WO2017129553A1 - Kolbenkompressor mit entlüftungseinrichtung - Google Patents

Kolbenkompressor mit entlüftungseinrichtung Download PDF

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WO2017129553A1
WO2017129553A1 PCT/EP2017/051406 EP2017051406W WO2017129553A1 WO 2017129553 A1 WO2017129553 A1 WO 2017129553A1 EP 2017051406 W EP2017051406 W EP 2017051406W WO 2017129553 A1 WO2017129553 A1 WO 2017129553A1
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WO
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valve
pressure
piston compressor
compression chamber
inlet
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PCT/EP2017/051406
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Gilles Hebrard
Wolfgang Kiener
Jean-Baptiste Marescot
Jörg MELLAR
Michel Saintive
Thomas Weinhold
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Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/125—Cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control
    • F04B49/022—Stopping, starting, unloading or idling control by means of pressure

Definitions

  • the invention relates to a piston compressor for compressing a gas, which is optionally separable by means of a clutch from 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 compression space of
  • Piston compressor and a discharge line for compressed gas is arranged.
  • 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.
  • the pressure in the then pressure-free outlet line must first be rebuilt before compressed air can be supplied to the compressed air system.
  • solutions are also known in which the outlet line is not switched pressure-free, while the reciprocating compressor is not driven.
  • Contaminants such as deposits by lubricating oil residues or especially of such dissolved particles is leaking.
  • the exhaust valves often have a valve tongue, between which and the valve seat such contaminants can get there and prevent the complete closing of the valve.
  • compressed air may return to the compression space of the compressor.
  • the pressure in the compression chamber of a reciprocating compressor in a 12.5 bar system can then rise to up to 6 bar.
  • a compression of the gas in the compression chamber results in the first compression stroke of the piston, a compression of the gas in the compression chamber to about 60 bar.
  • the torque occurring here is far too high for the clutch, which slips in this case, overheated and excessively excessive wear.
  • such a high pressure in the compression chamber can also lead to damage to the compressor itself.
  • the invention is therefore based on the object to provide an improved reciprocating compressor, which the aforementioned disadvantages and the resulting undesirable
  • 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 between an inlet line for gas to be compressed and a compression space of
  • Piston compressor is arranged and an exhaust valve, which is arranged between the compression chamber of the reciprocating compressor and a discharge line for compressed gas.
  • Piston compressor has a venting device through which compressed gas from the compression space can be discharged, which during the separation of the reciprocating compressor of the
  • 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 is guided to a compression space of the reciprocating compressor.
  • 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 intake valve closes the compression space opposite to the intake pipe.
  • an outlet valve is arranged, which is open when the compressed gas is expelled from the compression space (the pressure in
  • Compression space is higher than the pressure in the outlet pipe) and so a connection between the Compression space and the outlet defined.
  • the exhaust valve closes the connection between the compression space and the outlet line during the suction of gas to be compressed into the compression space (the pressure in the compression space is lower than the pressure in the outlet line) to prevent backflow of compressed gas from the discharge line into the compression space.
  • Both intake and exhaust valves of reciprocating compressors often employ valves with a closing body that is forced onto the valve seat depending on the pressure difference on either side of the valve and thereby closes or lifts off the valve seat, thereby opening the valve.
  • a common type of such valves has a serving as a closing body valve tongue.
  • the piston compressor according to the invention has a venting device, through which compressed gas from the compression chamber can be discharged in order to lower the pressure therein.
  • compressed gas is discharged, which passes during a separation of the reciprocating compressor of the drive device in particular by a not completely closing exhaust valve from the pressurized outlet line back into the compression space and there a
  • the compressed gas is by means of
  • Venting device from the compression chamber into a region of lower pressure
  • the compressed gas can escape into a region which has a lower pressure than the compression space, in which compressed gas has penetrated from the outlet line.
  • the pressure in the compression chamber decreases.
  • the region is formed with the ambient pressure from the environment itself, a gas space connected to the inlet system or the inlet line or the interior of the crankcase of the reciprocating compressor.
  • An area with ambient pressure in the inlet system can be, for example, the inlet line or a gas space connected to it, which is formed, for example, in the cylinder head of the piston compressor and thus also forms part of the inlet line.
  • the area is formed with the ambient pressure from the interior of the crankcase of the reciprocating compressor, which is characterized by the
  • Venting device from the compression chamber of the reciprocating compressor gas flowing into the Crankcase out where in particular first takes place a pressure equalization in the crankcase and then via the venting system with the environment.
  • Crankcase of the reciprocating compressor pressure fluctuations occur: in the intake system in particular depending on the Frischgasansaugung - for example, when the intake system is in communication with the intake system of a correspondingly large-sized engine - or due in particular previous crank drive movements in the crankcase.
  • the pressure prevailing in a gas space connected to the intake system or in the crankcase in the context of this invention is considered as ambient pressure ,
  • a switchable valve device forms the
  • Venting device by means of which compressed gas from the compression space can be discharged by a connection of the compression chamber with a region of lower pressure, in particular ambient pressure can be produced.
  • It may be a switchable valve device, by means of which a
  • vent opening of the compression chamber of the reciprocating compressor is optionally connectable to a region of lower pressure, in particular ambient pressure.
  • a 2/2-way valve can be used which, for example, is so switchable that it opens and closes in particular parallel or offset with the actuation of the clutch and thus enables a pressure equalization in the compression chamber by the discharge of compressed gas, as long as the Piston compressor is not driven.
  • it can also be provided to also switch such a valve device dependent on other parameters, such as, for example, the pressure actually prevailing in the compression chamber, which pressure is detected by pressure sensors connected thereto or in another suitable manner.
  • pilot-operated check valve which also assumes the function of the intake valve.
  • a pilot-operated check valve represents a switchable valve device which is located between the inlet line and the compression chamber of the compressor is arranged and the connection between the inlet line and the compression chamber in particular automatically opens and closes according to the function of an inlet valve.
  • a pilot-operated check valve is a switchable valve device, by means of which the connection between the inlet line and the compression chamber is optionally openable and closable in order to allow pressure reduction by discharging compressed gas from the compression chamber.
  • such a releasable check valve as well as the previously described switching valve in parallel or offset from the clutch operation switchable or in response to other, in particular with the pressure in the compression chamber related parameters, which are detected for example by means of sensors.
  • the inlet valve in the form of a pilot-operated check valve during a standstill of the compressor, a pressure equalization between the compression chamber and the inlet system take place, so that no significant pressure build-up can take place in the compression chamber.
  • Venting device by means of which compressed gas from the compression space can be discharged.
  • a check valve is particularly designed so that it then opens and the
  • Compression chamber with a region of lower pressure, in particular ambient pressure connects, when the pressure in the compression chamber due to a compressed during a separation of the piston compressor from the drive device from the discharge line back into the compression chamber compressed gas during a first compression stroke increases so much that damage to the piston compressor or a device connected to the reciprocating compressor threatens.
  • the check valve establishes a connection of the compression space with a region of lower pressure, in particular ambient pressure, whereby the compressed gas, which has passed from the outlet line back into the compression space during a separation of the piston compressor from the drive device, can be discharged.
  • the inlet valve forms the venting device.
  • the inlet valve is designed so that thus a connection between the inlet pipe and the
  • Compaction space is closed only from a pressure in the compression chamber, which is at least 0.1 bar, preferably at least 0.2 bar and in particular at least 0.5 bar higher than the pressure in the inlet line, which corresponds substantially to the ambient pressure.
  • a pressure in the compression chamber which is below the limit of at least 0.1 bar, preferably at least 0.2 bar and in particular at least 0.5 bar overpressure, there is a continuing connection between the
  • the inlet valve in which the inlet valve is closed only from a predetermined pressure in the compression chamber, the inlet valve has a concave valve seat in particular on the valve plate and a substantially planar formed valve tongue, so that the valve tongue only after one by a pressure caused in the compression space elastic deformation sealingly against the valve seat.
  • Embodiment closes the inlet valve only when a sufficiently high pressure acts in the compression space during the compression stroke, which deforms the valve tongue so that it bears sealingly against the concave valve seat.
  • the inlet valve is open.
  • the inlet valve in which the inlet valve can be closed only from a predetermined pressure in the compression chamber, the inlet valve has a flat valve seat and a bent valve tongue. Consequently, the valve tongue is sealingly attached to the valve seat only after an elastic deformation caused by the pressure in the compression space. Also in this embodiment, the inlet valve closes only when during a compression stroke, a sufficiently high pressure acts in the compression space, which deforms the bent valve tongue designed such that it sealingly against the newly formed valve seat is applied. Again, the inlet valve remains open as long as the pressure in the compression chamber has a lower value than the pressure, which leads in particular during a compression stroke to close the inlet valve. Thus, even in this embodiment, a compressed gas that passes from the outlet line back into the compression chamber during the separation of the piston compressor from the drive means, leading to any pressure build-up in the compression chamber.
  • Venting device By such a vent channel, which in particular produces a permanent connection to a region with a relation to the compression space lower pressure, in particular ambient pressure, gas from one end of the vent passage in
  • Compression space which is under a higher pressure, are discharged through the vent channel in a region of lower pressure, in particular ambient pressure at the other end of the vent channel.
  • a pressure equalization takes place with the compression chamber. If, therefore, during a separation of the piston compressor from the drive device gas from the pressurized outlet line passes back into the compression space, there can be no increased pressure build up because the gas is discharged through the vent channel.
  • At least one end of the vent passage is disposed in the valve plate and in particular establishes a connection of the compression space to the surroundings of the reciprocating compressor or to its inlet system.
  • a disadvantage of a permanently open venting channel is that it also allows for escape of the gas from the compression chamber during a compression stroke, whereby the efficiency of the compressor is reduced.
  • the vent channel has such a small cross-section that a pressure equalization through the vent channel is possible, the throttling action of the small cross-section of the vent passage but prevents the pressure flow of a larger volume flow during a compression stroke.
  • An alternative design which restricts escape of the gas from the compression space during a compression stroke has a suitable check valve in the vent passage, which closes it from a predetermined overpressure.
  • a suitable check valve is for example a gravity ball valve.
  • such a check valve is robust against a
  • At least one end of the ventilation channel is arranged in the cylinder wall, for example, a connection with the environment of the
  • Piston compressor produces. Starting from the outside of the cylinder wall, the
  • Venting channel having a connection device in the form of a line which serves as an extension of the vent passage and this connects in particular with the inlet system or with the interior of the crankcase of the reciprocating compressor.
  • a venting channel also forms an opening in the compression chamber, through which gas can escape from the compression chamber even during the compression stroke, with the result that the efficiency of the piston compressor drops.
  • Venting channel is therefore designed in particular large enough to equalize the pressure
  • the venting channel is arranged in the cylinder wall so that one end passes from the piston during the compression stroke from a certain piston position and thus is closed. This is the case in particular when the venting channel is arranged between an average stroke position of the piston and its top dead center.
  • a check valve or a check valve is arranged in the venting channel or in a connecting device connected thereto.
  • Such check valve or check valve on the one hand avoid escape of gas during a compression stroke of the piston compressor from the compression chamber, on the other hand, such
  • Check valve or check valve also serve to prevent suction of possibly contaminated gas in particular from the crankcase in the compression chamber.
  • the piston, the cylinder, the cylinder head, etc. have been previously addressed in connection with the components of the reciprocating compressor, the characteristics described herein apply to a reciprocating compressor having two or more of these elements, since the present invention is not limited to single-stage reciprocating compressors but also for multi-stage reciprocating compressors can be used.
  • 1 is a schematic representation of an exemplary reciprocating compressor of the state of
  • FIG. 2 is an illustration of an exemplary exhaust valve as used in piston compressors in the prior art
  • FIG. 3 is a schematic representation of a first exemplary embodiment of a
  • venting device has a switchable valve device
  • FIG. 4 is a schematic representation of a second exemplary embodiment of a
  • venting device has a switchable valve device
  • Fig. 5 is a schematic representation of a third exemplary embodiment of a
  • Fig. 6 is a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of a
  • Fig. 7 is a schematic representation of a fifth exemplary embodiment of a
  • FIG. 8 is a schematic representation of a sixth exemplary embodiment of a piston compressor according to the invention, in which the venting a
  • FIG. 9 is a schematic representation of a seventh exemplary embodiment of a
  • FIG. 10 is a schematic representation of an eighth exemplary embodiment of a
  • FIG. 11 is an illustration of a detail of a ninth exemplary embodiment of a
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary reciprocating compressor 10 as known in the art.
  • the crankshaft 11 of the reciprocating compressor 10 is connected via a clutch 3 to a drive device (not shown, here an internal combustion engine) and selectively separable by means of the clutch 3 of this drive device.
  • a drive device not shown, here an internal combustion engine
  • Crankshaft 11 is stopped during the separation of the reciprocating compressor 10 of the drive device.
  • crankshaft 11 is connected to an eccentrically mounted thereon 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.
  • the at least one crankshaft 11, a connecting rod 12 and a piston 13 having
  • crank drive 15 is arranged 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 compression space 17 in the cylinder 14.
  • an inlet valve 21 is arranged, which is arranged between an inlet line 22 and the compression space 17.
  • the inlet duct 22 is part of an inlet system 23, the fresh air from the environment through a filter (not shown) sucks and via the inlet line 22 through the cylinder head (not shown) to the compression space 17 supplies.
  • the cylinder head is arranged above the valve plate 20 and has a cylinder head volume 24, which communicates via the inlet valve 21 with the compression chamber 17.
  • the inlet valve 21 is designed as a check valve, which allows fresh air to be drawn into the compression space 17, but prevents backflow of the air sucked into the compression space 17 via the inlet line 22.
  • 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 supplied.
  • 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 commonly used in piston compressors 10 in the prior art.
  • the outlet valve 26 is attached to the valve plate 20 of the
  • Piston compressor 10 is disposed 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 valve plate 20 and cylinder head of the piston compressor 10, which forms part of the outlet line 27.
  • the outlet valve 26 has a valve body 26a on a valve tongue, which extends from a
  • 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.
  • the pressurized air from the compression chamber 17 can flow through the lateral open areas on the valve tongue 26a and the contact element 26c over into the outlet 27.
  • impurities from the compression chamber 17 or from the cylinder head volume 27a for example, from forming deposits by residues in the air flowing through the hot top of the piston 13, the valve plate 20 or the cylinder head volume 27a solve, - In between the valve tongue 26 a and the valve seat 26 b, there is a risk that the exhaust valve 26 does not close completely. In this case, compressed air from the outlet conduit 27 in the
  • Compression chamber 17 flow back as soon as the pressure in the compression chamber 17 drops below the pressure in the outlet 27.
  • the pressure in the compression chamber 17 drops below the pressure in the outlet 27.
  • Compression chamber 17 of the reciprocating compressor 10 for example, be acted upon by the air flowing back therefrom with a pressure of up to 6 bar.
  • the reciprocating compressor 10 is then reconnected to the drive means, the reciprocating compressor 10 generates one at the first stroke
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention.
  • the structure of the piston compressor 10 in FIG. 3 largely corresponds to the construction of the piston compressor 10 shown in FIG. 1 and described in that respect, so that identical elements of the piston compressors 10 are the same Reference signs are designated. 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 venting device in the form of a 2/2-way valve 31, which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23.
  • the 2/2-way valve is a switchable valve device.
  • the control line 31a of the 2/2-way valve 31 is connected to the control of the clutch 3
  • the 2/2-way valve 31 is switched from the illustrated closed position to an open position in order to establish a connection between the compression chamber 17 and the inlet system 23 through which air can flow.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention.
  • the construction of the piston compressor 10 in FIG. 4 corresponds largely to the structure of the piston shown in FIG. 1 and described for this purpose
  • Reciprocating compressor 10 of FIG. 4 compared to the reciprocating compressor 10 of FIG. 1 explained.
  • the piston compressor 10 shown in Fig. 4 has a venting device in the form of a pilot-operated check valve 32, which also serves as an inlet valve.
  • a venting device in the form of a pilot-operated check valve 32, which also serves as an inlet valve.
  • the pilot-operated check valve 32 between the compression chamber 17 and the inlet system 23 is arranged.
  • the unlockable check valve 32 is also also a switchable valve device, which in addition to the automatic opening during the intake of fresh air and by means of a control signal in an open position is switchable.
  • Control device signal connected.
  • the pilot-operated check valve 32 can be opened in order to establish a connection between the compression chamber 17 and the inlet line 22. If, during the standstill of the piston compressor 10, compressed air enters the compression chamber 17, for example in the case of an outlet valve 26 which no longer closes tightly, the pilot-operated check valve 32 can be opened in order to allow pressure equalization with the inlet line 22. Thus, no pressure build-up in the compression chamber 17 take place, which could lead to damage of the reciprocating compressor 10 and / or the clutch 3 in particular during the first compression stroke of the reciprocating compressor 10 when it is restarted.
  • the pilot-operated check valve 32 is switched by the control device back to the working position in which it automatically opens when sucking fresh air from the inlet line 22 into the compression chamber 17 due to the pressure difference applied thereto.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a third exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention.
  • the construction of the piston compressor 10 in FIG. 5 corresponds largely to the construction of the one illustrated in FIG. 1 and described for this purpose
  • Piston compressor 10 of FIG. 5 compared to the reciprocating compressor 10 of FIG. 1 explained.
  • the piston compressor 10 shown in FIG. 5 has a venting device in the form of a check valve 33, which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23.
  • the check valve 33 arranged in addition to the inlet valve 21 between the compression chamber 17 and the inlet system 23 blocks in the opposite direction to the inlet valve 21, so that this is closed during the intake of fresh air into the compression chamber 17 and during compression during normal operation of the piston compressor 10. If, in the embodiment shown in FIG. 5, compressed air enters the compression chamber 17 during standstill of the piston compressor 10, for example in the case of an outlet valve 26 which no longer closes tightly, a pressure build-up in the compression chamber 17 first takes place here.
  • Piston compressor 10 and / or the clutch 3 can lead.
  • the check valve 33 is therefore designed so that it opens a connection between the compression chamber 17 and the inlet line 21 with a sufficiently large cross section to remove air from the compression chamber 17 as soon as the pressure in the compression chamber 17 exceeds a critical value.
  • Piston compressor 10 for a commercial vehicle is the peak pressure in the compression chamber at
  • An exemplary check valve 33 is therefore so executed that it opens, for example, at a pressure of 20 bar in the compression chamber 17 and thus discharges compressed air from the compression chamber 17.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention.
  • the construction of the piston compressor 10 in FIG. 6 also largely corresponds to the structure of the piston shown in FIG. 6
  • Piston compressor 10 of FIG. 6 compared to the reciprocating compressor 10 of FIG. 1 explained.
  • the piston compressor 10 shown in FIG. 6 has a ventilation device in the form of a ventilation channel 34, which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23.
  • the venting channel 34 establishes a connection between the compression chamber 17 and the inlet system 23, through which air can flow, so that during a standstill of the piston compressor, no pressure can build up in the compression chamber 17 which is substantially above the ambient pressure.
  • the venting channel 34 is arranged in the region of the valve plate 20 on the upper side of the cylinder 14 so that a continuous pressure equalization with the inlet line 32 of the reciprocating compressor 10 takes place through the venting channel 34. If, during a standstill of the reciprocating compressor 10 compressed air from the outlet 27 passes into the compression chamber 17, takes place through the vent passage 34, a pressure equalization with the inlet line 22 instead, whereby no pressure build-up in the compression chamber 17 can take place.
  • a disadvantage of such a venting channel 34 that this is also during a compression stroke of the
  • Piston compressor 10 is open and escapes to be compressed air from the compression chamber 17 in this phase. This reduces the efficiency of the reciprocating compressor 10.
  • the vent passage 34 is therefore designed so that it has only a small cross section in order to allow a sufficient pressure equalization during the stoppage of the reciprocating compressor 10 with the inlet system 23, but on the other hand has a throttling effect at high pressures, to limit the volume flow of the discharged air.
  • 7 shows a schematic representation of a sixth exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention.
  • the construction of the piston compressor 10 in FIG. 7 largely corresponds to the construction of the piston compressor 10 illustrated in FIG. 6 and described in that respect, so that identical elements of the piston compressors 10 are identical Reference signs are designated. In the following, only the differences between the reciprocating compressor 10 from FIG. 7 and the reciprocating compressor 10 from FIG. 6 are explained.
  • FIG. 7 shows a piston compressor 10, which also has a ventilation device in the form of a ventilation channel 39, which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23.
  • a check valve in the form of a gravity ball valve 40 is arranged, which closes the vent passage 39 when the pressure in the compression chamber 17 exceeds a predetermined value, which presses the ball of the gravity ball valve 40 against its gravity on a top of the gravity ball valve 40 arranged valve seat.
  • the check valve thus restricts the escape of compressed air from the compression chamber 17 during a compression stroke.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a sixth exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention.
  • the construction of the piston compressor 10 in FIG. 8 largely corresponds to the construction of the piston compressor 10 shown in FIG. 6 and described in this regard, so that identical elements of the piston compressors 10 are identical Reference signs are designated. In the following, only the differences between the reciprocating compressor 10 from FIG. 8 and the reciprocating compressor 10 from FIG. 6 are explained.
  • the piston compressor 10 shown in FIG. 8 also has a ventilation device in the form of a ventilation channel 35, which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23.
  • the ventilation channel 35 is arranged in the upper region of the wall of the cylinder 14.
  • the venting channel 35 also establishes a connection between the compression chamber 17 and the cylinder head volume 24, through which air can flow, which allows pressure equalization between the compression chamber 17 and the inlet system 23.
  • vent passage 35 may be disposed approximately in the region which the upper piston ring sweeps about 60 ° before the top dead center of the piston 13. This will during the stoppage of the reciprocating compressor 10, a discharge of compressed air from the
  • Compressing space 17 is reached, which passes from the outlet 27 there, while the
  • Piston compressor 10 is disconnected from the drive device. At the same time, however, the air in the compression space 17 is prevented from escaping during the final phase of the compression stroke.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a seventh exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention.
  • the construction of the piston compressor 10 in FIG. 9 largely corresponds to the structure of the piston compressor 10 illustrated in FIG. 8 and described in this regard, so that identical elements of the piston compressors 10 are identical Reference signs are designated. In the following, only the differences between the reciprocating compressor 10 from FIG. 9 and the reciprocating compressor 10 from FIG. 8 will be explained.
  • the piston compressor 10 shown in FIG. 9 has a venting device in the form of a venting channel 36, which is arranged between the compression chamber 17 and the interior of the crankcase 16. As in the case of the piston compressor 10 from FIG. 8, the ventilation channel 36 is arranged in the upper region of the wall of the cylinder 14. This one is air-permeable
  • crankcase 16 of the reciprocating compressor 10 allows pressure equalization with respect to the environment, there is substantially ambient pressure in its interior. This can be done via the vent passage 36, a pressure equalization between the compression chamber 17 and the crankcase 16.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of an eighth exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention.
  • the construction of the piston compressor 10 in FIG. 10 largely corresponds to the structure of the piston compressor 10 shown in FIG. 9 and described in that respect, so that identical elements of the piston compressors 10 are identical Reference signs are designated. In the following, only the differences between the reciprocating compressor 10 from FIG. 10 and the reciprocating compressor 10 from FIG. 9 will be explained.
  • the piston compressor 10 shown in Fig. 10 has a venting device in the form of a vent passage 37 which, corresponding to the vent passage 36 of FIG. 9 between the
  • Compression chamber 17 and the interior of the crankcase 16 is arranged. Compared to the
  • a check valve 38 is disposed in the vent passage 37, which prevents backflow of air from the crankcase 16 in the compression chamber 17.
  • the check valve 38 may be designed so that it opens at a low pressure difference between the pressure in the compression chamber 17 and the pressure in the crankcase 16 to prevent pressure build-up in the compression chamber 17 during a service life of the reciprocating compressor 10.
  • FIG. 11 is an illustration of a detail of a ninth exemplary embodiment of a reciprocating compressor 10 according to the present invention, in which the intake valve 21 constitutes the venting means.
  • the elements of the inlet valve 21 are shown in exploded view in FIG. 11.
  • Intake valve 21 forms the upper end of the compression space 17 in the cylinder 14.
  • the valve tongue 21a is formed integrally with a first element of the intake valve 21, which is disposed between the cylinder 14 and a abutment member 21b of the intake valve 21.
  • the exemplified investment element 21b has two valve openings 21c, which depends on the
  • the valve tongue 21a has a curvature which is designed such that the valve tongue 21a rests against the contact element 21b from a pressure in the compression space 22 (dashed representation of the valve tongue 21a) which in the exemplary embodiment is 0.4 bar higher than the pressure in the inlet system 23 (FIG. Ambient pressure) while closing the valve openings 21c.
  • a pressure difference of less than 0.4 bar the valve tongue 21a always has a curvature that a connection between the inlet system 23 and the compression chamber 17 is made.
  • a compressed gas that has entered the compression space 17 through the valve openings 21 c of the intake valve 21 in the
  • Inlet pipe 22 can be discharged without a pressure build-up in the compression chamber 17 of the compressor 10 takes place.
  • the inlet valve 21 may also have a contact element 21b, which has a recess in the region of the valve openings 21c, so that the valve tongue 21a also in this

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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 Entlüftungseinrichtung auf, durch welche verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist.

Description

KOLBENKOMPRESSO MIT ENTLÜFTUNGSEINRICHTUNG
Beschreibung 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 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 vorgeschlagen.
Weiterbildungen des Kolbenkompressors 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 Entlüftungseinrichtung auf, durch welche verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist, das während der Trennung des Kolbenkompressors von der
Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt.
Ein solcher Kolbenkompressor weist eine Einlassleitung auf, die insbesondere Teil eines Einlasssystems ist und durch welche ein zu verdichtendes Gas zu einem Verdichtungsraum 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 mit einem Schließkörper eingesetzt, der abhängig von der Druckdifferenz auf beiden Seiten des Ventils auf den Ventilsitz gedrückt wird und dadurch schließt oder vom Ventilsitz abgehoben wird, wodurch das Ventil öffnet. Eine übliche Bauart solcher Ventile weist eine als Schließkörper dienende Ventilzunge auf.
Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor weist eine Entlüftungseinrichtung auf, durch welche verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist, um den Druck darin zu senken. Dabei ist insbesondere verdichtetes Gas abführbar, welches während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung insbesondere durch ein nicht vollständig schließendes Auslassventil aus der unter Druck stehenden Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt und dort eine
Druckerhöhung verursacht.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors ist das verdichtete Gas mittels der
Entlüftungseinrichtung aus dem Verdichtungsraum in einen Bereich mit geringerem Druck,
insbesondere Umgebungsdruck abführbar. Damit kann das verdichtete Gas in einen Bereich entweichen, der einen gegenüber dem Verdichtungsraum, in welchen verdichtetes Gas aus der Auslassleitung eingedrungen ist, einen geringeren Druck aufweist. Infolge des Abführens des verdichteten Gases sinkt der Druck im Verdichtungsraum. Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors wird der Bereich mit dem Umgebungsdruck von der Umgebung selbst, einem mit dem Einlasssystem bzw. der Einlassleitung verbundenen Gasraum oder dem Inneren des Kurbelgehäuses des Kolbenkompressors gebildet. Ein Bereich mit Umgebungsdruck im Einlasssystem kann beispielsweise die Einlassleitung oder ein mit dieser verbundener Gasraum sein, der beispielsweise im Zylinderkopf des Kolbenkompressors ausgebildet ist und damit auch einen Teil der Einlassleitung darstellt. Bei einer Ausführungsform, bei welcher der Bereich mit dem Umgebungsdruck vom Innenraum des Kurbelgehäuses des Kolbenkompressors gebildet ist, wird das durch die
Entlüftungseinrichtung aus dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors strömende Gas in das Kurbelgehäuse geführt, wo insbesondere zunächst ein Druckausgleich im Kurbelgehäuse und sodann über dessen Entlüftungssystem mit der Umgebung stattfindet.
Dabei können sowohl in einem mit dem Einlasssystem verbundenen Gasraum als auch im
Kurbelgehäuse des Kolbenkompressors Druckschwankungen auftreten: im Einlasssystem insbesondere abhängig von der Frischgasansaugung - beispielsweise wenn das Einlasssystem in Verbindung mit dem Einlasssystem eines entsprechend groß dimensionierten Verbrennungsmotors steht - oder aufgrund insbesondere vorangegangener Kurbeltriebsbewegungen im Kurbelgehäuse. Da jedoch sowohl das Einlasssystem als auch das Kurbelgehäuse mit der Umgebung in Verbindung stehen und dort üblicherweise ein ständiger Ausgleich von Druckschwankungen mit der Umgebung erfolgt, wird der in einem mit dem Einlasssystem verbundenen Gasraum oder im Kurbelgehäuse herrschende Druck im Zusammenhang mit dieser Erfindung als Umgebungsdruck betrachtet.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet eine schaltbare Ventileinrichtung die
Entlüftungseinrichtung, mittels welcher verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist indem eine Verbindung des Verdichtungsraums mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck herstellbar ist.
Dabei kann es sich um eine schaltbare Ventileinrichtung handeln, mittels welcher über eine
beispielsweise in der Ventilplatte oder in der Zylinderwandung angeordnete Entlüftungsöffnung der Verdichtungsraum des Kolbenkompressors optional mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck verbindbar ist. Für diesen Zweck kann insbesondere ein 2/2-Wegeventil eingesetzt werden, welches beispielsweise so schaltbar ist, dass es insbesondere parallel oder versetzt mit der Betätigung der Kupplung öffnet und schließt und so einen Druckausgleich im Verdichtungsraum durch das Abführen von verdichtetem Gas ermöglicht, solange der Kolbenkompressor nicht angetrieben wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, eine derartige Ventileinrichtung auch abhängig von anderen Parametern zu schalten, wie zum Beispiel dem im Verdichtungsraum tatsächlich herrschenden Druck, welcher über mit diesem verbundene Drucksensoren oder auf andere geeignete Weise erfasst wird. Eine andere Ausführungsform des Kolbenkompressors weist ein entsperrbares Rückschlagventil auf, welches auch die Funktion des Einlassventils übernimmt. Ein solches entsperrbares Rückschlagventil stellt eine schaltbare Ventileinrichtung dar, die zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum des Kompressors angeordnet ist und die Verbindung zwischen Einlassleitung und Verdichtungsraum insbesondere selbsttätig entsprechend der Funktion eines Einlassventils öffnet und schließt. Zudem stellt ein derartiges entsperrbares Rückschlagventil eine schaltbare Ventileinrichtung dar, mittels welcher die Verbindung zwischen Einlassleitung und Verdichtungsraum optional öffnen- und schließbar ist, um einen Druckabbau durch ein Abführen von verdichtetem Gas aus dem Verdichtungsraum zu ermöglichen.
Beispielsweise ist ein solches entsperrbares Rückschlagventil ebenso wie das vorher beschriebene Schaltventil parallel oder versetzt zur Kupplungsbetätigung schaltbar oder in Abhängigkeit von anderen, insbesondere mit dem Druck im Verdichtungsraum in Zusammenhang stehenden Parametern, welche beispielsweise mittels Sensoren erfasst werden. Mit einem Öffnen des Einlassventils in Form eines entsperrbaren Rückschlagventils während eines Stillstands des Kompressors kann ein Druckausgleich zwischen dem Verdichtungsraum und dem Einlasssystem stattfinden, so dass im Verdichtungsraum kein signifikanter Druckaufbau stattfinden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet ein Rückschlagventil die
Entlüftungseinrichtung, mittels welchem verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist. Ein derartiges Rückschlagventil ist insbesondere so ausgelegt, dass es dann öffnet und den
Verdichtungsraum mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck verbindet, wenn der Druck im Verdichtungsraum aufgrund eines während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangten verdichteten Gases während eines ersten Verdichtungshubs so stark steigt, dass eine Beschädigung des Kolbenkompressors oder einer mit dem Kolbenkompressor verbundenen Einrichtung droht. In diesem Fall stellt das Rückschlagventil eine Verbindung des Verdichtungsraums mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck her, wodurch das verdichtete Gas, das während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt ist, abführbar ist. Damit steigt der Druck im Verdichtungsraum während des ersten Verdichtungshubs des Kolbenkompressors nach dem Schließen der Kupplung trotz einem erhöhten Druck im Verdichtungsraum durch ein dort eingedrungenes verdichtetes Gas nicht über einen durch das Rückschlagventil festgelegten Höchstwert. Bei einer weiteren Ausführungsform bildet das Einlassventil die Entlüftungseinrichtung. Das Einlassventil ist dabei so ausgebildet, dass damit eine Verbindung zwischen der Einlassleitung und dem
Verdichtungsraum erst ab einem Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, der wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar höher ist als der Druck in der Einlassleitung, der im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht. Dabei besteht bei einem Druck im Verdichtungsraum, der unter dem Grenzwert von wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar Überdruck liegt, eine fortwährende Verbindung zwischen der
Einlassleitung und dem Verdichtungsraum. So ist ein verdichtetes Gas, das während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung, also im Stillstand des Kolbenkompressors, in den Verdichtungsraum gelangt, durch diese Öffnung des Einlassventils in die Einlassleitung abführbar, ohne dass ein Druckaufbau im Verdichtungsraum des Kompressors erfolgt.
Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors, bei welcher das Einlassventil erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, weist das Einlassventil einen konkav ausgebildeten Ventilsitz insbesondere an der Ventilplatte und eine im Wesentlichen eben ausgebildete Ventilzunge auf, so dass die Ventilzunge erst nach einer durch einen Druck im Verdichtungsraum bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz anliegt. Bei einer derartigen
Ausführungsform schließt das Einlassventil erst, wenn während des Verdichtungshubs ein ausreichend hoher Druck im Verdichtungsraum wirkt, welcher die Ventilzunge derart verformt, dass diese dichtend an dem konkav ausgebildeten Ventilsitz anliegt. Solange der Druck im Verdichtungsraum einen niedrigeren Wert aufweist als der Druck, der zum Schließen des Einlassventils führt, ist das Einlassventil geöffnet. So kann durch verdichtetes Gas, das während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt, kein Druckaufbau im Verdichtungsraum bewirkt werden.
Bei einer anderen Ausführungsform des Kolbenkompressors, bei welcher das Einlassventil erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, weist das Einlassventil einen eben ausgebildeten Ventilsitz und eine gebogen ausgebildete Ventilzunge auf. Die Ventilzunge liegt folglich erst nach einer durch den Druck im Verdichtungsraum bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz an. Auch bei dieser Ausführungsform schließt das Einlassventil erst, wenn während eines Verdichtungshubs ein ausreichend hoher Druck im Verdichtungsraum wirkt, welcher die gebogen ausgeführte Ventilzunge derart verformt, dass diese dichtend an dem eben ausgebildeten Ventilsitz anliegt. Auch hier bleibt das Einlassventil geöffnet, solange der Druck im Verdichtungsraum einen geringeren Wert aufweist als der Druck, der insbesondere während eines Verdichtungshubs zum Schließen des Einlassventils führt. So kann auch bei dieser Ausführungsform ein verdichtetes Gas, das während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt, zu keinem Druckaufbau im Verdichtungsraum führen.
Bei einer anderen Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet ein Entlüftungskanal die
Entlüftungseinrichtung. Durch einen solchen Entlüftungskanal, der insbesondere eine permanente Verbindung zu einem Bereich mit einem gegenüber dem Verdichtungsraum geringeren Druck, insbesondere Umgebungsdruck herstellt, kann Gas von einem Ende des Entlüftungskanals im
Verdichtungsraum, der unter einem höheren Druck steht, durch den Entlüftungskanal in einen Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck am anderen Ende des Entlüftungskanals abgeführt werden. Dadurch findet ein Druckausgleich mit dem Verdichtungsraum statt. Sofern also während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung Gas aus der unter Druck stehenden Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt, kann sich dort kein erhöhter Druck aufbauen, da das Gas durch den Entlüftungskanal abgeführt wird.
Bei einer Ausführungsform ist wenigstens ein Ende des Entlüftungskanals in der Ventilplatte angeordnet und stellt insbesondere eine Verbindung des Verdichtungsraums zur Umgebung des Kolbenkompressors oder zu dessen Einlasssystem her. Nachteilig an einem permanent geöffneten Entlüftungskanal ist, dass dieser auch während eines Verdichtungshubs ein Entweichen des Gases aus dem Verdichtungsraum ermöglicht, wodurch sich die Effizienz des Kompressors verringert. Bei einer Ausführungsform weist der Entlüftungskanal allerdings einen so geringen Querschnitt auf, dass ein Druckausgleich durch den Entlüftungskanal möglich ist, die Drosselwirkung des geringen Querschnitts des Entlüftungskanals jedoch den Druckfluss eines größeren Volumenstroms während eines Verdichtungshubs verhindert.
Eine alternative Gestaltung, welche ein Entweichen des Gases aus dem Verdichtungsraum während eines Verdichtungshubs einschränkt weist ein geeignetes Sperrventil im Entlüftungskanal auf, welches diesen ab einem vorbestimmten Überdruck schließt. Ein hierfür geeignetes Sperrventil ist beispielsweise ein Schwerkraftkugelventil. Vorteilhafterweise ist ein solches Sperrventil robust gegen eine
Verschmutzung durch Schmierölverunreinigungen ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform ist wenigstens ein Ende des Entlüftungskanals in der Zylinderwandung angeordnet, der beispielsweise eine Verbindung mit der Umgebung des
Kolbenkompressors herstellt. Ausgehend von der Außenseite der Zylinderwandung kann der
Entlüftungskanal eine Verbindungseinrichtung in Form einer Leitung aufweisen, welche als Verlängerung des Entlüftungskanals dient und diesen insbesondere mit dem Einlasssystem oder mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses des Kolbenkompressors verbindet. Auch ein solcher Entlüftungskanal bildet eine Öffnung im Verdichtungsraum, durch welche auch während des Verdichtungshubs Gas aus dem Verdichtungsraum entweichen kann, womit die Effizienz des Kolbenverdichters sinkt. Der
Entlüftungskanal ist daher insbesondere groß genug ausgelegt, um einen Druckausgleich zu
gewährleisten, damit Gasvolumenstrom, der hierdurch während einer Trennung des Kompressors von der Antriebseinrichtung aus dem Verdichtungsraum abgeführt werden kann, mindestens so groß ist, wie der in diesem Zeitabschnitt aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangte
Gasvolumenstrom von verdichtetem Gas aus der Auslassleitung. Bei einer Ausführungsform ist der Entlüftungskanal in der Zylinderwandung so angeordnet, dass das eine Ende während des Verdichtungshubs ab einer bestimmten Kolbenstellung vom Kolben passiert und damit verschlossen wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Entlüftungskanal zwischen einer mittleren Hubposition des Kolbens und dessen oberen Totpunkt angeordnet ist. Durch diese Anordnung des Entlüftungskanals ist ein während eines Stillstands des Kolbenkompressors aus dem Auslasskanal zurück in den Verdichtungsraum gelangtes Gas abführbar, um einen Druckaufbau im Verdichtungsraum zu verhindern. Gleichzeitig wird ein Entweichen von Gas aus dem Verdichtungsraum verhindert, sobald ein Kolbenring die Öffnung des Entlüftungskanals bei der Bewegung hin zum oberen Totpunkt passiert hat. Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors ist im Entlüftungskanal bzw. in einer damit verbundenen Verbindungseinrichtung ein Rückschlagventil oder ein Sperrventil angeordnet. Ein solches Rückschlag- oder Sperrventil kann einerseits ein Entweichen von Gas während eines Verdichtungshubs des Kolbenkompressors aus dem Verdichtungsraum vermeiden, andererseits kann ein solches
Rückschlag- oder Sperrventil auch dazu dienen, ein Ansaugen von möglicherweise verunreinigtem Gas insbesondere aus dem Kurbelgehäuse in den Verdichtungsraum verhindern. Obwohl vorausgehend im Zusammenhang mit den Bauteilen des Kolbenkompressors jeweils der Kolben, der Zylinder, der Zylinderkopf usw. adressiert ist, treffen die hierzu beschriebenen Eigenschaften jeweils auch auf einen Kolbenkompressor mit zwei oder mehr dieser Elemente zu, da die vorliegende Erfindung nicht nur für einstufige Kolbenkompressoren sondern auch für mehrstufige Kolbenkompressoren Verwendung finden kann.
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 die Entlüftungseinrichtung eine schaltbare Ventileinrichtung aufweist;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welcher die Entlüftungseinrichtung eine schaltbare Ventileinrichtung aufweist;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welcher die Entlüftungseinrichtung ein
Rückschlagventil aufweist;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer vierten beispielhaften Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welcher die Entlüftungseinrichtung einen
Entlüftungskanal aufweist;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer fünften beispielhaften Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welcher die Entlüftungseinrichtung einen
Entlüftungskanal mit Sperrventil aufweist; Fig. 8 eine schematische Darstellung einer sechsten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welcher die Entlüftungseinrichtung einen
Entlüftungskanal aufweist;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer siebten beispielhaften Ausführungsform eines
erfindungsge mäßen Kolbenkompressors, bei welcher die Entlüftungseinrichtung einen
Entlüftungskanal aufweist;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer achten beispielhaften Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kolbenkompressors bei welcher die Entlüftungseinrichtung einen
Entlüftungskanal aufweist; und
Fig. 11 eine Darstellung eines Details einer neunten beispielhaften Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welchem das Einlassventil die
Entlüftungseinrichtung bildet.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kolbenkompressors 10 wie er als Stand der Technik bekannt ist. Die Kurbelwelle 11 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 11 des Kolbenkompressors 10 übertragen, so dass die
Kurbelwelle 11 während der Trennung des Kolbenkompressors 10 von der Antriebseinrichtung still steht.
Die Kurbelwelle 11 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 11, 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 11 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 einen Teil der Auslassleitung 27 bildet.
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, - in 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 etwa 60 bar. Sofern der Verdichtungsraum 17 diesem enormen Innendruck standhält ist das dabei an der Kurbelwelle 11 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 Entlüftungseinrichtung in Form eines 2/2- Wegeventils 31 auf, das zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Bei dem 2/2-Wegeventil handelt es sich um eine schaltbare Ventileinrichtung. Im Ausführungsbeispiel in Fig. 3 ist die Steuerleitung 31a des 2/2-Wegeventils 31 mit der Steuerung der Kupplung 3
signalverbunden. Wird die Kupplung 3 geöffnet und der Kolbenkompressor 10 damit nicht mehr angetrieben, wird das 2/2-Wegeventil 31 aus der dargestellten geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung geschaltet, um eine von Luft durchströmbare Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 herzustellen.
Gelangt nun während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 beispielsweise im Falle eines nicht mehr dicht schließenden Auslassventils 26 verdichtete Luft in den Verdichtungsraum 17, so kann durch das geöffnete 2/2-Wegeventil 31 ein Druckausgleich mit der Einlassleitung 22 stattfinden. Damit kann kein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 erfolgen, der insbesondere beim ersten Verdichtungshub des Kolbenkompressors 10 bei dessen Wiederinbetriebnahme zu einer Beschädigung des Kolbenkompressors 10 und/ oder der Kupplung 3 führen könnte.
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 Entlüftungseinrichtung in Form eines entsperrbaren Rückschlagventils 32 auf, welches gleichzeitig auch als Einlassventil dient. Damit ist das entsperrbare Rückschlagventil 32 zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet. Während dem Ansaugen von Frischluft aus der Einlassleitung 22 in den Verdichtungsraum 17 öffnet das entsperrbare Rückschlagventil 32 aufgrund der daran anliegenden Druckdifferenz selbsttätig. Bei dem entsperrbaren Rückschlagventil 32 handelt es sich ferner auch um eine schaltbare Ventileinrichtung, welche neben dem selbsttätigen Öffnen beim Ansaugen von Frischluft auch mittels eines Steuersignals in eine Offenstellung schaltbar ist. Im Ausführungsbeispiel in Fig. 4 ist die
Steuerleitung 32a des entsperrbaren Rückschlagventils 32 mit einer nicht dargestellten
Steuereinrichtung signalverbunden. Abhängig von wenigstens einem vorbestimmten Parameter, wie beispielsweise dem Druck im Verdichtungsraum 17, kann damit das entsperrbare Rückschlagventil 32 geöffnet werden, um eine Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und der Einlassleitung 22 herzustellen. Gelangt nun während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 beispielsweise im Falle eines nicht mehr dicht schließenden Auslassventils 26 verdichtete Luft in den Verdichtungsraum 17, so kann das entsperrbare Rückschlagventil 32 geöffnet werden, um einen Druckausgleich mit der Einlassleitung 22 zu ermöglichen. Damit kann kein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 stattfinden, der insbesondere beim ersten Verdichtungshub des Kolbenkompressors 10 bei dessen Wiederinbetriebnahme zu einer Beschädigung des Kolbenkompressors 10 und/ oder der Kupplung 3 führen könnte. Beim erneuten Starten des Kolbenkompressors 10 wird das entsperrbare Rückschlagventil 32 durch die Steuereinrichtung wieder in die Arbeitsposition geschaltet, in welcher es beim Ansaugen von Frischluft aus der Einlassleitung 22 in den Verdichtungsraum 17 aufgrund der daran anliegenden Druckdifferenz selbsttätig öffnet.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10. Auch der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in Fig. 5 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. 5 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus Fig. 1 erläutert.
Der in Fig. 5 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Rückschlagventils 33 auf, das zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Das zusätzlich zu dem Einlassventil 21 zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnete Rückschlagventil 33 sperrt in zum Einlassventil 21 entgegengesetzter Richtung, so dass dieses während dem Ansaugen von Frischluft in den Verdichtungsraum 17 sowie während der Verdichtung im Normalbetrieb des Kolbenkompressors 10 geschlossen ist. Falls bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 beispielsweise im Falle eines nicht mehr dicht schließenden Auslassventils 26 verdichtete Luft in den Verdichtungsraum 17 gelangt, findet hier zunächst ein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 statt. Der sich dabei einstellende Druck erreicht keinen höheren Wert als bei einem Verdichtungshub, so dass zunächst keine Entlüftung des Verdichtungsraums 17 erforderlich ist. Erst beim ersten Verdichtungshub des Kolbenkompressors 10 nach dessen Wiederinbetriebnahme entsteht aufgrund der vorverdichteten Luft im Verdichtungsraum 17 ein deutlich erhöhter Druck, welcher zu einer Beschädigung des
Kolbenkompressors 10 und/ oder der Kupplung 3 führen kann. Das Rückschlagventil 33 ist daher so ausgelegt, dass es eine Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und der Einlassleitung 21 mit ausreichend großem Querschnitt öffnet, um Luft aus dem Verdichtungsraums 17 abzuführen, sobald der Druck im Verdichtungsraum 17 einen kritischen Wert übersteigt. Bei dem beispielhaften
Kolbenkompressor 10 für ein Nutzfahrzeug liegt der Spitzendruck im Verdichtungsraum beim
Normalbetrieb zwischen etwa 16 und 19 bar. Ein beispielhaftes Rückschlagventil 33 ist daher so ausgeführt, dass es beispielsweise bei einem Druck von 20 bar im Verdichtungsraum 17 öffnet und so verdichtete Luft aus dem Verdichtungsraum 17 abführt.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10. Auch der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in Fig. 6 entspricht weitgehend dem Aufbau des in Fig. 1 dargestellten und hierzu beschriebenen
Kolbenkom ressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des
Kolbenkompressors 10 aus Fig. 6 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus Fig. 1 erläutert.
Der in Fig. 6 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 34 auf, der zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Der Entlüftungskanal 34 stellt eine von Luft durchströmbare Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 her, so dass sich während eines Stillstands des Kolbenkompressors kein Druck im Verdichtungsraum 17 aufbauen kann, der wesentlich über dem Umgebungsdruck liegt.
In der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist der Entlüftungskanal 34 im Bereich der Ventilplatte 20 an der Oberseite des Zylinders 14 angeordnet, so dass durch den Entlüftungskanal 34 ein ständiger Druckausgleich mit der Einlassleitung 32 des Kolbenverdichters 10 erfolgt. Falls während eines Stillstand des Kolbenkompressors 10 verdichtete Luft aus der Auslassleitung 27 in den Verdichtungsraum 17 gelangt, findet durch den Entlüftungskanal 34 ein Druckausgleich mit der Einlassleitung 22 statt, wodurch kein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 erfolgen kann. Nachteilig an einem solchen Entlüftungskanal 34 ist allerdings, dass dieser auch während eines Verdichtungshubs des
Kolbenkompressors 10 geöffnet ist und in dieser Phase zu verdichtende Luft aus dem Verdichtungsraum 17 entweicht. Dies senkt die Effizienz des Kolbenverdichters 10. Der Entlüftungskanal 34 ist daher so ausgelegt, dass dieser nur einen geringen Querschnitt aufweist, um einen ausreichenden Druckausgleich während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 mit dem Einlasssystem 23 zu ermöglichen, andererseits aber bei hohen Drücken eine Drosselwirkung aufweist, um den Volumenstrom der abgeführten Luft zu begrenzen. Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer sechsten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in Fig. 7 entspricht weitgehend dem Aufbau des in Fig. 6 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. 7 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus Fig. 6 erläutert.
In Fig. 7 ist ein Kolbenkompressor 10 gezeigt, der auch eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 39 aufweist, der zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Im Entlüftungskanal 39 ist ein Sperrventil in Form eines Schwerkraftkugelventils 40 angeordnet, welches den Entlüftungskanal 39 dann schließt, wenn der Druck im Verdichtungsraum 17 einen vorbestimmten Wert übersteigt, welcher die Kugel des Schwerkraftkugelventils 40 entgegen deren Schwerkraft an einem oben im Schwerkraftkugelventil 40 angeordneten Ventilsitz drückt. Durch das Sperrventil wird so ein Entweichen von verdichteter Luft aus dem Verdichtungsraum 17 während eines Verdichtungshubs eingeschränkt.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer sechsten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in Fig. 8 entspricht weitgehend dem Aufbau des in Fig. 6 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. 8 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus Fig. 6 erläutert.
Auch der in Fig. 8 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 35 auf, der zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Im Gegensatz zum Kolbenkompressor 10 aus Fig. 6 ist der Entlüftungskanal 35 im oberen Bereich der Wandung des Zylinders 14 angeordnet. Auch der Entlüftungskanal 35 stellt eine von Luft durchströmbare Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Zylinderkopfvolumen 24 her, die einen Druckausgleich zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 ermöglicht.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann der Entlüftungskanal 35 etwa in dem Bereich angeordnet sein, welchen der obere Kolbenring etwa 60° vor dem oberen Totpunkt des Kolbens 13 überstreicht. Dadurch wird während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 ein Abführen von verdichteter Luft aus dem
Verdichtungsraum 17 erreicht, die aus der Auslassleitung 27 dorthin gelangt, während der
Kolbenkompressor 10 von der Antriebseinrichtung getrennt ist. Gleichzeitig wird jedoch verhindert, dass die Luft im Verdichtungsraum 17 während der Endphase des Verdichtungshubs hieraus entweicht.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer siebten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in Fig. 9 entspricht weitgehend dem Aufbau des in Fig. 8 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. 9 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus Fig. 8 erläutert.
Der in Fig. 9 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 36 auf, der zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Inneren des Kurbelgehäuses 16 angeordnet ist. Wie beim Kolbenkompressor 10 aus Fig. 8 ist der Entlüftungskanal 36 im oberen Bereich der Wandung des Zylinders 14 angeordnet. Dieser stellt eine von Luft durchströmbare
Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Kurbelgehäuse 16 her. Da das Kurbelgehäuse 16 des Kolbenkompressors 10 gegenüber der Umgebung einen Druckausgleich ermöglicht, herrscht in dessen Innenraum im Wesentlichen Umgebungsdruck. Damit kann über den Entlüftungskanal 36 ein Druckausgleich zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Kurbelgehäuse 16 erfolgen.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer achten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in Fig. 10 entspricht weitgehend dem Aufbau des in Fig. 9 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. 10 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus Fig. 9 erläutert.
Der in Fig. 10 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 37 auf, der entsprechend dem Entlüftungskanal 36 aus Fig. 9 zwischen dem
Verdichtungsraum 17 und dem Inneren des Kurbelgehäuses 16 angeordnet ist. Gegenüber dem
Entlüftungskanal 36 aus Fig. 9 ist im Entlüftungskanal 37 ein Rückschlagventil 38 angeordnet, welches einen ückfluss von Luft aus dem Kurbelgehäuse 16 in den Verdichtungsraum 17 verhindert. Das Rückschlagventil 38 kann dabei so ausgelegt sein, dass es bereits bei einer geringen Druckdifferenz zwischen dem Druck im Verdichtungsraum 17 und dem Druck im Kurbelgehäuse 16 öffnet, um einen Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 während einer Standzeit des Kolbenkompressors 10 zu verhindern.
Fig. 11 zeigt eine Darstellung eines Details einer neunten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10, bei welchem das Einlassventil 21 die Entlüftungseinrichtung bildet. Die Elemente des Einlassventils 21 sind in Fig. 11 in Explosionsdarstellung gezeigt. Das
Einlassventil 21 bildet den oberen Abschluss des Verdichtungsraums 17 im Zylinder 14. Die Ventilzunge 21a ist einstückig mit einem ersten Element des Einlassventils 21 ausgeführt, welches zwischen dem Zylinder 14 und einem Anlageelement 21b des Einlassventils 21 angeordnet ist. Das beispielhaft dargestellte Anlageelement 21b weist zwei Ventilöffnungen 21c auf, welche abhängig von der
Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsraum 17 im Zylinder 14 und dem Druck im Einlasssystem 23 von der Ventilzunge 21a verschlossen werden.
Die Ventilzunge 21a weist eine Krümmung auf, die derart gestaltet ist, dass die Ventilzunge 21a ab einem Druck im Verdichtungsraum 22 am Anlageelement 21b anliegt (gestrichelte Darstellung der Ventilzunge 21a) der im Ausführungsbeispiel 0,4 bar höher ist als der Druck im Einlasssystem 23 (Umgebungsdruck) und dabei die Ventilöffnungen 21c verschließt. Bei einer Druckdifferenz von weniger als 0,4 bar weist die Ventilzunge 21a stets eine Krümmung auf, dass eine Verbindung zwischen dem Einlasssystem 23 und dem Verdichtungsraum 17 besteht. So ist ein verdichtetes Gas, das in den Verdichtungsraum 17 gelangt ist, durch die Ventilöffnungen 21c des Einlassventils 21 in die
Einlassleitung 22 abführbar, ohne dass ein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 des Kompressors 10 erfolgt.
Bei einer anderen, nicht gezeigten aber in gleicher Weise wirkenden Ausführungsform des
Kolbenkompressors 10 kann das Einlassventil 21 auch ein Anlageelement 21b aufweisen, das im Bereich der Ventilöffnungen 21c eine Vertiefung aufweist, so dass die Ventilzunge 21a auch bei dieser
Ausführung erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum 17 dichtend am Anlageelement 21b anliegt. BEZUGSZEICHEIMUSTE
3 Kupplung
10 Kolbenkompressor
11 Kurbelwelle
12 Pleuel
13 Kolben
14 Zylinder
15 Kurbeltrieb
16 Kurbelgehäuse
17 Verdichtungsraum
20 Ventilplatte
21 Einlassventil
21a Ventilzunge
21b Anlageelement
21c Ventilöffnung
22 Einlassleitung
23 Einlasssystem
24 Zylinderkopfvolumen (Einlass)
26 Auslassventil
26a Ventilzunge
26b Ventilsitz
26c Anlageelement
27 Auslassleitung
27a Zylinderkopfvolumen (Auslass)
28 Auslassöffnung
31 2/2-Wegeventil
31a Steuerleitung
32 Rückschlagventil
32a Steuerleitung
33 Rückschlagventil
34 Entlüftungskanal Entlüftungskanal Entlüftungskanal Entlüftungskanal Rückschlagventil Rückschlagventil Schwerkraftkugel'

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 Entlüftungseinrichtung (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 39) aufweist, durch welche verdichtetes Gas, das während der Trennung des Kolbenkompressors (10) von der
Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung (27) zurück in den Verdichtungsraum (17) gelangt, aus dem Verdichtungsraum (17) abführbar ist.
2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verdichtete Gas aus dem Verdichtungsraum (17) in einen Bereich mit Umgebungsdruck abführbar ist, der von der Umgebung selbst, einem mit dem Einlasssystem (23) verbundenen Gasraum (22, 24) oder dem Inneren des Kurbelgehäuses (16) gebildet wird.
3. Kolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine schaltbare Ventileinrichtung (31, 32) die Entlüftungseinrichtung bildet.
4. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (33) die Entlüftungseinrichtung bildet.
5. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (21) die Entlüftungseinrichtung bildet, wobei das Einlassventil (21) so ausgebildet ist, dass damit eine Verbindung zwischen der Einlassleitung (22) und dem Verdichtungsraum (17) erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum (17) verschließbar ist, wobei der vorbestimmte Druck wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar höher ist als der Druck in der Einlassleitung (22).
6. Kolbenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (21) einen konkav ausgebildeten Ventilsitz und eine im Wesentlichen eben ausgebildete Ventilzunge aufweist, so dass die Ventilzunge erst nach einer durch den Druck im Verdichtungsraum (17) bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz anliegt.
7. Kolbenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (21) einen eben ausgebildeten Ventilsitz und eine gebogen ausgebildete Ventilzunge aufweist, so dass die
Ventilzunge erst nach einer durch den Druck im Verdichtungsraum (17) bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz anliegt.
8. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entlüftungskanal (34, 35, 36, 39) die Entlüftungseinrichtung bildet.
9. Kolbenkompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ende des Entlüftungskanals (34, 35, 36, 39) in der Ventilplatte (20) oder in der Zylinderwandung (14) angeordnet ist.
10. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Entlüftungskanal (34, 35, 36, 39) ein Rückschlagventil (38) oder ein Sperrventil (40) angeordnet ist.
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