularly suitable for a portable
  • the breakdown assistance system comprises a container for a fillable in the inflatable object automatic sealing means, a valve and
  • Distributor unit for sealing means and compressed gas and connecting means between valve and distributor unit and inflatable object, means for supplying energy and switching and / or control means for the operation of the system and is equipped with a compressed gas source in the form of a compressor.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a reciprocating compressor according to the invention
  • Fig. 2 is a production drawing of a piston for
  • Fig. 1 shows in the form of a schematic diagram of a reciprocating compressor 1 of a portable breakdown assistance system for sealing and inflating tires with a driven via a sliding crank and a cylinder 2 back and forth and sealed against the cylinder wall piston 3, wherein the sliding crank drive a Arranged on a crankshaft crank 4 with an eccentric crank pin 5 and arranged between the piston 3 and the crank pin 5 connecting rod 6, wherein the piston 3 and the piston head 7 is arranged fixed perpendicular to the connecting rod 8, so that the connecting rod 8 and piston axis. 9 to match.
  • the right part of Fig. 1 shows the reciprocating compressor 1 with its piston 3 in TDC, the left part of the reciprocating compressor 1 with its piston 3 during the compression stroke.
  • the existing here rigid connection between the piston and connecting rod without
  • Piston joint is the highest sealing capability between the piston and cylinder in the TDC and UT reached, as shown on the right side of FIG. 1 in the TDC.
  • the sealing ability decreases, as by deviating the symmetry axis of the piston, i. in this case, the connecting rod and piston axis 8, 9 from the axis of symmetry of the cylinder 10, the so-called
  • Piston inclination is pronounced and no optimal concern of the piston seal on the cylinder wall is given more.
  • the large semi-axis 14 of the oval-elliptical piston crown has a
  • Length of I ⁇ mm and the small half-axis 15 a length of I ⁇ mm.
  • the annular piston seal not shown here is so compressible and geometrically flexible, that during the entire stroke and in the dead center, a secure elastic seal between the piston and the cylinder wall.
  • the seal in OT and UT is then compressed and deformed more than in the middle compression range.
  • the piston is provided with kidney-shaped recesses 16 and 17, which give the piston in the region of the large half-axes sufficient flexibility by serving as resilient elements peripheral webs 18 and 19, so that the piston can approach in TDC and UT to the ideal circular shape ,
  • Recesses are arranged in the region of the major half-axes over a partial circumference of the piston 3.

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Abstract

Hubkolbenverdichter mit einem über einen Schubkurbeltrieb angetriebenen und einem in einem Zylinder hin- und her bewegbaren und gegenüber der Zylinderwand abgedichteten Kolben, welcher feststehend zur Pleuelachse angeordnet ist, wobei der Kolben und/oder der Zylinder so ausgebildet sind, dass die während des Kompressionshubs durch die relative Neigung oder Kippung zwischen Kolben und Zylinderachse entstehenden sichelförmigen Spalte zwischen Kolbenrand und Zylinderwand abdichtbar sind und dadurch Undichtigkeiten ausgeglichen werden.

Description

Beschreibung
Asymmetrischer Hubkolbenverdichter
Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenverdichter, insbesondere einen
Hubkolbenverdichter für eine tragbare Kleinkompressoreinheit, mit einem über einen Schubkurbeltrieb angetriebenen und einem in einem Zylinder hin- und her bewegbaren und gegenüber der Zylinderwand abgedichteten Kolben, wobei der Schubkurbeltrieb ein auf einer Kurbelwelle angeordnetes Kurbelrad mit einem exzentrischen Kurbelzapfen aufweist sowie ein zwischen dem Kolben und dem Kurbelzapfen angeordnetes Pleuel, wobei der Kolben bzw. Kolbenboden feststehend zur Pleuelachse angeordnet ist.
Solche Hubkolbenverdichter werden üblicherweise von kleinen schnelldrehenden
Elektromotoren angetrieben, die über ein Ritzel auf ihrer Abtriebswelle in eine
entsprechende Außenverzahnung des Kurbelrads eingreifen. Kleine Kompressoreinheiten werden häufig für so genannte„Pannensets" benötigt, d.h. für Pannenhilfesysteme insbesondere zum temporären Abdichten und Wiederaufpumpen von Kfz-Reifen nach Luftverlust. Oft sind weitere Funktionen vorhanden oder durch
Umschalten nutzbar, wie z.B. die Nutzung allein des Kompressors beim Aufblasen von Luftmatratzen oder Gummibooten. Sowohl in der Herstellung als auch bei der Montage von solchen kleinen, aber schnelllaufenden Kompressoren soll möglichst wenig Aufwand entstehen und somit kostenintensive Herstellungsmethoden und Materialien vermieden werden, was häufig zur Verwendung von einfachen und leichten Kunststoffen für allerlei Bauteile, u.a. auch für den Kolben führt. In diesen Luftkompressoren wird üblicherweise ein rotations symmetrischer Kolben in einem rotationssymmetrischen Zylinder eingesetzt. Zur Kostensenkung wird bei diesen Systemen auf ein Kolbengelenk verzichtet und der Kolben starr über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden. Bei einer rechtwinkligen Verbindung zwischen Kolben und Pleuel wird die höchste Dichtfähigkeit zwischen Kolben und Zylinder in den Totpunkten, d.h. in den Enden des Bewegungsbereiches des Kolbens (oberer Totpunkt = OT / unterer
Totpunkt = UT) erreicht. In der Mitte des Bewegungsbereiches nimmt die Dichtfähigkeit ab, da durch ein Abweichen der Symmetrieachse des Kolbens von der Symmetrieachse des Zylinders die so genannte Kolbenneigung sich ausprägt und kein optimales Anliegen der Kolbendichtung an der Zylinderwand mehr gegeben ist. Während die Kolbenneigung beim Leerhub nur dann problematisch wird, wenn der Kolbenverdichter mit einem Vordruck arbeitet, ist sie beim Kompressionshub sehr nachteilig, da hier für einen möglichst effizienten Betrieb des Kompressors die maximale Dichtfähigkeit erreicht werden sollte. Die Verwendung einer besonders flexiblen Kolbendichtung löst das Problem nur unzureichend, da solch eine hochflexible Dichtung zwar das Absinken der Dichtfähigkeit etwas vermindert, aber die grundsätzliche Verringerung der Dichtfähigkeit im mittleren Bewegungsbereich des Kompressionhubs nicht verhindert und somit den Zeitpunkt der maximalen bzw. minimalen Dichtfähigkeit nicht verschiebt. Auch bei tiefen Temperaturen ist eine solche Kolbendichtung nicht mehr geeignet, das Absinken der Dichtfähigkeit zu verhindern, da dann die Kolbendichtung verhärtet.
Um hier Abhilfe zu schaffen, offenbart die DE 20 2011 052 002 Ul einen Luftkompressor in Form eines Hubkolbenverdichters, bei dem der Kolben und damit die obere
Kolbenboden geneigt zur Pleuelachse und in den Totpunkten betrachtet auch zur
Zylinderachse geneigt ausgebildet ist und im oberen Totpunkt (OT) mit einer
komplementär geneigten Kopffläche des Zylinders zusammenwirkt. Das führt bei entsprechender Auslegung dazu, dass während des Kompressionshubs der Kolben mit im Wesentlichen senkrecht zur Zylinderwandung stehenden Kolbenboden sich bewegt und damit effektiv komprimiert, während beim Leerhub der Kolben mit verstärkter Neigung zur Zylinderwandung verschoben wird und somit Umgebungsluft sehr leicht an der Kolbendichtung vorbei in den Kompressionsraum strömen kann.
Nachteilig hierbei sind die aufwendige Herstellung von Kolben mit Pleuel und Zylinder sowie die erforderliche neigungsrichtige Montage des Kolbens. So muss beispielsweise der Zylinderboden, bzw. die Innenseite des Zylinderkopfes ebenfalls geneigt ausgebildet werden, damit eine genügende Kompression stattfindet und damit der geneigte Kolben im OT nicht an den Zylinderkopf anstößt und beschädigt wird. Davon ausgehend bestand die Aufgabe der Erfindung darin, einen Hubkolbenverdichter bereitzustellen, insbesondere für einen schnelllaufenden Kleinkompressor innerhalb tragbarer / transportabler Geräte, welcher trotz einfacher Herstellung ohne Kolbengelenk und der trotz Verwendung preiswerter Materialien ein hohes Verdichtungsverhältnis und ein hohes Fördervolumen auch bei einer kinematisch zwangsläufig vorhandenen
Kolbenneigung erreicht und Undichtigkeiten während der Hubbewegung vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Dabei sind der Kolben und/oder der Zylinder so ausgebildet, dass die während der jeweiligen Hubbewegung durch die relative Neigung zwischen Kolbenachse und
Zylinderachse entstehenden sichelförmigen Spalte zwischen Kolbenrand und
Zylinderwand abdichtbar sind. Ist ein Kolben in einem Zylinder um mehrere Achsen beweglich, so existiert aufgrund des Verhältnisses der Kolbenform zur Zylinderform eine Ausrichtung des Kolbens zum Zylinder, in der über die Kolbendichtung eine maximale Dichtfähigkeit zwischen Kolben und Zylinder gegeben ist. Dies ist der Fall im OT und auch im UT, wenn Kolbenachse und Zylinderache im Wesentlichen zusammenfallen. Kann diese Ausrichtung mit maximaler Dichtfähigkeit nicht über den gesamten Bewegungsbereich des Kolbens aufrechterhalten werden, so führt eine periodische Kolbenbewegung auch zu einer periodischen Änderung der Dichtfähigkeit zwischen Kolben und Zylinder. Während der Bewegung des Kolbens durch den mittleren Bewegungsbereich entstehen durch die Kolbenneigung sichelförmige Spalte zwischen Kolbenwand und Zylinderwand. Die Erfindung löst dieses Problem dadurch, dass der Kolben, hier auch verstanden als gesamte Baugruppe mit Kolbendichtung, und/oder der Zylinder durch ihre geometrische oder materialtechnische Ausbildung oder durch Zubehörteile die sichelförmigen Spalte abdichten. Durch die erfinderische Ausbildung konnte eine Leistungssteigerung von bis zu 20% gegenüber Geräten aus dem Stand der Technik erreicht werden.
Eine besonders vorteilhafte, weil in einfachster Weise herzustellende Ausbildung besteht darin, dass der Kolben bzw. Kolbenboden senkrecht zur Pleuelachse angeordnet ist
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Kolben eine von der Kreisform abweichende oval-elliptische Form aufweist, durch die die sichelförmigen
Spalte mindestens teilweise kompensierbar sind, wobei der Kolben so ausgebildet ist, also etwa elastisch nachgiebig, kompressibel oder geometrisch flexibel, dass während der gesamten Hubbewegung und in den Totpunkten eine elastische Dichtung zwischen Kolben und Zylinderwand erfolgt, natürlich insbesondere mit Hilfe der elastisch oder kompressibel ausgebildeten ringförmigen Kolbendichtung. Damit erreicht man durch eine einfache statisch-geometrische Veränderung der Kolbenform bzw. -kontur nicht nur eine verbesserte Abdichtung während des Kompressionshubs auch im mittleren
Bewegungsbereich, damit ein höheres Kompressionsverhältnis und auch ein größeres Fördervolumen, sondern auch eine sichere Abdichtung während des gesamten Leerhubs.
Gegenüber den bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik, hier zum Beispiel gegenüber dem feststehend und geneigt zur Pleuelachse ausgebildeten Kolbenboden in der DE 20 2011 052 002 Ul, bietet die erfindungsgemäße Lösung damit auch noch den Vorteil, dass durch die auch beim Leerhub vorhandene sichere Abdichtung der
Hubkolbenverdichter auch einem Vorverdichter nachgeschaltet werden kann, also mit bereits vorverdichteter Ladeluft beaufschlagt werden kann. Das erhöht das Kompressions Verhältnis noch einmal deutlich.
Der erfindungsgemäße Kolben ist dabei mit seiner von der Kreisform abweichenden oval- elliptischen Form natürlich so ausgebildet, dass die große Halbachse senkrecht bzw. im Wesentlichen senkrecht zur Welle des Kurbelrades angeordnet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Kolben eine oval-elliptische Form aufweist, bei der die Länge der kleinen Halbachse mindestens 80 % der Länge der großen Halbachse beträgt. Dies ist eine durch Versuche bestätigte Ausbildung, bei der einerseits genügend Dichtkraft während der Hubbewegung vorhanden ist und andererseits die Reibung in den Totpunkten keine schädlichen Größen annimmt.
Bei einer solche erfindungsgemäßen Ausbildung von Kleinkompressoren, z. B. für ein tragbares Pannenhilfesystem besteht eine solche Ausbildung vorteilhafter Weise darin, dass der Kolben eine oval-elliptische Form aufweist, deren kleine Halbachse I \ mm und deren große Halbachse eine Länge von I \ mm aufweisen. Uberraschenderweise verbessern sich bereits durch eine so geringe Elliptizität des Kolbens mit einem
Halbachsenunterschied von nur 0,2 mm das Kompressionsverhältnis und das
Fördervolumen erheblich.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Kolben eine Kreisform und die ringförmige Kolbendichtung eine variierende Dicke aufweist, bei der das
Dickenmaximum so angeordnet und ausgebildet ist, dass die sichelförmigen Spalte kompensierbar sind, wobei die Kolbendichtung so ausgebildet ist, dass während des
Kompressionshubs und in den Totpunkten eine elastische Dichtung zwischen Kolben und Zylinderwand erfolgt. Damit braucht der Kolben selbst nicht verändert zu werden, was den Einsatz normaler Standardkolben erlaubt, sondern nur die Dicke der ringförmigen
Kolbendichtung, um einfache statisch-geometrische Veränderung der wirksam
abgedichteten Fläche des Kolbens zu erreichen, die Kompressions Verhältnis und Fördervolumen verbessert.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Zylinder in seinem mittleren Kompressionsbereich eine von der Kreisform abweichende oval-elliptische Form aufweist, durch die die sichelförmigen Spalte mindestens teilweise kompensierbar sind, wobei die ringförmige Kolbendichtung so ausgebildet ist, dass während der gesamten Hubbewegung und in den Totpunkten eine elastische Dichtung zwischen Kolben und Zylinderwand erfolgt. Der hierzu erforderliche zusätzliche Bearbeitungsaufwand des Zylinders ist insbesondere bei gegossenen Zylindern vertretbar, wenn dafür die üblicherweise aus Kunststoff ausgebildeten Kolben als billige Standardteile verwendet werden können und der Zylinder ggf. wiederverwendbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Kompensation der
sichelförmigen Spalte am Kolben oder/oder an der Dichtung durch Stellelemente am Kolben erfolgt, insbesondere durch federnde Elemente oder durch Elemente, die durch ein Druckmedium beaufschlagt werden. Im Gegensatz zur Verwendung einer hochflexiblen Kolbendichtung erfolgt hier die Anpassung dynamisch und gerichtet je nach Ausbildung der sichelförmigen Spalte zwischen Zylinder- und Kolbenkontur durch konstruktive Maßnahmen oder zusätzlich Konstruktionselemente. Dieses Vorgehen ermöglicht u.a. die Erzielung der maximalen Dichtfähigkeit an mehr als nur einem Zeitpunkt der periodischen Kolbenbewegung .
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die federnden Elemente im Kolbenkörper angeordnet sind, insbesondere mittels federnder Umfangsstege, die über einen Teilumfang des Kolbens durch zur Kolbenmitte hin konkav angeordnete
nierenförmige Ausnehmungen ausgebildet sind
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Kompensation der
sichelförmigen Spalte am Kolben oder/oder an der Dichtung durch eingesetzte
Formelemente (Zwischenelemente) erfolgt. Hier liegt der Vorteil darin, dass nur in den Bereichen des Kolbenumfangs, in denen die Spalte entstehen, zusätzliche Elemente eingebracht werden, die z. B. die Dichtung entsprechend spreizen oder federnd anpressen.
Da mit der Erfindung ein Hubkolbenverdichter entsteht, der bereits bei kleinen Baugrößen sehr hohe Druck- und Förderleistungen bei einfachster Bauweise aufweist, ist ein solcher Hubkolbenverdichter, wie bereits gesagt, besonders geeignet ist für eine tragbares
Pannenhilfesystems zum Abdichten und Aufpumpen von aufblasbaren Gegenständen, insbesondere von Reifen, wobei das Pannenhilfesystem einen Behälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel, eine Ventil- und
Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas und Verbindungsmittel zwischen Ventil- und Verteilereinheit und aufblasbarem Gegenstand, Mittel zur Energiezufuhr sowie Schalt-, und/oder Steuereinrichtungen für den Betrieb des Systems beinhaltet und mit einer Druckgasquelle in Form eines Kompressors ausgerüstet ist. Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Neuerung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Hubkolbenverdichters
Fig. 2 eine Fertigungszeichnung eines Kolbens für
erfindungsgemäßen Hubkolbenverdichter.
Die Fig. 1 zeigt in Form einer Prinzipskizze einen Hubkolbenverdichter 1 eines tragbaren Pannenhilfesystems zum Abdichten und Aufpumpen von Reifen mit einem über einen Schubkurbeltrieb angetriebenen und einem in einem Zylinder 2 hin- und her bewegbaren und gegenüber der Zylinderwand abgedichteten Kolben 3, wobei der Schubkurbeltrieb ein auf einer Kurbelwelle angeordnetes Kurbelrad 4 mit einem exzentrischen Kurbelzapfen 5 aufweist sowie ein zwischen dem Kolben 3 und dem Kurbelzapfen 5 angeordnetes Pleuel 6, wobei der Kolben 3 bzw. Kolbenboden 7 feststehend senkrecht zur die Pleuelachse 8 angeordnet ist, so dass Pleuelachse 8 und Kolbenachse 9 übereinstimmen. Der rechte Teil der Fig. 1 zeigt den Hubkolbenverdichter 1 mit seinem Kolben 3 im OT, der linke Teil den Hubkolbenverdichter 1 mit seinem Kolben 3 während des Kompressionshubs. Bei der hier vorhandenen starren Verbindung zwischen Kolben und Pleuel ohne
Kolbengelenk wird die höchste Dichtfähigkeit zwischen Kolben und Zylinder im OT und UT erreicht, wie auf der rechten Seite der Fig. 1 im OT gezeigt. In der Mitte des Bewegungsbereiches nimmt normalerweise die Dichtfähigkeit ab, da durch ein Abweichen der Symmetrieachse des Kolbens, d.h. in diesem Fall Pleuel- und Kolbenachse 8, 9 von der Symmetrieachse des Zylinders 10 die so genannte
Kolbenneigung sich ausprägt und kein optimales Anliegen der Kolbendichtung an der Zylinderwand mehr gegeben ist.
Bei dem in der Fig. 1 gezeigten erfindungs gemäßen Hubkolbenverdichter 1 ist das nicht der Fall, da der Kolben, hier verstanden als gesamte Baugruppe mit Kolbendichtung, so ausgebildet ist, dass die während des auf der linken Seite der Fig. 1 dargestellten
Kompressionshubs durch die relative Neigung zwischen Kolbenachse und Zylinderachse entstehenden sichelförmigen Spalte 11, 12 zwischen Kolbenrand und Zylinderwand abdichtbar sind, nämlich dadurch, dass der Kolben 3 und somit der Kolbenboden 7 eine von der Kreisform abweichende oval-elliptische Form aufweist, durch die die
sichelförmigen Spalte mindestens teilweise kompensierbar sind. Die Projektion 7a des schrägstehenden Kolbenbodens 7 im linken unteren Teil der Fig. 1 zeigt dies durch die Darstellung der Abweichungen I Ia und 12 a des Kolbenbodens 7 von der idealen
Kreisforml3. Die große Halbachse 14 des oval-elliptischen Kolbenbodens weist eine
32 1\ 31 7\
Länge von I \ mm und die kleine Halbachse 15 eine Länge von I \ mm auf.
Die hier nicht näher dargestellte ringförmige Kolbendichtung ist dabei so kompressibel und geometrisch flexibel ausgebildet, dass während der gesamten Hubbewegung und in den Totpunkten eine sichere elastische Dichtung zwischen Kolben und Zylinderwand erfolgt. Natürlich wird die Dichtung in OT und UT dann stärker komprimiert und verformt als im mittleren Kompressionsbereich. Fig. 2 zeigt hierzu eine Fertigungszeichnung eines Kolbens 3 für einen erfindungsgemäßen Hubkolbenverdichter in einer Schnittansicht und in einer Draufsicht mit einer von der Kreisform abweichenden oval-elliptische Form, wobei der Durchmesser X dem Doppelten der großen Halbachse 14 und der Durchmesser Y dem Doppelten der kleinen Halbachse 15 entspricht, hier X = 32,1mm und Y = 31,7mm.
Der Kolben ist dabei mit nierenförmigen Ausnehmungen 16 und 17 versehen, die dem Kolben im Bereich der großen Halbachsen eine genügende Flexibilität durch die als federnde Elemente dienenden Umfangstege 18 und 19 verleihen, so dass der Kolben sich in OT und UT an die ideale Kreisform annähern kann.
Die Kompensation der sichelförmigen Spalte erfolgt hier also durch federnde Elemente am Kolben, wobei die federnden Elemente im Kolbenkörper ausgebildet sind, hier mittels federnder Umfangsstege 18, 19, die durch zur Kolbenmitte hin konkav angeordnete nierenförmige Ausnehmungen 16, 17 ausgebildet werden, wobei Stege und
Ausnehmungen im Bereich der großen Halbachsen über einen Teilumfang des Kolbens 3 angeordnet sind.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 Hubkolbenverdichter
2 Zylinder
3 Kolben
4 Kurbelrad
5 Kurbelzapfen
6 Pleuel
7 Kolbenboden
7a Projektion des schräg stehenden Kolbenbodens
8 Pleuelachse
9 Kolbenachse
10 Symmetrieachse des Zylinders
11 Sichelförmiger Spalt
I Ia Abweichung von der Kreisform
12 Sichelförmiger Spalt
12a Abweichung von der Kreisform
13 Ideale Kreisform
14 Große Halbachse
15 Klein Halbachse
16 Nierenförmige Ausnehmung
17 Nierenförmige Ausnehmung
18 Umfangssteg
19 Umfangssteg

Claims

Patentansprüche
Hubkolbenverdichter (1) mit einem über einen Schubkurbeltrieb angetriebenen und
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einem in einem Zylinder (2) hin- und her bewegbaren und gegenüber der
Zylinderwand abgedichteten Kolben (3), wobei der Schubkurbeltrieb ein auf einer Kurbelwelle angeordnetes Kurbelrad (4) mit einem exzentrischen Kurbelzapfen (5) aufweist sowie ein zwischen dem Kolben (3) und dem Kurbelzapfen (5) angeordnetes Pleuel (6), wobei der Kolben (3) bzw. Kolbenboden (7) feststehend zur Pleuelachse (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) und/oder der Zylinder
(2) so ausgebildet sind, dass die während der jeweiligen Hubbewegung durch die relative Neigung zwischen Kolbenachse (9) und Zylinderachse (10) entstehenden sichelförmigen Spalte (11, 12) zwischen Kolbenrand und Zylinderwand abdichtbar sind.
Hubkolbenverdichter nach Anspruch 1, bei dem der Kolben (3) bzw. Kolbenboden (7) senkrecht zur Pleuelachse (8) angeordnet ist.
Hubkolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kolben
(3) eine von der Kreisform abweichende oval-elliptische Form aufweist, durch die die sichelförmigen Spalte (11, 12) mindestens teilweise kompensierbar sind, wobei der Kolben so ausgebildet ist, dass während der Hubbewegung und in den Totpunkten eine elastische Dichtung zwischen Kolben und Zylinderwand erfolgt.
4. Hubkolbenverdichter nach Anspruch 3, bei dem der Kolben (3) eine oval-elliptische Form aufweist, bei der die Länge der kleinen Halbachse (15) mindestens 80 % der Länge der großen Halbachse (14) beträgt.
5. Hubkolbenverdichter nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Kolben (3) eine oval- elliptische Form aufweist, deren große Halbachse (14) eine Länge von I— - I mm und deren kleine Halbachse (15) eine Länge von mm aufweist.
6. Hubkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Kolben (3) eine Kreisform und die ringförmige Kolbendichtung eine variierende Dicke aufweist, bei der das Dickenmaximum so angeordnet und ausgebildet ist, dass die sichelförmigen Spalte (11, 12) kompensierbar sind, so dass während der gesamten Hubbewegung und in den Totpunkten eine elastische Dichtung zwischen Kolben und Zylinderwand erfolgt.
7. Hubkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Zylinder in
seinem mittleren Kompressionsbereich eine von der Kreisform abweichende ovalelliptische Form aufweist, durch die die sichelförmigen Spalte (11, 12) mindestens teilweise kompensierbar sind, so dass während der gesamten Hubbewegung und in den Totpunkten eine elastische Dichtung zwischen Kolben und Zylinderwand erfolgt
8. Hubkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Kompensation der sichelförmigen Spalte (11, 12) am Kolben oder/oder an der Dichtung durch federnde Elemente (18, 19) erfolgt.
9. Hubkolbenverdichter nach Anspruch 8, bei dem die federnden Elemente im
Kolbenkörper ausgebildet sind, insbesondere mittels federnder Umfangsstege (18, 19), die über einen Teilumfang des Kolbens (3) durch zur Kolbenmitte hin konkav angeordnete nierenförmige Ausnehmungen (16, 17) ausgebildet sind.
10. Hubkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Kompensation der sichelförmigen Spalte (11, 12) am Kolben oder/oder an der Dichtung durch Stellelemente erfolgt, insbesondere durch Elemente, die durch ein Druckmedium beaufschlagt werden.
11. Hubkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Kompensation der sichelförmigen Spalte (11, 12) am Kolben oder/oder an der Dichtung durch eingesetzte Formelemente erfolgt.
12. Tragbares Pannenhilfesystems zum Abdichten und Aufpumpen von aufblasbaren Gegenständen, insbesondere von Reifen, wobei das Pannenhilfesystem einen Behälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel, eine Ventil- und Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas und Verbindungsmittel zwischen Ventil- und Verteilereinheit und aufblasbarem Gegenstand, Mittel zur Energiezufuhr sowie Schalt-, und/oder Steuereinrichtungen für den Betrieb des Systems beinhaltet und mit einer Druckgasquelle in Form eines Kompressors ausgerüstet ist, ausgebildet als Hubkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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