WO2018197182A1 - Verdichter, druckluftversorgungsanlage zum betreiben einer pneumatikanlage und verfahren zum betreiben einer druckluftversorgungsanlage - Google Patents

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Jonas Wichern
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    • F04B53/14—Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F04B53/143—Sealing provided on the piston

Definitions

  • Compressor, compressed air supply system for operating a pneumatic system and method for operating a compressed air supply system
  • the invention relates to a compressor, in particular a compressor, for a compressed air supply of a compressed air supply system, for operating a pneumatic system according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a compressed air supply system for operating a pneumatic system, a method for operating a compressed air supply system and a vehicle with a compressed air supply system.
  • Compressors in particular piston compressors in vehicles of all kinds, are commonly known. They serve to provide compressed air and include many areas of application, including brake systems, air suspension systems, in particular for level control, clutch amplifiers and many more.
  • Important target criteria in the design of compressors include the highest possible delivery rate, the lowest possible noise, the smallest possible dimensions, low production costs and a high level of robustness.
  • DE 10 2012 019 618 A1 discloses a production method for a piston with a circumferential seal in the form of a circular cup sleeve, in particular for use in a reciprocating piston compressor.
  • a compressor comprising a piston whose piston head is rigidly connected to a connecting rod, wherein a connecting rod bearing eye of the connecting rod is rotatably mounted on an eccentric pin of a drive shaft of a drive motor.
  • DE 10 2013 101 1 10 A1 discloses a reciprocating compressor with a driven by a sliding crank and a reciprocable in a cylinder and against the cylinder wall sealed piston, which is arranged fixed to the connecting rod, wherein the piston and / or the cylinder is formed are that during the compression stroke caused by the relative inclination or tilt between the piston and cylinder crescent-shaped gaps between the piston edge and the cylinder wall are sealable, thereby compensating for leaks.
  • a two-stage compressor can be designed in such a way that both compressor stages are formed by only one piston, for example by means of a double-sided piston.
  • GB 241, 907 discloses a multi-stage compressor which can realize any number of compressor stages by means of a piston having any number of step sections and a cylinder adapted to it.
  • DE 10 2010 054 710 A1 discloses a compressor for a compressed air supply of a compressed air supply system, which has at least one two-stage compressor unit with a single cylinder a single in a compression chamber of the cylinder can be acted upon on two sides piston.
  • DE 10 2012 223 1 14 A1 furthermore describes a double-piston compressor unit.
  • a drive shaft of the motor of the compressor unit acts via a slotted guide in the double piston of the unit with this together so that the double piston performs alternately in the two cylinders of the unit a compression process.
  • the axis of the drive shaft is arranged eccentrically to the central axis of the two cylinders, resulting in fewer changes in position of the piston and thus a lower noise.
  • the invention begins, whose task is to provide a compressor in an improved manner, which at least partially meets the objectives and target criteria formulated above, in particular by a simplified structural design.
  • the invention relates to a compressor, in particular a compressor, for a compressed air supply of a compressed air supply system, for operating a pneumatic system, comprising:
  • first compression space a first compression space
  • second compression space an air supply port and a compressed air outlet
  • a piston having a first pressurisable end face, which is directed towards the first compression space, and a second pressurisable end face, which is opposite the first end face, and which is directed towards the second compression space, wherein the first compression chamber is delimited by the first end face and the second compression space is bounded by the second end face of the piston, wherein the first end face is a full side and the second end face is a step side, and
  • the piston is connected via a connecting rod to a drive, and wherein the first compression chamber and the second compression chamber are connected to each other via a connecting line.
  • the connecting rod is rigid, in particular rigid and joint-free, connected to the piston on a piston side and is rotatably connected to a drive side with a rotating part of the drive, and the piston carries at least one seal on the step side, which the first Compressing space and / or the second compression chamber seals.
  • the connecting rod can be rigidly connected in the sense of rigid and joint-free on a piston side with the piston.
  • One approach to constructive simplification of the compressor is the rigid connection of the connecting rod and piston and the associated acceptance of a certain wobbling movement of the piston during the stroke.
  • Such compressors also known as wobble piston compressors or reciprocating piston compressors, lead to the advantage that less moving parts have to be used to couple drive and piston and, if necessary, no guide elements are required for the piston for receiving lateral forces introduced by the connecting rod.
  • the invention is based on the consideration that single-stage wobble piston compressors have advantages in terms of their simple structural design. These include in particular a lower susceptibility to errors, a smaller number of parts and assemblies, as well as easier maintenance and repair. At the same time, however, there are design-related problems, which in particular are due to the tumbling motion, ie the relative ve inclination between the piston axis and cylinder axis depending on the stroke, are due. These problems, in particular the not purely translational stroke movement of the piston, is encountered in the prior art with design measures, in particular suitable seals.
  • the invention is based on the consideration that a two-stage compressor with only both a single piston and a single cylinder leads to significant advantages in terms of the reduction of parts, in particular moving parts, and thus to a more compact design of the compressor.
  • this compressor concept including, in particular, the absorption of lateral forces, in order to ensure the translatory lifting movement of the piston, which can be pressurized on both sides, and thus, above all, the sealing of both compression chambers separated from the piston.
  • suitable guides and bearings a purely translational lifting movement of the piston or of the piston rod, which is driven in particular by a crankshaft, can be ensured.
  • the invention has surprisingly recognized that the combination of these two supposedly contradictory compressor concepts, namely that of the wobble piston compressor and that of the two-stage, einkolbigen compressor is possible and leads to the above already mentioned, significant advantages of both approaches. Contrary to the widely held in the prior art view that the sealing of both compression chambers can be ensured in a two-stage, einkolbigen compressor only in a purely translational lifting movement, the invention is based on the consideration that the design-related wobbling movement with appropriate design measures, in particular seals, can be countered.
  • the invention has recognized, in particular, that in the case of a corresponding, in particular cylindrical or annular, cylindrical formation of the first and second compression space, in particular together with a piston which can be pressurized on both sides, only one seal can be used. Further developments of the invention are specified in the dependent claims, which further develop the invention within the scope of the task with regard to further advantages.
  • the piston has a non-return valve opening from the first compression chamber in the direction of the air supply port against a spring force.
  • this check valve can be arranged in an opening on the full side and thus between the first compression space and the air supply connection or the air inlet region open to the environment.
  • environment is meant in particular the lower-pressure crankcase interior.
  • the check valve can thus open automatically in the event of a pressure above the normal level in the first compression chamber, in particular to avoid damage.
  • the integration of the check valve in the piston leads to the advantage that the valve can be replaced together with the piston, or disassembled and / or repaired.
  • the invention has recognized that an integration of the movable and / or wear-prone parts of the compressor in the piston, in particular valve flap pen, check valves and seals, leading to the advantageous effect of simplified accessibility and / or interchangeability.
  • the connecting rod is rotatably connected to the rotating part of the drive in the form of an eccentrically arranged shaft portion. In this way, the rotational movement of the drive is converted into a predominantly translational motion components having wobbling motion.
  • the connecting rod is integrally formed and articulated against the piston.
  • the construction and the production of the compressor are simplified and the number of moving parts is reduced. This in turn leads advantageously to a reduced susceptibility to errors and reduced repair and maintenance costs.
  • the first compression chamber is cylindrical or cylindrical with a dome-shaped section and the second compression chamber is annularly cylindrical.
  • this embodiment can be formed by an inside cylinder-shaped, rotatable cylinder inner web having an L-shaped cross-section, which is open in the direction of the piston and thus forms an annular cylindrical compression space.
  • annularly cylindrical here describes a compression space which, in contrast to the first compression space, is not fully cylindrical but hollow cylindrical, ie has an inner cylindrical outer surface and an outer cylindrical outer surface Compaction space for generating the compression oscillating moves.
  • This annular shape of the compression chamber leads to the advantage that it can be sealed by only one, in particular piston side mounted seal. Also, this annular shape of the compression chamber avoids, in contrast to other, belonging to the prior art approaches of two-stage, einkolbigen compressors that further moving parts, in particular connecting rod or piston rod, directly adjacent to the compression space and thus would have to be additionally sealed.
  • a piston shape can be achieved by a dome-shaped section or generally tapering towards the full side of the piston, which advantageously does not tilt in the cylinder despite wobbling motion.
  • the at least one seal of the piston effects a pressure-tight seal acting in the radial direction both on an outer side and on an inner side, in particular as a single seal.
  • the single seal may be formed, for example, as a boot seal.
  • the outside of the seal circumferentially in contact with a cylinder inner wall and the inside of the seal is circumferentially in contact with a web wall inside.
  • this may include the seal having an outside and an inside.
  • the outside of the seal is on the outer circumference, ie the outside of the - simplified described - arranged annular seal and thus provides a circumferential, continuous contact with a, in particular a cylindrical cavity-forming cylinder inner wall ago.
  • the inside of the seal is on the inside, ie on the inner circumference of the - simplified described - arranged annular seal and thus creates a circumferential, continuous contact with a web wall inside.
  • the seal has an annular sealing body with a first annular lip radially outward on the annular body and a second annular lip radially inward on the annular body.
  • the seal has an annular sealing body with a first annular lip, which is arranged in the radial direction on the outside of the sealing body, directed in the axial direction to the second compression chamber, and / or a second annular lip, the inside in the radial direction on the sealing body, directed in the axial direction to the second compression space, is arranged.
  • the first and / or second annular lip in particular has a free end which is arranged in the second compression space.
  • Such a development includes in particular that between the first annular lip and a main body of the seal body, a first Expansion space is formed, and between the second annular lip and the main body, a second expansion space.
  • a development with such a sealing body can be used in particular when a compressor is used in two-stage operation.
  • a two-stage operation includes in particular that the compressed air is first in the first compression chamber to a lower pressure, for example, 3 bar, compressed and then compressed in the second compression chamber to a higher pressure, for example 22 bar.
  • the first pressure in the first compression chamber for example, assumes a value of max. 3 bar
  • the second pressure in the second compression chamber for example, a value between 3 bar and 22 bar.
  • the annular sealing body has a third annular lip, which is arranged in the radial direction on the outside of the sealing body, directed in the axial direction to the first compression space.
  • the third annular lip in particular has a free end, which is arranged in the first compression space.
  • a third seal between the third annular lip and the wall outer side of the cylinder inner wall causes.
  • the third seal advantageously ensures that a seal between the first compression chamber and the second compression chamber is independent of the conditions prevailing in the first and second compression chambers. the pressures occur.
  • the first pressure prevailing in the first compression chamber is equal to or greater than the second pressure prevailing in the second compression chamber, an overflow of compressed air from the first compression chamber into the second compression chamber is prevented by the third annular lip.
  • a single-stage operation of the compressor is advantageously made possible, is compressed in the compressed air in the first compression chamber and in the second compression chamber to the same final pressure. In such an operating mode, compressed air is compressed to the same final pressure of, for example, 18 bar in both compression chambers.
  • both the first pressure in the first compression space and the second pressure in the second compression space take a value of max. 18 bar.
  • the piston has a non-cylindrical outer cross-section that is variable in the axial direction. Specifically, this means, for example, that the outer cross-section of the piston at the top and bottom of the piston is elliptical and round at a location between the upper and the lower end of the piston, d. H. the piston outer wall is not cylindrical.
  • the piston has a non-cylindrical inner cross-section which is variable in the axial direction. Specifically, this may mean that the inner cross-section at the top and bottom of a piston forming the annular portion of the piston is elliptical and round at a location between the upper and lower end of the piston stage, d. H. the piston inner wall is not cylindrical.
  • variable shape of the piston outer wall ensures that provided that the outer cross section of the piston in a plane perpendicular to the axis of the cylinder plane remains virtually invariable at each stroke position, in particular congruent with the cylinder inner cross-section.
  • the same aspect applies analogously to the piston inner wall with regard to the seal against the rotationally shaped cylinder inner web having an L-shaped cross section forming the second compression chamber.
  • the second compression chamber also has a charging connection for additionally supplying compressed air, in particular from a pressure medium reservoir.
  • compressed air in particular from a pressure medium reservoir.
  • pre-compressed and stored air can be supplied to the second compression chamber as needed.
  • Such a procedure allows the intermediate storage of compressed air to compress by means of the compressor in not fully utilized operating phases air in advance to a certain (intermediate) high pressure and retrieve this pre-compressed air at a later date, or further compress. In this way, the power of the compressor can be increased in the short term.
  • the air supply connection is arranged inside the connecting rod and / or the piston.
  • the rotatable connection between connecting rod and eccentrically arranged shaft portion by means of a connecting rod bearing is formed.
  • a connecting rod bearing in particular a plain bearing, ball bearing or needle bearing.
  • a low-maintenance, particularly preferably maintenance-free, design of the rotatable connection is achieved for example by the use of plain bearings.
  • the invention leads to the solution of the problem also to a compressed air supply system with an aforementioned compressor and a method for operating a compressed air supply system.
  • the compressed air supply system is designed to operate a pneumatic system and has: an air supply and connected thereto via an air supply port compressor according to the invention, a pneumatically connected to the compressor via a compressed air outlet to the compressor having an air dryer main pneumatic line to a compressed air port of a gallery, one on a Charging port pneumatically connected to the compressor pressure fluid reservoir.
  • the compressor is designed according to the invention.
  • the operation of the pneumatic system is designed in particular for the supply of compressed air consumers in a vehicle, in particular for the supply of air spring systems.
  • the invention leads to the solution of the problem also to a method with an aforementioned compressor for operating a compressed air supply system and a method for operating a compressed air supply system and a vehicle with a compressed air supply system.
  • the method for operating a compressed air supply system comprises the steps of compressing air from a crankcase interior and / or the environment in a first compression chamber of the compressor to a low pressure level, further compressing the compressed in the first compression chamber of the compressed air to a low pressure level in a second compression chamber of the compressor to a high pressure level, and supplying compressed in the second compression chamber to a high pressure level compressed air from the compressed air outlet via a pneumatic main to a compressed air port of a gallery, in particular via an air dryer.
  • the advantages of the compressor are used advantageously.
  • the advantages in particular the advantages of the compressor according to the concept of the invention can also be used advantageously.
  • These include in particular the compact design, which results from a two-stage, einkolbigen Taumelkolbenkompressor according to the concept of the invention and in particular leads to an advantageous for vehicles space and weight reduction.
  • FIG. 1 is a pneumatic circuit diagram of a pneumatic system with a particularly preferred embodiment of a compressed air supply system
  • FIG. 2A is a schematic sectional view of a compressor according to an embodiment in a sectional plane perpendicular to the drive axis
  • 2B is a schematic sectional view of a compressor according to the embodiment in a sectional plane parallel to both the Antriebsais and the piston axis
  • 3 is a sectional view of a compressor according to another embodiment in the installed state
  • FIG. 4A shows a detailed view of a piston of a still further embodiment in a sectional plane perpendicular to the drive axle
  • FIG. 4B is a detail view of a piston of the still further embodiment in a sectional plane parallel to both the drive and the piston axis,
  • Fig. 5C, D a first embodiment of a seal for a compressor.
  • Compressors according to the concept of the invention are preferably used in a compressed air supply system - here, special demands have been made in terms of compaction performance and compactness.
  • a compressor according to the concept of the invention can be used for other types of compressed air sources.
  • a compressed air supply system is shown by way of example as a preferred embodiment in Fig. 1 and described below.
  • the compressor according to the concept of the invention can not only be used preferably in compressed air supply systems or for the passenger car or commercial vehicle sector.
  • vacuum generators in particular vacuum pumps.
  • FIG. 1 shows a pneumatic system 300 with a compressed air supply system 200 and a pneumatic system 500 formed in the present case in the form of an air spring system of a vehicle 400 (not shown).
  • the air spring system is formed with an exemplary number of four air springs 210, each air spring 210 a wheel not one associated vehicle 400 is assigned. From the vehicle 400, in the present case only symbolically a support 410 formed near the wheel is shown, which can be raised when the air spring 210 is filled or lowered when the air spring 210 is vented.
  • An air spring 210 comprises an air bellows referred to here as a bellows 21 1 for receiving compressed air and an air spring valve 212 which holds or discharges the amount of compressed air in the bellows 21 1 or allows filling of the bellows 21 1 with compressed air.
  • the air spring valve 212 is formed as a controllable solenoid valve, here as a 2/2-way valve. Each of the air spring valves 212 is presently shown in a state in which the spring force of an unspecified spring in a normally closed state.
  • the air spring valves 212 are connected to a gallery line 220 designed as a manifold via suitable spring branch lines 221. Connected directly to the gallery line 220 is a voltage-pressure sensor 230 which is capable of measuring a pressure in the gallery line 220 - and, with suitable switching of the air spring valves 212 - also a pressure in the air springs 210.
  • the voltage-pressure sensor 230 can also measure a storage pressure in conjunction with a storage system, namely the storage 224, the pneumatic line 40 and the storage valve 41 in the present case. Pressure sensor signals can be transmitted to initiate further control measures to an air spring control and / or a vehicle control, which is not shown here in detail.
  • the supply of the pneumatic system 500 in the form of the air spring system takes place here with compressed air from the compressed air supply system 200th
  • the pneumatic system 500 is connected via a compressed air connection 2 to the compressed air supply system 200.
  • the compressed air connection 2 compressed air can be supplied from a compressed air supply 10 with a compressor 100 via a pneumatic main line 30.
  • the compressed air connection 2 can also compressed air from a pressure medium reservoir 224 via a further compressed air connection 2 'and a further pneumatic line 40 are supplied.
  • the compressed air supply system 200 has for appropriate selection of the type of supply of compressed air to the pneumatic system 500 suitable isolation valves, namely a first isolation valve 31 in the main pneumatic line 30 and a second isolation valve 41 in the further pneumatic line 40.
  • suitable isolation valves namely a first isolation valve 31 in the main pneumatic line 30 and a second isolation valve 41 in the further pneumatic line 40.
  • the first and second isolation valve 31, 41 is in each case designed as a controllable solenoid valve - here as a 2/2-way valve.
  • the first and second isolation valves 31, 41 are each shown in a closed state, so that the pneumatic system 500 is completely separated from the compressed air supply system 200.
  • the compressed air supply system 200 has a compressed air supply 10, to which the main pneumatic line 30 is connected.
  • the pneumatic main line 30 is compressed air supply side of the air dryer 222 and compressed air connection side, the first isolation valve 31 pneumatically connected in series. Between the air dryer 222 and the first isolation valve 31 is designed as a pneumatic parallel circuit valve assembly is connected.
  • the valve arrangement has a non-return valve 32 which automatically opens in the direction of ventilation B to the pneumatic system 500 and which blocks in the venting direction E from the pneumatic system 500 to the air dryer 222.
  • a throttle 34 is arranged, which serves as a regeneration throttle bidirectional flow.
  • the throttle 34 has a nominal diameter which is sufficient to vent when venting Pneumatic system 500 with open first separating valve 31 to provide a pressure drop in such a way that an air dryer 222 sufficiently regenerated as part of a pressure swing adsorption.
  • a guided in the direction of vent E compressed air flow can be vented via a connected to the main pneumatic line 30 vent line 35 to a vent port 3 to the environment U.
  • vent line 35 a to be opened for a venting further isolation valve 36 is arranged.
  • the further isolation valve 36 is like the first and second isolation valve 31, 41 as a controllable solenoid valve, namely designed here as a 2/2-way valve.
  • a fundamentally different design of the main pneumatic line 30 and vent line 35 may be provided, for. B. with a suitable pilot operated vent solenoid valve assembly or the like.
  • the compressed air feed 10 has a compressor 100 designed according to the concept of the invention, which will be described below with reference to the particularly preferred embodiment shown by way of example in FIGS. 1, 2A and 2B.
  • the compressor 100 of the compressed air supply 10 is formed with the compressed air supply 10 present as a separately connectable to the compressed air supply system 200 device.
  • the insofar as compressed air supply device component to be designated the compressed air supply 10 has a compressed air outlet 124 to which the main pneumatic line 30 of the compressed air supply system 200 can be connected.
  • the compressed air supply 10 has a charging connection 126, to which a pneumatic line 37 to the pressure medium reservoir 224 can be connected via a still further separating valve 38.
  • the pneumatic line 37 of the pressure medium reservoir 224 is connected via the above-mentioned second compressed air connection 2 '.
  • the other pneumatic line 40 is connected to the compressed air port 2.
  • the pneumatic line 37 is - in the open even further isolation valve 38 - only unidirectionally flowed through by compressed air, namely in a pressure medium reservoir 224 looked, further venting direction E '.
  • the pneumatic line 37 to another check valve 39 which opens automatically in the further venting direction E 'and locks in the opposite direction.
  • the pneumatic line 37 is thus designed to supply compressed air from the pressure medium reservoir 224 to the charge port 126 of the compressed air supply 10 when the still further cutoff valve 38 opens.
  • the compressed air supply 10 to an air supply port 0 can be supplied via the air from an air supply L - filtered in a filter 52 a suction 51.
  • the compressor 100 of the compressed air supply 10 is designed with a first compression space 104 and a second compression space 106.
  • the compressor 100 is implemented with a single cylinder 1 18, as described in more detail in FIGS. 2A and 2B.
  • a single piston 1 12 of the compressor 100 which can be pressurized on both sides in the interior of the cylinder 1 18, is driven by a motor M via a drive shaft 102 for movement.
  • the cylinder 1 18 with piston 1 12 of the compressor 100 is presently arranged to form both compression spaces 104 and 106 on a single side of the motor M.
  • this is a particularly compact arrangement of the cylinder 1 18 using a single piston 1 12th
  • the compressed air supply or the compressor 100 has a connecting line 122 between the first compression chamber 104 and the second compression chamber 106.
  • the connecting line 122 is formed as a passage of a piston body of the piston 1 12 and is thus designed to be particularly compact. On- Because of the comparatively short connection line 122, the entire compression space in the cylinder 1 18 is kept low, so that a particularly high compression pressure amplitude can be achieved.
  • the availability of compressed air, d. H. in particular an amount of compressed air even further increase that on the second optional charging port 126 the second compression chamber 106 further pressure medium is supplied and - in a so-called boost operation - together with the compressed high level compressed air of the first compression chamber 104 in the second compression chamber 106th further compressed and made available in the compressed air outlet 124.
  • FIG. 2A shows a compressor 100 according to a preferred embodiment in a first sectional view.
  • a piston 1 12 12 is arranged in a cylindrical cavity.
  • the piston 1 12 is rotatably connected via a rigidly connected connecting rod 128 via a rotatable connection 1 62 about a rotation axis extending through the point S2 perpendicular to the cutting plane with an eccentrically arranged shaft portion 132, which in turn is connected to a drive shaft 102 for transmitting the drive movement.
  • Piston 1 12 and connecting rod 128 are present in one piece, in particular coaxially assembled along a common piston axis A executed.
  • the piston 1 12 is still - as well as other areas of this view - shown very schematically.
  • the formation of the piston 1 12 can - in particular for the realization of a function-related Taumelkinematik - of the training shown here differ. Such deviating developments are shown in FIGS. 3, 4A and 4B.
  • the rotatable connection 1 62 is realized via a connecting rod bearing 152.
  • the drive shaft 102 and the eccentrically arranged shaft portion 132 are part of a rotating part 131 of the drive.
  • the connecting rod 128 has a piston side 128.1 facing the piston 12 and a drive side 128.2 facing the drive shaft 102.
  • the drive shaft 102 performs a rotational movement D about a rotational axis passing through a point S1 perpendicular to the cutting plane. Due to the rigid connection of the drive shaft 102 to the eccentrically arranged shaft portion 132 and the offset of the two points S1 and S2, a rotational movement of the drive shaft 102 leads to a deflection H of the piston in the stroke direction.
  • a rotationally symmetrical cylinder inner web 110 extending radially inwardly from the cylinder inner wall 19 is arranged with an L-shaped cross section.
  • the cylinder inner web 1 10 has due to the L-shaped cross-section on its inner side in the direction of the piston 1 12 directed web wall 1 1 1.
  • an annular, in the direction of the piston 1 12 open space is formed by the inner wall of the cylinder 1 18 and the inner cylinder web 1 10, which is the second compression chamber 106.
  • the piston 1 12 has on the connecting rod 128 side facing away from a solid side 1 14 formed on the first end face 1 13, which limits the first compression space 104 together with the inner wall of the cylinder 1 18. Furthermore, the piston 1 12 on the connecting rod 128 side facing an annular piston step, which is in the form of a hollow cylinder whose outer wall is congruent with the outer wall of the piston 1 12 at the level of the full page 1 14 and which on the full page. 1 14 opposite side of the piston 1 12 by a as a step side 1 1 6 trained second end face 1 15 is completed.
  • the cylinder 1 12 is formed such that the piston 1 12, in particular the connecting rod 128 side facing the step side 1 1 6, oscillating within the cylinder inner web 1 10 and the inner wall of the cylinder 1 18 formed annular space can move. Due to the limitation of the cylinder inner web 1 10, inner wall of the cylinder 1 18 and step side 1 1 6 formed, practically annular space, the second compression chamber 106 is formed.
  • the piston 1 12 further has a seal 138, which is arranged in the illustrated embodiment, the end face on the step side 1 1 6 of the piston 1 12.
  • the seal 138 leads to a sealing of the second compression chamber 106 with respect to the first compression chamber 104 and the compression chambers 104,106 relative to a crankcase interior 1 60.
  • the seal 138 has an outer side 138.1 and an inner side 138.2.
  • the outer side 138.1 of the seal 138 is on the outer periphery, so the outside of the - simplified described - arranged annular seal 138, thus providing a circumferential, continuous contact with a, in particular a cylindrical cavity-forming cylinder inner wall 1 19, ago.
  • the inside 138.2 of the seal 138 is on the inside, ie on the inner periphery of the - simplified described - arranged annular seal 138 and thus establishes a circumferential, continuous contact with a web wall inside 109.
  • Fig. 2A is further the relative inclination of the piston 1 12 and of the piston 1 12 rigidly connected to the connecting rod 128 to the cylinder 1 18th visible, noticeable.
  • This inclination is caused by the existing perpendicular to the stroke direction portion of the offset between the running through the point S1 axis of rotation of the drive shaft and passing through the point S2 rotation axis of rotation between connecting rod 128 and eccentrically arranged shaft portion 132.
  • This perpendicular to the stroke direction existing proportion of the offset is dependent on the angular position of the drive shaft 102 and the eccentrically arranged shaft portion 132.
  • openings By the relative inclination of the piston 1 12 and the connecting rod 128 to the cylinder 1 18 arise openings, in particular crescent-shaped gaps, between the piston 1 12 and the inner wall of the cylinder 1 18 and cylinder inner web 1 10. Such openings lead to an escape of compressed Air from the second compression chamber 106 in the first compression chamber 104 and / or in the environment U or in a crankcase interior 1 60.
  • the seal 138 is designed accordingly. This includes a sufficient dimensioning and elastic behavior of the seal 138, so that even when caused by the wobbling openings between the piston 1 12 and cylinder 1 18, a seal of the compression spaces 104 and 106 is ensured.
  • Fig. 2B shows a further sectional view of a preferred embodiment of a compressor in a sectional plane parallel to both the drive and the piston axis A. From the sectional view can be seen how about a disposed within the piston 1 12 and the connecting rod 128 air supply port 120 air from the Environment U or the crankcase interior 1 60 can get into the first compression chamber 104.
  • an air supply valve flap 142 arranged on the full side 1 14 of the piston 1 12 ensures that air can only flow into the first compression space 104 via the air supply connection 120, but not beyond. This is achieved by the air supply valve flap 142 closes against the increase in the first compression chamber 104 pressure at the caused by the deflection H reduction of the first compression chamber 104, and the associated compression of the air therein. Accordingly, when increasing the first compression space 104, the air supply valve flap 142 opens due to the negative pressure prevailing in the first compression space 104 relative to the environment, so that air from the environment or the crankcase interior 1 60 flows into the first compression space 104.
  • a check valve 130 is disposed within the piston 1 12 as a further connection between the first compression chamber 104 and the air supply port 1 20 and or the crankcase interior 1 60, which is held by a spring force F in the closed state.
  • the check valve 130 thus air in the first compression chamber 104, the pressure of which exceeds a certain, in particular for the compressor potentially harmful, maximum value, escape via the air supply port 120 into the environment.
  • the check valve 130 may also be arranged such that the air directly, i. Without being guided via the air supply port 120, escapes into the crankcase interior 1 60 or the environment U.
  • connection line 122 represents a gas-conducting connection of the two compression spaces 104 and 106 and, analogously to the air supply valve flap 142, has a connection valve flap 144 which ensures that air can only flow in one direction through the connection. Accordingly, the connection valve flap 144 closes when reducing the second compression chamber 106 against the increasing pressure and opens when enlarging, so that air from the first compression chamber 104 flow into the second compression chamber 106 can.
  • the compressed air in the second compression chamber 106 can be made available via a compressed air outlet 124 to consumers of a pneumatic system 500, in particular via a compressed air supply system 200.
  • charging port 126 is arranged, which has a Aufladeventilklappe 146.
  • the second compression chamber 106 air which has been compressed, for example, at a previous time and stored in a pressure fluid reservoir 224 and stored, are supplied.
  • the charging valve flap 146 ensures that air flows in via the charging port 126 exclusively into the second compression chamber 106 and can not escape via the charging port 126.
  • the piston 1 12 has no cylindrical shape, but one along a piston axis A variable cross-section.
  • the piston 1 12 at the level of the full page 1 14 has a cross section with a piston outside diameter KN.
  • the piston 1 12 has a piston main diameter KH, which is greater than the piston outside diameter KN. Because of these different diameters and the course of the piston diameter between the step side 1 1 6 and the full page 1 14 results in a variable, substantially non-cylindrical course of both an outer side 1 12.1 and an inner side 1 12.2 of the piston 1 12, the to leads that the piston 1 12 practically dome-shaped is trained.
  • Such a design in particular a mobility of the piston 1 12 is achieved within the cylinder 1 18, this particular despite the tumbling motion of the piston 1 12th
  • the piston main diameter KH can not be greater than the diameter of the cylinder 1 18, but it is possible and even useful if the diameter of the outside 138.1 of the seal 138 is greater than the piston main diameter KH and also as the diameter of the cylinder 1 18. On this It is possible that the piston 1 12 together with the seal 138, despite the tumbling motion of the piston 1 12 and resulting openings and gaps between the piston 1 12 and cylinder 1 18 and piston 1 12 and web wall 1 1 1, a seal between the first compression chamber 104 and the second compression chamber 106 and between the second compression chamber 1 06 and the crankcase interior 1 60 manufactures. At the same time, the movement of the piston 1 12, despite the larger diameter of the outer side 138.1 of the seal 138, not substantially hindered or blocked, since the seal 138 is preferably formed of an elastic material.
  • FIG. 3 shows a sectional view of a compressor 100 according to the concept of the invention in the installed state.
  • a drive shaft 102 is disposed such that one end of the drive shaft 102 is within the compressor housing 154, in which the corresponding end portion of the drive shaft 102, supported by a drive shaft bearing 150, is guided through an opening in the compressor housing 154.
  • an eccentric 132 On the guided into the compressor housing 154 end portion of the drive shaft 102, an eccentric 132 is attached.
  • This eccentric 132 has a cylindrical connecting rod receiving portion 156, on which the connecting rod bearing 152 is attached.
  • the axis of rotation of the cylindrical connecting rod receiving portion 156 is arranged parallel to the axis of rotation of the drive shaft 102, but with a certain, required to fulfill the Eccentric effect or reaching a deflection H offset.
  • the eccentric 132 furthermore has a counterweight section 158 arranged opposite the connecting rod receiving section 156 in the radial direction.
  • the counterweight section 158 serves, in particular, for the compensation or the at least partial extinction of inertial forces which act on the eccentric 132 via the connecting rod 128 connected to the eccentric 132 due to the rotational movement.
  • the connecting rod 128 is rotatably connected to the connecting rod receiving portion 156 via a connecting rod bearing 152.
  • the piston 1 12 carries on its step side 1 1 6 a seal 138 for sealing the second compression chamber 106 with respect to the first compression chamber 104 and against the environment.
  • the piston 1 12 is shown in this illustration, practically at the top dead center, that is, with its approximate minimum volume having first compression chamber 104 and its approximate maximum volume having second compression chamber 106th
  • the shape of the piston 1 12 is formed in this case practically dome-shaped, so that the piston is designed to match a dome-shaped portion 1 64 of the cylinder 1 18.
  • Such a design of the piston 1 12 leads to the advantage that the tumbling movement of the piston 1 12 can be compensated particularly well, in particular despite the tumbling motion, a sealing of both compaction ment spaces 104, 106 can be achieved with each other and with respect to the crankcase interior 160 and still there is no risk of tilting of the piston 1 12.
  • this advantageous reduction of the risk of tilting can be achieved with other, tapering to the full side of the piston designs, for example, by a conical or similar outer shape.
  • the piston 1 12 is also on its inside, d. H. the inner cross section 1 12.2 only via the seal 138 with the web wall 1 1 1 of the cylinder inner web 1 10 in contact.
  • the inner cross section 1 12.2 only in the axial region of the seal 138 is - similar to the outer cross section 1 12.1 - a low degree of friction and a smaller risk of tilting, especially during a tumbling motion of the piston guaranteed.
  • the present, hollow design of the piston leads to an advantageously space-saving design, especially since the interior of the dome provides movement space for the moving relative to the cylinder web wall 1 1 1, and in this way the first compression chamber 104 and the second compression chamber 106 a smaller Distance along the column have A axis.
  • the air supply port 120 arranged in this embodiment within the compressor housing 154 and leading to the first compression chamber 104 is shown.
  • the compressed air outlet 124 which is likewise arranged inside the compressor housing 154, connects the second compression chamber 106 with the compressed air supply system 200. The compressed air compressed in the second compression chamber 106 is thus provided via the compressed air outlet 124.
  • FIG. 4A shows a detailed view of a piston 12 of a still further embodiment in a sectional plane perpendicular to the drive axis.
  • the features shown therein essentially correspond to the features already shown symbolically in FIG. 2A - accordingly, identical or similar features or features with identical or similar functions are provided with the same reference numerals.
  • the shape of the piston 1 12 is also present in this case practically dome-shaped, so that the piston is designed to match a dome-shaped portion 1 64 of the cylinder 1 18.
  • the piston 1 12 has an outer side 1 12.1 and an inner side 1 12.2.
  • the seal 138 with an outside 138.1 and an inside 138.2 is also clearly recognizable.
  • the outer side 138.1 is in this case over the outer circumference of the seal 138 peripherally in contact with a cylinder inner wall 1 19, so that a pressure-tight seal against a first compression space 104 is effected.
  • the inside 138.2 of the seal 138 is circumferentially in contact with a web wall inside 109 over the inner periphery of the seal 138, so that a pressure-tight seal against a crankcase interior 1 60 is effected.
  • the piston 1 12, in particular the dome portion 1 64 of the Piston 1 12 by means of a piston screw 1 66 attached to a connecting rod 128. Of the connecting rod 128, only the piston side 128.1 is visible in the present view.
  • FIG. 4B shows a detailed view of a piston 12 of the still further embodiment in a sectional plane parallel to both the drive and the piston axis.
  • a check valve 130 an air supply connection 120, a connection line 122, an air supply valve flap 142, a connection valve flap 144, a charge valve flap 146 and a compressed air outlet 124 and a charge connection 126 are particularly visible.
  • These features essentially correspond to the features already shown symbolically in FIG. 2B - accordingly, identical or similar features or features with identical or similar functions are provided with the same reference numerals.
  • a difference from the embodiment shown in FIG. 2B is that the air supply valve flap 142 and the check valve 130 are not connected together as shown in FIG. 2B to an air supply port 120 guided by a connecting rod 128, but arranged separately in the piston 1 12 and gas-conducting connected to a crankcase interior 1 60 - or connectable to the check valve 130 in response to the spring force - are.
  • FIGS. 5A and 5B show an embodiment of a seal 138a that substantially corresponds to a previously described seal 138.
  • the seal 138a comprises a sealing body 139a, which has a first annular lip 139.1a and a second annular lip 139.2a.
  • the first annular lip 139.1a is arranged in a radial direction RR on the outside of the sealing body 139a such that it extends in an axial direction RA in the direction of a second compression chamber 106.
  • the first and / or second annular lips 39.1 a, 139.2a in particular has a free end, which is arranged in the second compression chamber 106.
  • the second annular lip 139.2a is disposed in a radial direction RR inside the sealing body 139a. It also extends in an axial direction RA in the direction of the second compression chamber 106.
  • the sealing body 139a is attached to a step side 1 16 of a piston 1 12 - this is shown in Fig. 5B.
  • the first annular lip 139.1 a is rotationally symmetrical about the piston axis A and has a profile which, starting from a main body 139.4a, initially extends radially outward in the radial direction RR and then changes its direction by approximately 90 °, so that it extends in the axial direction RA in the direction of the second compression chamber 106, in such a way that an outer side 138.1 a of the seal 138a substantially parallel to the cylinder inner wall 1 19, namely to a wall outer side 1 19.1 of the cylinder inner wall 1 19.
  • This profile creates a first expansion space 139.5a between the main body 139.4a and the first annular lip 139.1a.
  • the second annular lip 139.2a is likewise rotationally symmetrical about the piston axis A and has a profile which, starting from the main body 139.4a, initially extends inward in the radial direction RR and then changes its direction by approximately 90 ° so that it extends in the axial direction RA in the direction of the second compression chamber 106 in such a way that an inner side 138.2a of the seal 138a to the cylinder inner wall 1 19, namely to a wall inner side 1 19.2 of the cylinder inner wall 1 19, is arranged in parallel.
  • This profile creates a second expansion space 139.6a between the main body 139.4a and the second annular lip 139.2a.
  • first and the second expansion space 139.5a, 139.6a causes the first and the second annular lip 139.1 a, 139.2a are pressed by a prevailing in the second compression chamber 106 second pressure P2 to the cylinder inner wall 1 19 and thus a seal of the second Compaction space 106 both compared to the first Compression space 104, as well as the crankcase interior 1 60 cause.
  • the first expansion space 139.5a causes the first annular lip 139.1a to be pressed against the wall outer side 19.1, which leads to a first seal AD1.
  • the first seal AD1 is, as long as the second pressure P2 is greater than or equal to a prevailing in the first compression chamber 106 first pressure P1.
  • the second expansion space 139.6a causes the second annular lip 139.2a is pressed against the inner wall side 19.1.1, resulting in a second seal AD2.
  • the second seal AD2 is, as long as the second pressure P2 is greater than a prevailing in the crankcase interior 1 60 external pressure PA.
  • FIGS. 5C and 5D show another embodiment of a seal 138b.
  • the essential difference of the seal 138b to the seal 138a shown in FIGS. 5A and 5B is that a sealing body 139b of the seal 138b has, in addition to a first annular lip 139.1b and a second annular lip 139.2b, an additional third annular lip 139.3b a radial direction RR is disposed on the outside of the sealing body 139 b and is directed in an axial direction RA to the first compression space 104.
  • the third annular lip 39.3b in particular has a free end which is arranged in the first compression chamber 104.
  • the third annular lip 139.3b is rotationally symmetrical about the piston axis A and has a profile which, starting from a main body 139.4b, initially extends radially outward in the radial direction RR and then changes its direction by approximately 90 °, so that it extends in the axial direction RA in the direction of the first compression chamber 104, in such a way that an outer side 138.3b of the seal 138b is arranged substantially parallel to the cylinder inner wall 1 19, namely to a wall outer side 1 19.1 of the cylinder inner wall 1 19.
  • This profile creates a third expansion space 139.7b between the main body 139.4b and the third annular lip 139.3b.
  • the third expansion chamber 139.7b causes the third annular lip 139.3b is pressed by a prevailing in the first compression chamber 104 first pressure P1 to the cylinder inner wall 1 19 and thus causes a seal of the first compression chamber 104 relative to the second compression chamber 106.
  • the third expansion space 139.7b causes the third annular lip 139.3b to be pressed against the wall outer side 19.1 by the first pressure P1, which leads to a third seal AD3.
  • a third annular lip 139.3B has the advantage that the first seal AD1 and the third seal AD3 are independent of a pressure difference between the first pressure P1 and the second pressure P2.
  • a reliable seal between the first compression chamber 104 and the second compression chamber 106 can take place.
  • a sealing between the first compression chamber 104 and the second compression chamber 106 can also take place if a first pressure P1 in the first compression chamber 104 is equal to or greater than a second pressure P2 This is particularly the case in a one-stage operating mode of a compressor 100, ie an operating mode in which air in both compression spaces 104, 106 is compressed to the same pressure.

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Abstract

Verdichter, insbesondere Kompressor, für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage, auf- weisend einen ersten Verdichtungsraum, einen zweiten Verdichtungs- raum, einen Luftzufuhranschluss und einen Druckluftauslass, und einen Kolben, wobei der Kolben über ein Pleuel an einen Antrieb angebunden ist, und wobei ein erster Verdichtungsraum und ein zweiter Verdichtungs- raum über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Pleuel starr, insbesondere starr und gelenkfrei, an einer Kolbenseite mit dem Kolben verbunden ist und an einer Antriebsseite mit einem rotierenden Teil des Antriebs dreh- beweglich verbunden ist, und der Kolben auf der Stufenseite mindestens eine Dichtung trägt, welche den ersten Verdichtungsraum und/oder den zweiten Verdichtungsraum abdichtet.

Description

Verdichter, Druckluftversorgungsanlage zum Betreiben einer Pneumatikanlage und Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage
Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere Kompressor, für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft weiter eine Druckluftversorgungsanlage zum Betreiben einer Pneumatikanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage und ein Fahrzeug mit einer Druckluftversorgungsanlage.
Verdichter, insbesondere Kolbenverdichter in Fahrzeugen aller Art, sind gemeinhin bekannt. Sie dienen der Bereitstellung von Druckluft und umfassen viele Anwendungsgebiete, unter anderem Bremsanlagen, Luftfederanlagen, insbesondere zur Niveauregelung, Kupplungsverstärker und viele mehr.
Wichtige Zielkriterien bei der Auslegung von Verdichtern sind unter anderem eine möglichst hohe Förderleistung, eine möglichst geringe Geräuschentwicklung, möglichst geringe Abmessungen, geringer Herstellungsaufwand und eine hohe Robustheit.
In DE 10 2012 019 618 A1 ist ein Herstellungsverfahren für einen Kolben mit einer Umfangsdichtung in Form einer kreisförmigen Topfmanschette offenbart, insbesondere für den Einsatz in einem Pendelkolbenkompressor.
In DE 10 201 1 121 750 A1 ist beispielsweise ein Kompressor offenbart, aufweisend einen Kolben, dessen Kolbenkopf starr mit einem Pleuel verbunden ist, wobei ein Pleuellagerauge des Pleuel drehbar auf einem Exzenterzapfen einer Antriebswelle eines Antriebsmotors gelagert ist. Gleichwohl führt der Ansatz der starren Verbindung zwischen Pleuel und Kolben aufgrund der konstruktiv bedingten Taumelbewegung zu Undichtigkeiten zwischen Kolben und Zylinder, welchen durch entsprechende konstruktive Maßnahmen, z.B. Dichtungen, begegnet werden sollte.
DE 10 2013 101 1 10 A1 offenbart einen 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 Zylinder entstehenden sichelförmigen Spalte zwischen Kolbenrand und Zylinderwand abdichtbar sind und dadurch Undichtigkeiten ausgeglichen werden.
Bewährt hat sich das Konzept eines zweistufigen Verdichters, bei dem die zugeführte Luft zunächst in einer Niederdruckstufe auf ein Niederdruckniveau und anschließend in einer der Niederdruckstufe angeschlossenen Hochdruckstufe auf ein Hochdruckniveau verdichtet wird.
Zur Erhöhung der Kompaktheit kann ein zweistufiger Verdichter derartig ausgeführt sein, dass beide Verdichterstufen durch lediglich einen Kolben, beispielsweise mittels eines zweiseitig beaufschlagbaren Kolbens, gebildet werden.
Beispielsweise ist in GB 241 ,907 ein mehrstufiger Kompressor offenbart, der mittels eines eine beliebige Anzahl von Stufenabschnitten aufweisenden Kolbens und eines passend dazu ausgebildeten Zylinders eine beliebige Anzahl von Verdichterstufen realisieren kann.
Weiterhin ist in DE 10 2010 054 710 A1 ein Kompressor für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage offenbart, welcher mindestens eine zweistufige Verdichtereinheit mit einem einzigen Zylinder mit einem einzigen in einem Verdichtungsraum des Zylinder zweiseitig beaufschlagbaren Kolben aufweist.
In DE 10 2012 223 1 14 A1 wird weiterhin eine Doppelkolbenkompressoreinheit beschrieben. Eine Antriebswelle des Motors der Kompressoreinheit wirkt über eine Kulissenführung im Doppelkolben der Einheit mit diesem so zusammen, dass der Doppelkolben abwechselnd in den beiden Zylindern der Einheit einen Kompressionsvorgang durchführt. Hierbei ist die Achse der Antriebswelle exzentrisch zur Mittelachse der beiden Zylinder angeordnet, wodurch sich weniger Lageänderungen des Kolbens und damit eine geringere Geräuschentwicklung ergeben.
Das Konzept ist noch verbesserungswürdig hinsichtlich der oben genannten Nachteile und Zielkriterien. Wünschenswert ist es daher, die Funktion eines leistungsfähigen, insbesondere zweistufigen, Verdichters in möglichst kompakter und robuster Ausführung zu realisieren.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, in verbesserter Weise einen Verdichter anzugeben, welcher die oben formulierten Ziele und Zielkriterien, insbesondere durch einen vereinfachten konstruktiven Aufbau, zumindest teilweise erfüllt.
Die Aufgabe betreffend den Verdichter wird mit einem Verdichter des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht aus von einem Verdichter, insbesondere Kompressor, für eine Druckluftzuführung einer Druckluftversorgungsanlage, zum Betreiben einer Pneumatikanlage, aufweisend:
- einen ersten Verdichtungsraum, einen zweiten Verdichtungsraum, einen Luftzufuhranschluss und einen Druckluftauslass, und
- einen Kolben mit einer ersten druckbeaufschlagbaren Stirnseite, welche zum ersten Verdichtungsraum gerichtet ist, und einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden, zweiten druckbeaufschlagbaren Stirnseite, welche zum zweiten Verdichtungsraum gerichtet ist, wobei der erste Verdich- tungsraum von der ersten Stirnseite begrenzt ist und der zweite Verdichtungsraum von der zweiten Stirnseite des Kolbens begrenzt ist, wobei die erste Stirnseite eine Vollseite ist und die zweite Stirnseite eine Stufenseite ist, und
- der Kolben über ein Pleuel an einen Antrieb angebunden ist, und wobei der erste Verdichtungsraum und der zweite Verdichtungsraum über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Pleuel starr, insbesondere starr und gelenkfrei, an einer Kolbenseite mit dem Kolben verbunden ist und an einer Antriebsseite mit einem rotierenden Teil des Antriebs drehbeweglich verbunden ist, und der Kolben auf der Stufenseite mindestens eine Dichtung trägt, welche den ersten Verdichtungsraum und/oder den zweiten Verdichtungsraum abdichtet.
Vorzugsweise kann das Pleuel starr im Sinne von starr und gelenkfrei an einer Kolbenseite mit dem Kolben verbunden sein. Ein Ansatz zur konstruktiven Vereinfachung des Verdichters besteht in der starren Verbindung von Pleuel und Kolben und der damit verbundenen Inkaufnahme einer gewissen Taumelbewegung des Kolbens während des Hubs.
Derartige, auch als Taumelkolbenkompressor oder Pendelkolbenkompressor bekannte Verdichter, führen zu dem Vorteil, dass weniger bewegte Teile zur Kopplung von Antrieb und Kolben eingesetzt werden müssen und gegebenenfalls auch keine Führungselemente für den Kolben zur Aufnahme seitlicher, durch das Pleuel eingeleiteter Kräfte, benötigt werden.
Die Erfindung geht aus von der Überlegung, dass einstufige Taumelkolbenverdichter Vorteile hinsichtlich ihres einfachen konstruktiven Aufbaus aufweisen. Hierzu zählen insbesondere eine geringere Fehleranfälligkeit, eine geringere Anzahl an Teilen und Baugruppen, sowie eine einfachere Wartung und Reparatur. Gleichzeitig bestehen jedoch bauartbedingte Probleme, welche insbesondere auf die Taumelbewegung, d. h. die relati- ve Neigung zwischen Kolbenachse und Zylinderachse in Abhängigkeit des Hubs, zurückzuführen sind. Diesen Problemen, insbesondere der nicht rein translatorischen Hubbewegung des Kolbens, wird im Stand der Technik mit konstruktiven Maßnahmen, insbesondere geeigneten Dichtungen, begegnet.
Weiterhin geht die Erfindung aus von der Überlegung, dass ein zweistufiger Verdichter mit nur sowohl einem einzigen Kolben als auch einem einzigen Zylinder zu wesentlichen Vorteilen hinsichtlich der Reduktion von Teilen, insbesondere beweglicher Teile, und somit zu einer kompakteren Ausführung des Verdichters führt. Gleichzeitig existieren auch bei diesem Verdichterkonzept Herausforderungen, wozu insbesondere die Aufnahme lateraler Kräfte zählen, um die translatorische Hubbewegung des beidseitig druckbeaufschlagbaren Kolbens und damit vor allem die Abdichtung beider vom Kolben getrennten Verdichtungsräume, zu gewährleisten. Durch den Einsatz geeigneter Führungen und Lager kann eine rein translatorische Hubbewegung des Kolbens bzw. der Kolbenstange, der bzw. die insbesondere von einer Kurbelwelle angetrieben wird, sichergestellt werden.
Die Erfindung hat überraschend erkannt, dass die Kombination dieser beiden vermeintlich widersprüchlichen Verdichterkonzepte, nämlich das des Taumelkolbenkompressors und das des zweistufigen, einkolbigen Verdichters möglich ist und zu den oben bereits genannten, wesentlichen Vorteilen beider Ansätze führt. Entgegen der im Stand der Technik verbreiteten Auffassung, dass die Abdichtung beider Verdichtungsräume bei einem zweistufigen, einkolbigen Verdichter nur bei einer rein translatorischen Hubbewegung sichergestellt werden kann, geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass der bauartbedingten Taumelbewegung mit entsprechenden konstruktiven Maßnahmen, insbesondere Dichtungen, begegnet werden kann. Dabei hat die Erfindung insbesondere erkannt, dass bei entsprechender, insbesondere zylindrischer bzw. ringförmig zylindrischer Ausbildung von erstem und zweitem Verdichtungsraum, insbesondere zusammen mit einem beidseitig druckbeaufschlagbaren Kolben, mit nur einer Dichtung erfolgen kann. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, welche die Erfindung im Rahmen der Aufgabenstellung im Hinblick auf weitere Vorteile weiterbilden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Kolben ein vom ersten Verdichtungsraum in Richtung des Luftzufuhranschlusses selbsttätig gegen eine Federkraft öffnendes Rückschlagventil aufweist.
Konkret kann dieses Rückschlagventil in einer Öffnung an der Vollseite und somit zwischen dem ersten Verdichtungsraum und dem Luftzufuhran- schluss bzw. des zur Umgebung offenen Lufteinlassbereiches, angeordnet sein. Mit Umgebung ist insbesondere der - unter einem niedrigeren Druck stehende - Kurbelgehäuseinnenraum gemeint. Insbesondere kann durch eine gasführende Verbindung aus dem Kurbelgehäuseinnenraum heraus, insbesondere eine Öffnung, Leitung, Ventil und/oder dergleichen, zwischen dem Kurbelgehäuseinnenraum und einem außerhalb des Kurbelgehäuses liegenden Ortes, erreicht werden, dass der Kurbelgehäuseinnenraum praktisch unter Umgebungsdruck steht, das heißt unter dem Druck der Atmosphäre, die das Kurbelgehäuse, und insbesondere auch das Fahrzeug, umgibt.
Das Rückschlagventil kann sich so im Falle eines über das normale Maß erhöhten Druckes im ersten Verdichtungsraum, insbesondere zur Vermeidung von Schäden, selbsttätig öffnen.
Weiterhin führt die Integration des Rückschlagventils in den Kolben zu dem Vorteil, dass das Ventil zusammen mit dem Kolben ausgetauscht, bzw. demontiert und/oder repariert werden kann. Insgesamt hat die Erfindung erkannt, dass eine Integration der beweglichen und/oder verschleißbehafteten Teile des Verdichters in den Kolben, insbesondere Ventilklap- pen, Rückschlagventile und Dichtungen, zu dem vorteilhaften Effekt einer vereinfachten Zugänglichkeit und/oder Austauschbarkeit führt.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Pleuel mit dem rotierenden Teil des Antriebs in Form eines exzentrisch angeordneten Wellenabschnittes drehbeweglich verbunden ist. Auf diese Weise wird die rotatorische Bewegung des Antriebs in eine vorwiegend translatorische Bewegungsanteile aufweisende Taumelbewegung umgewandelt.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Pleuel einstückig und gegenüber dem Kolben gelenkfrei ausgebildet ist. Dies beinhaltet die starre Verbindung zwischen Kolben und Pleuel insbesondere ohne relative Neigungen ausgleichende Gelenke. Auf diese Weise werden der Aufbau und die Herstellung des Verdichters vereinfacht und die Anzahl beweglicher Teile reduziert. Dies wiederum führt in vorteilhafter Weise zu einer reduzierten Fehleranfälligkeit sowie verringertem Reparatur- und Wartungsaufwand.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Verdichtungsraum zylindrisch oder zylindrisch mit kuppeiförmigem Abschnitt und der zweite Verdichtungsraum ringförmig zylindrisch ausgebildet ist.
Konkret kann diese Ausführungsform durch einen innerhalb des Zylinders angeordneten, rotationsförmigen Zylinderinnensteg mit L-förmigem Querschnitt gebildet sein, welcher in Richtung des Kolbens offen ist und somit einen ringförmig zylindrischen Verdichtungsraum bildet. Der Begriff „ringförmig zylindrisch" beschreibt hierbei einen Verdichtungsraum, welcher im Gegensatz zum ersten Verdichtungsraum nicht vollzylindrisch, sondern hohlzylindrisch ausgebildet ist, d. h. eine innere zylindrische Mantelfläche und eine äußere zylindrische Mantelfläche aufweist. Durch die Hubbewegung des Kolbens wird die Stufenseite des Kolbens innerhalb des ringförmigen Verdichtungsraumes zur Erzeugung der Verdichtung oszillierend bewegt. Diese ringförmige Ausprägung des Verdichtungsraumes führt zu dem Vorteil, dass dieser durch nur eine, insbesondere kolbenseitig angebrachte Dichtung abgedichtet werden kann. Auch vermeidet diese ringförmige Ausprägung des Verdichtungsraumes im Gegensatz zu anderen, zum Stand der Technik gehörenden Ansätzen von zweistufigen, einkolbigen Verdichtern, dass weitere bewegliche Teile, insbesondere Pleuel oder Kolbenstange, direkt an den Verdichtungsraum angrenzen und somit zusätzlich abgedichtet werden müssten.
Weiterhin kann durch einen kuppeiförmigen Abschnitt oder generell einen sich zur Vollseite des Kolbens verjüngenden Verlauf, eine Kolbenform erreicht werden, welche sich vorteilhaft trotz Taumelbewegung nicht im Zylinder verkantet.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtung des Kolbens sowohl an einer Außenseite als auch an einer Innenseite eine in radialer Richtung wirkende druckdichte Abdichtung bewirkt, insbesondere als eine einzige Dichtung gebildet ist. Hierbei kann die einzige Dichtung zum Beispiel als eine Manschettendichtung ausgebildet sein.
In einer derartigen Ausbildung erfolgt die Abdichtung sowohl der Verdichtungsräume untereinander als auch der Verdichtungsräume von der Umgebung, mit nur einer Dichtung, welche in radialer Richtung beidseitig, das heißt sowohl nach innen und als auch nach außen, abdichtet. Diese Weiterbildung führt zu dem Vorteil, dass durch den Einsatz von wenigen Dichtungen, insbesondere nur einer einzigen Dichtung zur Abdichtung des ringförmigen Verdichtungsraumes, insbesondere beider Verdichtungsräume, der Aufbau des Verdichters vereinfacht wird und somit Kosten verringert werden und die Anzahl von Teilen, insbesondere verschleißbehafteten Teilen, reduziert wird. Auch führt die Anordnung der Dichtung an der Stufenseite des Kolbens zu einer einfachen Herstellung bzw. Montage von Kolben und Dichtung. Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dichtung zur Abdichtung des zweiten Verdichtungsraums gegen einen Kurbelgehäuseinnenraum und zur Abdichtung des ersten Verdichtungsraums gegen den zweiten Verdichtungsraum ausgebildet ist.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Außenseite der Dichtung umlaufend in Kontakt mit einer Zylinderinnenwand steht und die Innenseite der Dichtung umlaufend in Kontakt mit einer Stegwandinnenseite steht. Konkret kann dies beinhalten, dass die Dichtung eine Außenseite und eine Innenseite aufweist. Die Außenseite der Dichtung ist dabei am äußeren Umfang, also der Außenseite der - vereinfacht beschrieben - ringförmigen Dichtung angeordnet und stellt so eine umlaufende, ständige Berührung mit einer, insbesondere einen zylindrischen Hohlraum bildenden Zylinderinnenwand, her. Die Innenseite der Dichtung ist an der Innenseite, also am inneren Umfang der - vereinfacht beschrieben - ringförmigen Dichtung angeordnet und stellt so eine umlaufende, ständige Berührung mit einer Stegwandinnenseite her.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dichtung einen ringförmigen Dichtungskörper aufweist mit einer ersten Ringlippe radial außen am Ringkörper und einer zweiten Ringlippe radial innen am Ringkörper.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dichtung einen ringförmigen Dichtungskörper aufweist mit einer ersten Ringlippe, die in radialer Richtung außen am Dichtungskörper, in axialer Richtung zum zweiten Verdichtungsraum gerichtet, angeordnet ist, und/oder einer zweiten Ringlippe, die in radialer Richtung innen am Dichtungskörper, in axialer Richtung zum zweiten Verdichtungsraum gerichtet, angeordnet ist. Die erste und/oder zweite Ringlippe hat insbesondere ein freies Ende, das im zweiten Verdichtungsraum angeordnet ist.
Eine derartige Weiterbildung beinhaltet insbesondere, dass zwischen der ersten Ringlippe und einem Hauptkörper des Dichtungskörpers ein erster Expansionsraum gebildet wird, und zwischen der zweiten Ringlippe und dem Hauptkörper ein zweiter Expansionsraum.
Durch den ersten und zweiten Expansionsraum wird bewirkt, dass im zweiten Verdichtungsraum befindliche Druckluft sowohl die erste Ringlippe als auch die zweite Ringlippe gegen die Zylinderinnenwand drückt und somit eine Abdichtung hervorruft. Hierbei wird eine erste Abdichtung zwischen der ersten Ringlippe und einer Wandaußenseite der Zylinderinnenwand, sowie eine zweite Abdichtung zwischen der zweiten Ringlippe und einer Wandinnenseite der Zylinderinnenwand bewirkt.
Eine Weiterbildung mit einem derartigen Dichtungskörper kann insbesondere verwendet werden, wenn ein Verdichter im zweistufigen Betrieb eingesetzt wird. Ein zweistufiger Betrieb beinhaltet insbesondere das die Druckluft zunächst im ersten Verdichtungsraum auf einen niedrigeren Druck, beispielsweise 3 bar, verdichtet wird und anschließend im zweiten Verdichtungsraum auf einen höheren Druck, beispielsweise 22 bar verdichtet wird. In einem derartigen Betriebsmodus nimmt der erste Druck im ersten Verdichtungsraum beispielsweise einen Wert von max. 3 bar an, und der zweite Druck im zweiten Verdichtungsraum beispielsweise einen Wert zwischen 3 bar und 22 bar an.
Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der ringförmige Dichtungskörper eine dritte Ringlippe aufweist, die in radialer Richtung außen am Dichtungskörper, in axialer Richtung zum ersten Verdichtungsraum gerichtet, angeordnet ist. Die dritte Ringlippe hat insbesondere ein freies Ende, das im ersten Verdichtungsraum angeordnet ist.
In einer derartigen Weiterbildung wird vorteilhaft, insbesondere durch einen dritten Expansionsraum, eine dritte Abdichtung zwischen der dritten Ringlippe und der Wandaußenseite der Zylinderinnenwand bewirkt. Durch die dritte Abdichtung wird vorteilhaft bewirkt, dass eine Abdichtung zwischen dem ersten Verdichtungsraum und dem zweiten Verdichtungsraum unabhängig von den im ersten und zweiten Verdichtungsraum herrschen- den Drücken erfolgt. Insbesondere wenn der im ersten Verdichtungsraum herrschende erste Druck gleich oder größer ist als der im zweiten Verdichtungsraum herrschende zweite Druck, wird durch die dritte Ringlippe ein Überströmen von Druckluft aus dem ersten Verdichtungsraum in den zweiten Verdichtungsraum verhindert. Hierdurch wird vorteilhaft ein einstufiger Betrieb des Verdichters ermöglicht, bei dem Druckluft im ersten Verdichtungsraum und im zweiten Verdichtungsraum auf denselben Enddruck verdichtet wird. In einem derartigen Betriebsmodus wird in beiden Verdichtungsräumen Druckluft auf denselben Enddruck von beispielsweise 18 bar verdichtet. Somit nimmt in einem derartigen Beispiel sowohl der erste Druck im ersten Verdichtungsraum als auch der zweite Druck im zweiten Verdichtungsraum einen Wert von max. 18 bar an.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kolben einen in axialer Richtung veränderlichen, nicht zylindrischen Außenquerschnitt aufweist. Konkret bedeutet dies beispielsweise, dass der Außenquerschnitt des Kolbens am oberen und unteren Ende des Kolbens elliptisch und an einer Stelle zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Kolbens rund ausgeprägt ist, d. h. die Kolbenaußenwand nicht zylindrisch ist.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Kolben einen in axialer Richtung veränderlichen, nicht zylindrischen Innenquerschnitt aufweist. Dies kann konkret bedeuten, dass der Innenquerschnitt am oberen und unteren Ende einer den ringförmigen Teil des Kolbens bildenden Kolbenstufe elliptisch und an einer Stelle zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Kolbenstufe rund ausgeprägt ist, d. h. die Kolbeninnenwand nicht zylindrisch ist.
Beide vorhergehend genannten Weiterbildungen führen zu einer gleichmäßigen und von der Taumelbewegung und somit relativen Neigung zwischen Zylinder und Kolben unabhängigen Abdichtung der Verdichtungsräume. Durch die veränderliche Form der Kolbenaußenwand wird sicher- gestellt, dass der Außenquerschnitt des Kolbens in einer zur Achse der Zylinders senkrechten Ebene auf jeder Hubposition praktisch unveränderlich bleibt, insbesondere deckungsgleich mit dem Zylinderinnenquerschnitt. Derselbe Aspekt gilt analog für die Kolbeninnenwand hinsichtlich der Abdichtung gegen die den zweiten Verdichtungsraum bildenden rota- tionsförmigen Zylinderinnensteg mit L-förmigem Querschnitt.
Weiterhin kann eine derartige Weiterbildung in einer weiteren Ausführungsform, insbesondere mit einer Dichtung, welche gleichzeitig den größten Außenquerschnitt und den kleinsten Innenquerschnitt des Kolbens bildet, vorteilhaft erreicht werden, dass der Kolben lediglich über die Dichtung im Kontakt mit der Innenwand bzw. der Stegwand des Zylinders steht. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass durch diesen praktisch lediglich linienförmigen Kontakt in einem nur schmalen axialen Bereich des Kolbens eine reibungsarme Abdichtung der Verdichtungsräume untereinander bzw. gegen die Umgebung erreicht wird. Auf diese Weise wird ebenfalls vorteilhaft das Risiko des Verkantens des Kolbens im Zylinder, trotz der Taumelbewegung, verringert.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Verdichtungsraum weiterhin einen Aufladeanschluss zum zusätzlichen Zuführen von Druckluft, insbesondere aus einem Druckmittelvorratsbehälter, aufweist. Auf diese Weise kann bereits vorverdichtete und gespeicherte Luft bei Bedarf dem zweiten Verdichtungsraum zugeführt werden. Ein derartiges Vorgehen ermöglicht die Zwischenspeicherung von Druckluft um mittels des Verdichters in nicht vollständig ausgelasteten Betriebsphasen Luft bereits im Vorhinein auf einen bestimmten (zwischen- )Hochdruck zu verdichten und diese vorverdichtete Luft zu einem späteren Zeitpunkt abzurufen, bzw. weiter zu verdichten. Auf diese Weise kann die Leistung des Verdichters kurzfristig erhöht werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Luftzufuhranschluss innerhalb des Pleuels und/oder des Kolbens angeordnet ist. Diese Weiterbildung des Verdichters führt, analog zu der Weiterbildung betreffend das in den Kolben integrierte Rückschlagventil, insbesondere zu einer Integration von Komponenten und Funktionsmerkmalen in ein einfach zugängliches bzw. austauschbares Bauteil, in diesem Falle den Kolben, und somit zu Vorteilen insbesondere hinsichtlich erhöhter Modularität durch den Einsatz von standardisierten Komponenten und eines verringerten Wartungs- und Reparaturaufwandes.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die drehbewegliche Verbindung zwischen Pleuel und exzentrisch angeordnetem Wellenabschnitt mittels eines Pleuellagers, insbesondere eines Gleitlagers, Kugellagers oder Nadellagers, gebildet ist. Insbesondere vorteilhaft ist eine wartungsarme, besonders bevorzugt wartungsfreie, Auslegung der drehbeweglichen Verbindung. Dies kann beispielsweise durch den Einsatz von Gleitlagern erreicht werden.
Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf eine Druckluftversorgungsanlage mit einem vorgenannten Verdichter und ein Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage.
Die Druckluftversorgungsanlage ist zum Betreiben einer Pneumatikanlage aufgelegt und weist auf: eine Luftzufuhr und eine daran über einen Luftzufuhranschluss angeschlossenen Verdichter gemäß der Erfindung, eine über einen Druckluftauslass pneumatisch an den Verdichter angeschlossene einen Lufttrockner aufweisende Pneumatik-hauptleitung zu einem Druckluftanschluss einer Galerie, einen über einen Aufladeanschluss pneumatisch an den Verdichter angeschlossenen Druckmittelvorratsbehälter.
Erfindungsgemäß ist der Verdichter gemäß der Erfindung ausgebildet. Das Betreiben der Pneumatikanlage ist insbesondere zur Versorgung von Druckluftverbrauchern in einem Fahrzeug ausgelegt, insbesondere zur Versorgung von Luftfederanlagen.
Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf ein Verfahren mit einem vorgenannten Verdichter zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage und ein Fahrzeug mit einer Druckluftversorgungsanlage. Das Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage weist die Schritte auf: Verdichten von Luft aus einen Kurbelgehäuseinnenraum und/oder der Umgebung in einem ersten Verdichtungsraum des Verdichters auf ein Niederdruckniveau, weiteres Verdichten der im ersten Verdichtungsraum des auf ein Niederdruckniveau verdichteten Druckluft in einem zweiten Verdichtungsraum des Verdichters auf ein Hochdruckniveau, und Zuführen der im zweiten Verdichtungsraum auf ein Hochdruckniveau verdichteten Druckluft aus dem Druckluftauslass über eine Pneumatikhauptleitung zu einem Druckluftanschluss einer Galerie, insbesondere über einen Lufttrockner. Beim Verfahren werden die Vorteile des Verdichters vorteilhaft genutzt. Bei dem Fahrzeug und bei der Druckluftversorgungsanlage können ebenfalls die Vorteile insbesondere die Vorteile des Verdichters gemäß dem Konzept der Erfindung vorteilhaft genutzt werden. Hierzu zählt insbesondere die kompakte Bauform, welche sich durch einen zweistufigen, einkolbigen Taumelkolbenkompressor gemäß dem Konzept der Erfindung ergibt und insbesondere zu einer für Fahrzeuge vorteilhaften Bauraum- und Gewichtsreduzierung führt.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen.
Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
Fig. 1 ein pneumatisches Schaltbild eines pneumatischen Systems mit einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer Druckluftversorgungsanlage,
Fig. 2A eine schematische Schnittdarstellung eines Verdichters gemäß einer Ausführungsform in einer Schnittebene senkrecht zur Antriebsachse,
Fig. 2B eine schematische Schnittdarstellung eines Verdichters gemäß der Ausführungsform in einer Schnittebene parallel sowohl zur Antriebsais auch zur Kolbenachse, Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Verdichters gemäß einer weiteren Ausführungsform im eingebauten Zustand,
Fig. 4A eine Detailansicht eines Kolbens einer noch weiteren Ausführungsform in einer Schnittebene senkrecht zur Antriebsachse,
Fig. 4B eine Detailansicht eines Kolbens der noch weiteren Ausführungsform in einer Schnittebene parallel sowohl zur Antriebs- als auch zur Kolbenachse,
Fig. 5A, B eine erste Weiterbildung einer Dichtung für einen Verdichter,
Fig. 5C, D eine erste Weiterbildung einer Dichtung für einen Verdichter.
Verdichter gemäß dem Konzept der Erfindung werden bevorzugt in einer Druckluftversorgungsanlage eingesetzt - hier haben sich besondere Anforderungen hinsichtlich Verdichtungsleistung und Kompaktheit ergeben. Jedoch lässt sich ein Verdichter gemäß dem Konzept der Erfindung für andere Arten der Druckluftquellen einsetzen. Eine Druckluftversorgungsanlage ist beispielhaft als bevorzugte Ausführungsform in Fig. 1 dargestellt und im Folgenden beschrieben.
Es sollte jedoch klar sein, dass der Verdichter gemäß dem Konzept der Erfindung nicht nur bevorzugt in Druckluftversorgungsanlagen oder für den PKW- oder Nutzfahrzeugbereich eingesetzt werden kann. Es haben sich darüber hinaus auch Anwendungen für Unterdruckerzeuger, insbesondere Vakuumpumpen, ergeben.
Fig. 1 zeigt ein pneumatisches System 300 mit einer Druckluftversorgungsanlage 200 und einer vorliegend in Form einer Luftfederanlage eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs 400 gebildeten Pneumatikanlage 500.
Vorliegend ist die Luftfederanlage mit einer beispielhaften Anzahl von vier Luftfedern 210 gebildet, wobei jede Luftfeder 210 einem Rad eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs 400 zugeordnet ist. Vom Fahrzeug 400 ist vorliegend lediglich symbolisch ein in Radnähe gebildetes Auflager 410 gezeigt, das bei Befüllen der Luftfeder 210 angehoben bzw. bei Entlüften der Luftfeder 210 abgesenkt werden kann. Eine Luftfeder 210 umfasst einen hier als Balg 21 1 bezeichneten Luftbalg zur Aufnahme von Druckluft und ein Luftfederventil 212, das die Druckluftmenge im Balg 21 1 hält oder entlässt bzw. ein Befüllen des Balgs 21 1 mit Druckluft zulässt.
Das Luftfederventil 212 ist als steuerbares Magnetventil, hier als 2/2- Wegeventil, gebildet. Jedes der Luftfederventile 212 ist vorliegend in einem durch die Federkraft einer nicht näher bezeichneten Feder in einem stromlos geschlossenen Zustand gezeigt.
Die Luftfederventile 212 sind an eine als Sammelleitung ausgebildete Galerieleitung 220 über geeignete Federzweigleitungen 221 angeschlossen. Direkt an die Galerieleitung 220 angeschlossen ist ein Spannungs- Druck-Sensor 230, der in der Lage ist, einen Druck in der Galerieleitung 220 - und bei geeigneter Schaltung der Luftfederventile 212 - auch einen Druck in den Luftfedern 210 zu messen. Der Spannungs-Druck-Sensor 230 kann in Verbindung mit einem Speichersystem, nämlich vorliegend dem Speicher 224, der Pneumatikleitung 40 und dem Speicherventil 41 auch einen Speicherdruck messen. Drucksensorsignale können zur Veranlassung weiterer Steuermaßnahmen an eine Luftfedersteuerung und/oder eine Fahrzeugsteuerung übermittelt werden, welche vorliegend nicht näher dargestellt ist. Die Versorgung der Pneumatikanlage 500 in Form der Luftfederanlage erfolgt vorliegend mit Druckluft aus der Druckluftversorgungsanlage 200.
Die Pneumatikanlage 500 ist dazu über einen Druckluftanschluss 2 an die Druckluftversorgungsanlage 200 angeschlossen. Dem Druckluftanschluss 2 kann Druckluft aus einer Druckluftzuführung 10 mit einem Verdichter 100 über eine Pneumatikhauptleitung 30 zugeführt werden. Dem Druckluftanschluss 2 kann auch Druckluft aus einem Druckmittelvorratsbehälter 224 über einen weiteren Druckluftanschluss 2' und eine weitere Pneumatikleitung 40 zugeführt werden.
Die Druckluftversorgungsanlage 200 weist zur zweckmäßigen Auswahl der Zuführungsart von Druckluft zur Pneumatikanlage 500 geeignete Trennventile, nämlich ein erstes Trennventil 31 in der Pneumatikhauptleitung 30 und ein zweites Trennventil 41 in der weiteren Pneumatikleitung 40 auf. Das erste und zweite Trennventil 31 , 41 ist jeweils als ein steuerbares Magnetventil - hier als ein 2/2-Wegeventil - ausgebildet.
In Fig.1 sind das erste und zweite Trennventil 31 , 41 jeweils in einem geschlossenen Zustand gezeigt, so dass die Pneumatikanlage 500 von der Druckluftversorgungsanlage 200 vollständig getrennt ist. Dies führt vorteilhaft dazu, dass ein Lufttrockner 222 der Druckluftversorgungsanlage durch Druckluftbewegungen in der Pneumatikanlage 500 oder Umspei- cherung von Druckluft aus dem Druckmittelvorratsbehälter 224 in die Pneumatikanlage 500 nicht nachteilig beeinflusst (z. B. befüllt) wird, wenn das erste Trennventil 31 geschlossen ist.
Insgesamt weist die Druckluftversorgungsanlage 200 eine Druckluftzuführung 10 auf, an welche die Pneumatikhauptleitung 30 angeschlossen ist. In der Pneumatikhauptleitung 30 ist druckluftzuführungsseitig der Lufttrockner 222 und druckluftanschlussseitig das erste Trennventil 31 pneumatisch in Reihenschaltung angeschlossen. Zwischen dem Lufttrockner 222 und dem ersten Trennventil 31 ist eine als pneumatische Parallelschaltung ausgeführte Ventilanordnung angeschlossen.
Die Ventilanordnung weist ein in Belüftungsrichtung B zur Pneumatikanlage 500 selbsttätig öffnendes Rückschlagventil 32 auf, das in Entlüftungsrichtung E von der Pneumatikanlage 500 zum Lufttrockner 222 sperrt. In einer zur Pneumatikhauptleitung 30 parallelen als Bypassleitung 33 geschalteten pneumatischen Leitung ist eine Drossel 34 angeordnet, die bidirektional durchströmbar als Regenerationsdrossel dient. Die Drossel 34 weist eine Nennweite auf, die ausreichend ist, um beim Entlüften der Pneumatikanlage 500 bei geöffnetem ersten Trennventil 31 einen Druckabfall dergestalt zur Verfügung zu stellen, dass ein Lufttrockner 222 im Rahmen einer Druckwechsel-Adsorption ausreichend regeneriert.
Ein in Entlüftungsrichtung E geführter Druckluftstrom kann über eine an die Pneumatikhauptleitung 30 angeschlossene Entlüftungsleitung 35 zu einem Entlüftungsanschluss 3 zur Umgebung U entlüftet werden. In der Entlüftungsleitung 35 ist ein für einen Entlüftungsvorgang zu öffnendes weiteres Trennventil 36 angeordnet. Das weitere Trennventil 36 ist wie das erste und zweite Trennventil 31 , 41 als steuerbares Magnetventil, nämlich hier als 2/2-Wegeventil ausgebildet.
In einer hier nicht gezeigten Abwandlung kann auch eine grundsätzlich andere Gestaltung der Pneumatikhauptleitung 30 und Entlüftungsleitung 35 vorgesehen sein, z. B. mit einer geeigneten vorgesteuerten Entlüftungsmagnetventilanordnung oder dergleichen.
Die Druckluftzuführung 10 weist vorliegend einen gemäß dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Verdichter 100 auf, der anhand der in Fig. 1 , Fig. 2A und Fig. 2B beispielhaft dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform im Folgenden beschrieben wird. Der Verdichter 100 der Druckluftzuführung 10 ist mit der Druckluftzuführung 10 vorliegend als ein separat an die Druckluftversorgungsanlage 200 anschließbares Gerät gebildet. Das insofern als Druckluftzuführungsgerät zu bezeichnende Bauteil der Druckluftzuführung 10 weist einen Druckluftauslass 124 auf, an den die Pneumatikhauptleitung 30 der Druckluftversorgungsanlage 200 anschließbar ist. Weiter weist die Druckluftzuführung 10 einen Aufladean- schluss 126 auf, an den eine Pneumatikleitung 37 zum Druckmittelvorratsbehälter 224 über ein noch weiteres Trennventil 38 anschließbar ist. An die Pneumatikleitung 37 ist der Druckmittelvorratsbehälter 224 über den oben genannten zweiten Druckluftanschluss 2' angeschlossen. An den zweiten Druckluftanschluss 2' ist auch die weitere Pneumatikleitung 40 zum Druckluftanschluss 2 angeschlossen. Die Pneumatikleitung 37 ist - bei geöffnetem noch weiteren Trennventil 38 - nur unidirektional von Druckluft durchströmbar, nämlich in einer vom Druckmittelvorratsbehälter 224 ausgesehen, weiteren Entlüftungsrichtung E'. Dazu weist die Pneumatikleitung 37 ein weiteres Rückschlagventil 39 auf, das in der weiteren Entlüftungsrichtung E' selbsttätig öffnet und in Gegenrichtung sperrt. Die Pneumatikleitung 37 ist somit ausgelegt, dem Aufladeanschluss 126 der Druckluftzuführung 10 Druckluft aus dem Druckmittelvorratsbehälter 224 zuzuführen, wenn das noch weitere Trennventil 38 öffnet.
Weiter weist die Druckluftzuführung 10 einen Luftzufuhranschluss 0 auf, über den Luft aus einer Luftzufuhr L - in einem Filter 52 einer Ansaugleitung 51 gefiltert - zugeführt werden kann.
Wie aus Fig. 1 erkennbar ist der Verdichter 100 der Druckluftzuführung 10 mit einem ersten Verdichtungsraum 104 und einem zweiten Verdichtungsraum 106 ausgelegt. Gemäß dem Konzept der Erfindung ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Verdichter 100 mit einem einzigen Zylinder 1 18, wie in Fig. 2A und Fig. 2B näher beschrieben, ausgeführt. Ein einziger im Innenraum des Zylinders 1 18 beidseitig druckbeaufschlag- barer Kolben 1 12 des Verdichters 100 wird zur Bewegung von einem Motor M über eine Antriebswelle 102 angetrieben. Der Zylinder 1 18 mit Kolben 1 12 des Verdichters 100 ist vorliegend unter Bildung beider Verdichtungsräume 104 und 106 auf einer einzigen Seite des Motors M angeordnet. Wie aus der Beschreibung der Fig. 2A und Fig. 2B ersichtlich, ist dies eine besonders kompakte Anordnung des Zylinders 1 18 unter Nutzung eines einzigen Kolbens 1 12.
Die Druckluftzuführung bzw. der Verdichter 100 weist eine Verbindungsleitung 122 zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 auf.
Die Verbindungsleitung 122 ist als Durchführung eines Kolbenkörpers des Kolbens 1 12 gebildet und ist somit besonders kompakt ausgelegt. Auf- grund der vergleichsweise kurzen Verbindungsleitung 122 wird der gesamte Verdichtungsraum im Zylinder 1 18 gering gehalten, so dass eine besonders hohe Verdichtungsdruckamplitude erreicht werden kann.
Gegebenenfalls lässt sich die Verfügbarkeit von Druckluft, d. h. insbesondere eine Druckluftmenge, noch weiter dadurch steigern, dass über den zweiten optional nutzbaren Aufladeanschluss 126 dem zweiten Verdichtungsraum 106 weiteres Druckmittel zugeführt wird und - in einem sogenannten Boost-Betrieb- zusammen mit der auf hohem Niveau verdichteten Druckluft des ersten Verdichtungsraums 104 im zweiten Verdichtungsraum 106 weiter verdichtet und im Druckluftauslass 124 zur Verfügung gestellt wird.
Für einen solchen Verdichter 100 sind im Folgenden verschiedene, dem Konzept der Erfindung folgende Ausführungsformen dargestellt, für die neben der in Fig. 1 dargestellten Anwendung weitere Einsatzgebiete denkbar sind.
Fig. 2A zeigt einen Verdichter 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer ersten Schnittdarstellung. Innerhalb eines Zylinders 1 18 ist in einem zylindrischen Hohlraum ein Kolben 1 12 angeordnet. Der Kolben 1 12 ist über ein starr verbundenes Pleuel 128 drehbeweglich über eine drehbewegliche Verbindung 1 62 um eine durch den Punkt S2 senkrecht zur Schnittebene verlaufende Rotationssachse mit einem exzentrisch angeordneten Wellenabschnitt 132 verbunden, welcher wiederum zur Übertragung der Antriebsbewegung an eine Antriebswelle 102 angeschlossen ist. Kolben 1 12 und Pleuel 128 sind vorliegend einstückig, insbesondere entlang einer gemeinsamen Kolbenachse A koaxial zusammengesetzt, ausgeführt. Der Kolben 1 12 ist weiterhin - wie auch andere Bereiche dieser Ansicht - stark schematisch dargestellt. Insbesondere die Ausbildung des Kolbens 1 12 kann - insbesondere zur Realisierung einer funktionsbedingten Taumelkinematik - von der hier gezeigten Ausbildung abweichen. Derartige, abweichende Weiterbildungen sind in Fig. 3, Fig. 4A und Fig. 4B gezeigt.
Vorliegend wird die drehbewegliche Verbindung 1 62 über ein Pleuellager 152 realisiert. Die Antriebswelle 102 und der exzentrisch angeordnete Wellenabschnitt 132 sind Teil eines rotierenden Teils 131 des Antriebs. Das Pleuel 128 weist eine dem Kolben 1 12 zugewandte Kolbenseite 128.1 und eine der Antriebswelle 102 zugewandte Antriebsseite 128.2 auf.
Die Antriebswelle 102 wiederum führt eine Drehbewegung D um eine durch einen Punkt S1 senkrecht zur Schnittebene verlaufende Rotationsachse aus. Durch die starre Verbindung der Antriebswelle 102 zu dem exzentrisch angeordneten Wellenabschnitt 132 und durch den Versatz der beiden Punkte S1 und S2 führt eine Drehbewegung der Antriebswelle 102 zu einer Auslenkung H des Kolbens in Hubrichtung.
Weiterhin ist innerhalb des vom Zylinder 1 18 umschlossenen zylindrischen Hohlraums ein rotationssymmetrischer, sich von der Zylinderinnenwand 1 19 radial nach innen erstreckender Zylinderinnensteg 1 10 mit einem L- förmigen Querschnitt angeordnet. Der Zylinderinnensteg 1 10 weist aufgrund des L-förmigen Querschnitts an seiner Innenseite eine in Richtung des Kolbens 1 12 gerichtete Stegwand 1 1 1 auf. Somit wird durch die Innenwand des Zylinders 1 18 und des Zylinderinnensteges 1 10 ein ringförmiger, in Richtung des Kolbens 1 12 offener Raum gebildet, welcher den zweiten Verdichtungsraum 106 darstellt.
Der Kolben 1 12 weist auf der dem Pleuel 128 abgewandten Seite eine als Vollseite 1 14 ausgebildete erste Stirnseite 1 13 auf, welche zusammen mit der Innenwand des Zylinders 1 18 den ersten Verdichtungsraum 104 begrenzt. Weiterhin weist der Kolben 1 12 auf der dem Pleuel 128 zugewandten Seite eine ringförmige Kolbenstufe auf, welcher in Form eines Hohlzylinders gebildet ist, dessen Außenwand deckungsgleich mit der Außenwand des Kolbens 1 12 auf Höhe der Vollseite 1 14 ist und welcher auf der der Vollseite 1 14 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 1 12 durch eine als Stufenseite 1 1 6 ausgebildete zweite Stirnseite 1 15 abgeschlossen wird.
Weiterhin ist der Zylinder 1 12 derartig ausgebildet, dass sich der Kolben 1 12, insbesondere die dem Pleuel 128 zugewandte Seite mit der Stufenseite 1 1 6, oszillierend innerhalb des vom Zylinderinnensteg 1 10 und der Innenwand des Zylinder 1 18 gebildeten ringförmigen Raumes bewegen kann. Durch die Begrenzung des von Zylinderinnensteg 1 10, Innenwand des Zylinder 1 18 und Stufenseite 1 1 6 gebildeten, praktisch ringförmigen Raumes, entsteht der zweite Verdichtungsraum 106.
Der Kolben 1 12 weist weiterhin eine Dichtung 138 auf, welche in der dargestellten Ausführungsform stirnseitig auf der Stufenseite 1 1 6 des Kolbens 1 12 angeordnet ist. Die Dichtung 138 führt zu einer Abdichtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 gegenüber des ersten Verdichtungsraumes 104 sowie der Verdichtungsräume 104,106 gegenüber einem Kurbelgehäuseinnenraum 1 60. Hierzu weist die Dichtung 138 eine Außenseite 138.1 und eine Innenseite 138.2 auf. Die Außenseite 138.1 der Dichtung 138 ist am äußeren Umfang, also der Außenseite der - vereinfacht beschrieben - ringförmigen Dichtung 138 angeordnet und stellt so eine umlaufende, ständige Berührung mit einer, insbesondere einen zylindrischen Hohlraum bildenden Zylinderinnenwand 1 19, her. Die Innenseite 138.2 der Dichtung 138 ist an der Innenseite, also am inneren Umfang der - vereinfacht beschrieben - ringförmigen Dichtung 138 angeordnet und stellt so eine umlaufende, ständige Berührung mit einer Stegwandinnenseite 109 her. Mittels der Anordnung und Ausprägung des Kolbens 1 12, des Zylinders 1 18 sowie des Zylinderinnensteges 1 10 ist es also möglich, mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an Dichtungen, insbesondere nur einer einzigen Dichtung 138, die Abdichtung beider Verdichtungsräume 104, 106 zu bewirken.
In Fig. 2A ist weiterhin die relative Neigung von Kolben 1 12 und des mit dem Kolben 1 12 starr verbundenen Pleuels 128 zu dem Zylinder 1 18 sichtbar. Diese Neigung wird bewirkt durch den senkrecht zur Hubrichtung existierenden Anteils des Versatzes zwischen der durch den Punkt S1 verlaufenen Rotationsachse der Antriebswelle und der durch den Punkt S2 verlaufenen Rotationsachse der Drehbewegung zwischen Pleuel 128 und exzentrisch angeordnetem Wellenabschnitt 132. Dieser senkrecht zur Hubrichtung existierende Anteil des Versatzes ist abhängig von der Winkelposition der Antriebswelle 102 bzw. des exzentrisch angeordneten Wellenabschnitts 132. Am oberen bzw. unteren Totpunkt des Kolbens 1 12, wenn die Auslenkung H in Hubrichtung maximal ist, ist der senkrecht zur Hubrichtung existierende Anteil des Versatzes gleich Null. Auf der Mitte des Weges zwischen den beiden Totpunkten des Kolbens 1 12, wenn die Auslenkung H in Hubrichtung gleich Null ist, ist der senkrecht zur Hubrichtung existierende Anteil des Versatzes dementsprechend maximal.
Durch die relative Neigung des Kolbens 1 12 bzw. des Pleuels 128 zum Zylinder 1 18 entstehen Öffnungen, insbesondere sichelförmige Spalte, zwischen dem Kolben 1 12 und der Innenwand des Zylinders 1 18 bzw. Zylinderinnensteg 1 10. Derartige Öffnungen führen zu einem Entweichen von verdichteter Luft aus dem zweiten Verdichtungsraum 106 in den ersten Verdichtungsraum 104 und/oder in die Umgebung U bzw. in einen Kurbelgehäuseinnenraum 1 60. Um dies zu vermeiden, bzw. zur Kompensation der Taumelbewegung des Kolbens 1 12, ist die Dichtung 138 entsprechend ausgelegt. Hierzu gehört eine ausreichende Dimensionierung und ein elastisches Verhalten der Dichtung 138, so dass auch bei durch die Taumelbewegung entstehenden Öffnungen zwischen Kolben 1 12 und Zylinder 1 18 eine Abdichtung der Verdichtungsräume 104 und 106 gewährleistet bleibt.
Fig. 2B zeigt eine weitere Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Verdichters in einer Schnittebene parallel sowohl zur Antriebs- als auch zur Kolbenachse A. Aus der Schnittdarstellung ist ersichtlich, wie über einen innerhalb des Kolbens 1 12 und des Pleuels 128 angeordneten Luftzufuhranschluss 120 Luft aus der Umgebung U bzw. dem Kurbelgehäuseinnenraum 1 60 in den ersten Verdichtungsraum 104 gelangen kann. Hierbei wird durch eine auf der Vollseite 1 14 des Kolbens 1 12 angeordnete Luftzufuhrventilklappe 142 gewährleistet, dass Luft über den Luftzufuhranschluss 120 nur in den ersten Verdichtungsraum 104 hineinströmen kann, nicht aber hinaus. Dies wird erreicht, indem sich die Luftzufuhrventilklappe 142 bei der durch die Auslenkung H hervorgerufenen Verkleinerung des ersten Verdichtungsraumes 104, und der damit verbundenen Verdichtung der darin befindlichen Luft, entgegen des im ersten Verdichtungsraum 104 ansteigenden Druckes schließt. Entsprechend öffnet sich die Luftzufuhrventilklappe 142 beim Vergrößern des ersten Verdichtungsraums 104 aufgrund des relativ zur Umgebung herrschenden Unterdruckes im ersten Verdichtungsraum 104, sodass Luft aus der Umgebung bzw. dem Kurbelgehäuseinnenraum 1 60 in den ersten Verdichtungsraum 104 strömt.
Weiterhin ist innerhalb des Kolbens 1 12 als weitere Verbindung zwischen erstem Verdichtungsraum 104 und dem Luftzufuhranschluss 1 20 bzw. bzw. dem Kurbelgehäuseinnenraum 1 60 ein Rückschlagventil 130 angeordnet, welches durch eine Federkraft F im geschlossenen Zustand gehalten wird. Durch das Rückschlagventil 130 kann somit Luft im ersten Verdichtungsraum 104, dessen Druck einen bestimmten, insbesondere für den Verdichter potentiell schädlichen, Maximalwert überschreitet, über den Luftzufuhranschluss 120 in die Umgebung entweichen. Alternativ kann das Rückschlagventil 130 auch derartig angeordnet sein, dass die Luft direkt, d.h. ohne über den Luftzufuhranschluss 120 geführt zu werden, in den Kurbelgehäuseinnenraum 1 60 bzw. die Umgebung U entweicht.
Zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 ist weiterhin innerhalb des Kolbens 1 12 eine Verbindungsleitung 122 angeordnet. Diese Verbindungsleitung 122 stellt eine gasführende Verbindung der beiden Verdichtungsräume 104 und 106 dar und weist analog zur Luftzufuhrventilklappe 142 eine Verbindungsventilklappe 144 auf, welche sicherstellt, dass Luft nur in eine Richtung durch die Ver- bindungsleitung 122 strömt, nämlich vom ersten Verdichtungsraum 104 zum zweiten Verdichtungsraum 106. Dementsprechend schließt sich die Verbindungsventilklappe 144 beim Verkleinern des zweiten Verdichtungsraumes 106 entgegen des ansteigenden Druckes und öffnet sich beim Vergrößern, so dass Luft aus dem ersten Verdichtungsraum 104 in den zweiten Verdichtungsraum 106 strömen kann. Die im zweiten Verdichtungsraum 106 verdichtete Luft kann über einen Druckluftauslass 124 Verbrauchern einer Pneumatikanlage 500, insbesondere über eine Druckluftversorgungsanlage 200, zur Verfügung gestellt werden.
Weiterhin ist im Zylinder 1 18 ein zum zweiten Verdichtungsraum 106 führender Aufladeanschluss 126 angeordnet, welcher eine Aufladeventilklappe 146 aufweist. Über den Aufladeanschluss 126 kann dem zweiten Verdichtungsraum 106 Luft, welche beispielsweise zu einem vorherigen Zeitpunkt verdichtet wurde und in einem Druckmittelvorratsbehälter 224 gespeichert und vorgehalten wird, zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Leistung des Verdichters 100 kurzfristig erhöht werden, insbesondere um verdichtete Luft schneller zur Verfügung zu stellen. Die Aufladeventilklappe 146 sorgt hierbei dafür, dass Luft über den Aufladeanschluss 126 ausschließlich in den zweiten Verdichtungsraum 106 hineinströmt und nicht über den Aufladeanschluss 126 entweichen kann.
Weiterhin weist der Kolben 1 12 keine zylindrische Form auf, sondern einen entlang einer Kolbenachse A veränderlichen Querschnitt. In dieser Ausführungsform weist der Kolben 1 12 auf Höhe der Vollseite 1 14 einen Querschnitt mit einem Kolbennebendurchmesser KN auf. Auf der Stufenseite 1 1 6 weist der Kolben 1 12 hingegen einen Kolbenhauptdurchmesser KH auf, der größer ist als der Kolbennebendurchmesser KN. Aufgrund dieser unterschiedlichen Durchmesser und dem Verlauf des Kolbendurchmessers zwischen der Stufenseite 1 1 6 und der Vollseite 1 14 ist ergibt sich ein veränderlicher, im Wesentlichen nicht-zylindrischer Verlauf sowohl einer Außenseite 1 12.1 als auch einer Innenseite 1 12.2 des Kolbens 1 12, der dazu führt, dass der Kolben 1 12 praktisch kuppeiförmig ausgebildet ist. Durch eine derartige Gestaltung wird insbesondere eine Beweglichkeit des Kolbens 1 12 innerhalb des Zylinders 1 18 erreicht, dies insbesondere trotz der Taumelbewegung des Kolbens 1 12.
Der Kolbenhauptdurchmesser KH kann nicht größer sein als der Durchmesser des Zylinders 1 18, allerdings ist es möglich und sogar sinnvoll, wenn der Durchmesser der Außenseite 138.1 der Dichtung 138 größer ist als der Kolbenhauptdurchmesser KH und auch als der Durchmesser des Zylinders 1 18. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass der Kolben 1 12 mitsamt der Dichtung 138, trotz der Taumelbewegung des Kolbens 1 12 und dadurch entstehender Öffnungen und Spalte zwischen Kolben 1 12 und Zylinder 1 18 bzw. Kolben 1 12 und Stegwand 1 1 1 , eine Abdichtung zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 bzw. zwischen dem zweiten Verdichtungsraum 1 06 und dem Kurbelgehäuseinnenraum 1 60 herstellt. Gleichzeitig wird die Bewegung des Kolbens 1 12, trotz des größeren Durchmessers der Außenseite 138.1 der Dichtung 138, nicht wesentlich behindert oder blockiert, da die Dichtung 138 vorzugsweise aus einem elastischen Material gebildet ist.
Fig.3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Verdichters 100 gemäß dem Konzept der Erfindung im eingebauten Zustand. Eine Antriebswelle 102 ist derartig angeordnet, dass sich ein Ende der Antriebswelle 102 innerhalb des Verdichtergehäuses 154 befindet, in dem der entsprechende Endabschnitt der Antriebswelle 102, gestützt von einem Antriebswellenlager 150, durch eine Öffnung in das Verdichtergehäuse 154 geführt ist.
Auf dem in das Verdichtergehäuse 154 geführten Endabschnitt der Antriebswelle 102 ist ein Exzenter 132 befestigt. Dieser Exzenter 132 weist einen zylindrischen Pleuelaufnahmeabschnitt 156 auf, auf dem das Pleuellager 152 befestigt ist. Die Rotationsachse des zylindrischen Pleuelaufnahmeabschnittes 156 ist parallel zur Rotationsachse der Antriebswelle 102 angeordnet, jedoch mit einem bestimmten, zur Erfüllung der Exzenterwirkung bzw. Erreichen einer Auslenkung H benötigten Versatz. Der Exzenter 132 weist weiterhin einen dem Pleuelaufnahmeabschnitt 156 in radialer Richtung entgegengesetzt angeordneten Gegengewichtsabschnitt 158 auf. Der Gegengewichtsabschnitt 158 dient insbesondere der Kompensation bzw. der zumindest teilweisen Auslöschung von Trägheitskräften, die über das mit dem Exzenter 132 verbundene Pleuel 128 durch die Drehbewegung auf den Exzenter 132 wirken.
Das Pleuel 128 ist mit dem Pleuelaufnahmeabschnitt 156 über ein Pleuellager 152 drehbeweglich verbunden. Durch die von der Drehbewegung des Exzenters 132 hervorgerufene Auslenkung bewirkt der parallel zur Zylinderachse des Zylinders 1 18 ausgerichtete Bewegungsanteil der Auslenkung eine oszillierende Hubbewegung des Kolbens 1 12 innerhalb des Zylinders 1 18.
Der Kolben 1 12 trägt an seiner Stufenseite 1 1 6 eine Dichtung 138 zur Abdichtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 gegenüber dem ersten Verdichtungsraum 104 bzw. gegenüber der Umgebung.
Der Kolben 1 12 ist in dieser Darstellung praktisch am oberen Totpunkt dargestellt, das heißt mit einem sein annäherndes Minimalvolumen aufweisenden ersten Verdichtungsraum 104 und einem sein annäherndes Maximalvolumen aufweisenden zweiten Verdichtungsraum 106.
Die Form des Kolbens 1 12 ist vorliegend praktisch kuppeiförmig ausgebildet, sodass der Kolben passend zu einem kuppeiförmigen Abschnitt 1 64 des Zylinders 1 18 ausgebildet ist. Dies bedeutet insbesondere, dass sowohl der Innenquerschnitt 1 12.2 als auch der Außenquerschnitt 1 12.1 des Kolbens in axialer Richtung des Kolbens 1 12 veränderlich ausgebildet sind, insbesondere derart, dass sich beide Querschnitte 1 12.1 , 1 12.2 im Verlauf von der Stufenseite 1 1 6 zur Vollseite 1 14 entlang einer Kolbenachse A verringern, insbesondere der Durchmesser kleiner wird. Eine derartige Ausbildung des Kolbens 1 12 führt zu dem Vorteil, dass die Taumelbewegung des Kolbens 1 12 besonders gut kompensiert werden kann, insbesondere trotz der Taumelbewegung eine Abdichtung beider Verdich- tungsräume 104, 106 untereinander und gegenüber dem Kurbelgehäuseinnenraum 160 erreicht werden kann und trotzdem kein Risiko des Verkantens des Kolbens 1 12 besteht. Dies wird erreicht durch die Tatsache, dass der Kolben auf axialer Höhe der Dichtung 138 seine größte radiale Ausprägung, d. h. seinen größten Außenquerschnitt 1 12.1 aufweist. Weiterhin weist dieser Bereich des größten Außenquerschnitts eine geringe axiale Höhe auf, d. h. der Abschnitt mit größtem Außendurchmesser bzw. mit Kontakt zur Innenwand des Zylinders 1 18 ist relativ flach gehalten. Dadurch werden die Reibung und insbesondere das Risiko des Verkantens von Kolben und Zylinder trotz der Taumelbewegung minimiert. Auch führt eine elastische Verformbarkeit der Dichtung 1 38 dazu, dass bei der Taumelbewegung auftretende Öffnungen, insbesondere sichelförmige Spalte, zwischen dem Kolben 1 12 und dem Zylinder 1 18, durch die Dichtung 138 abgedichtet werden können.
Neben einer kuppeiförmigen Ausbildung des Kolbens kann diese vorteilhafte Verringerung des Risikos des Verkantens auch mit anderen, sich zu Vollseite des Kolbens verjüngenden Bauformen erreicht werden, beispielsweise durch eine konische oder dergleichen Außenform.
Analog dazu steht der Kolben 1 12 auch auf seiner Innenseite, d. h. dem Innenquerschnitt 1 12.2 lediglich über die Dichtung 138 mit der Stegwand 1 1 1 des Zylinderinnenstegs 1 10 in Kontakt. Durch diese kleinste radiale Ausprägung des Innenquerschnitts 1 12.2 lediglich im axialen Bereich der Dichtung 138 wird - analog zum Außenquerschnitt 1 12.1 - ein geringer Grad an Reibung und ein kleineres Risiko des Verkantens, insbesondere bei einer Taumelbewegung des Kolbens, gewährleistet.
Auch führt die vorliegende, hohle Ausbildung des Kolbens zu einer vorteilhaft platzsparenden Bauform, insbesondere da der Innenraum der Kuppel Bewegungsraum für die sich relativ zum Zylinder bewegende Stegwand 1 1 1 bietet, und auf diese Weise der erste Verdichtungsraum 104 und der zweite Verdichtungsraum 106 einen geringeren Abstand entlang der Kol- benachse A aufweisen. Weiterhin ist der in dieser Ausführungsform innerhalb des Verdichtergehäuses 154 angeordnete, zum ersten Verdichtungsraum 104 führende, Luftzufuhranschluss 120 dargestellt. Der ebenfalls innerhalb des Verdichtergehäuses 154 angeordnete Druckluftauslass 124 verbindet den zweiten Verdichtungsraum 106 mit der Druckluftversorgungsanlage 200. Über den Druckluftauslass 124 wird somit die im zweiten Verdichtungsraum 106 verdichtete Druckluft bereitgestellt.
Fig. 4A zeigt eine Detailansicht eines Kolbens 1 12 einer noch weiteren Ausführungsform in einer Schnittebene senkrecht zur Antriebsachse. Die darin gezeigten Merkmale entsprechen im Wesentlichen den in Fig. 2A bereits symbolisch dargestellten Merkmalen - dementsprechend sind identische oder ähnliche Merkmale oder Merkmale mit identischer oder ähnlicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Form des Kolbens 1 12 ist vorliegend ebenfalls praktisch kuppeiförmig ausgebildet, sodass der Kolben passend zu einem kuppeiförmigen Abschnitt 1 64 des Zylinders 1 18 ausgebildet ist. Der Kolben 1 12 weist eine Außenseite 1 12.1 und eine Innenseite 1 12.2 auf. Insbesondere ist der Kolben 1 12 - analog zu der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform - durch seine kuppeiförmige Ausprägung dazu geeignet, sich trotz seiner Taumelkinematik in einem vorwiegend zylindrisch ausgebildetem oder - wie hier vorliegend - kuppeiförmigen Innenraum eines Zylinders 1 18 zu bewegen.
Gut erkennbar ist weiterhin die Dichtung 138 mit einer Außenseite 138.1 und einer Innenseite 138.2. Die Außenseite 138.1 ist hierbei über den Außenumfang der Dichtung 138 umlaufend mit einer Zylinderinnenwand 1 19 in Kontakt, sodass eine druckdichte Abdichtung gegenüber einem ersten Verdichtungsraum 104 bewirkt wird. Die Innenseite 138.2 der Dichtung 138 ist über den Innenumfang der Dichtung 138 umlaufend mit einer Stegwandinnenseite 109 in Kontakt, sodass eine druckdichte Abdichtung gegenüber einem Kurbelgehäuseinnenraum 1 60 bewirkt wird. Weiterhin ist vorliegend der Kolben 1 12, insbesondere der Kuppelabschnitt 1 64 des Kolbens 1 12, mittels einer Kolbenschraube 1 66 an einem Pleuel 128 befestigt. Von dem Pleuel 128 ist in der vorliegenden Ansicht lediglich die Kolbenseite 128.1 sichtbar.
Fig. 4B zeigt eine Detailansicht eines Kolbens 1 12 der noch weiteren Ausführungsform in einer Schnittebene parallel sowohl zur Antriebs- als auch zur Kolbenachse. Im Unterschied zu der Ansicht in Fig. 4A ist insbesondere noch ein Rückschlagventil 130, ein Luftzufuhranschluss 120, eine Verbindungsleitung 122, eine Luftzufuhrventilklappe 142, eine Verbindungsventilklappe 144, eine Aufladeventilklappe 146 sowie ein Druckluft- auslass 124 und ein Aufladeanschluss 126 sichtbar. Diese Merkmale entsprechen im Wesentlichen den in Fig. 2B bereits symbolisch dargestellten Merkmalen - dementsprechend sind identische oder ähnliche Merkmale oder Merkmale mit identischer oder ähnlicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein Unterschied zu der in Fig. 2B dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass die Luftzufuhrventilklappe 142 und das Rückschlagventil 130 nicht wie in Fig. 2B dargestellt gemeinsam an einen durch ein Pleuel 128 geführten Luftzufuhranschluss 120 angeschlossen sind, sondern getrennt im Kolben 1 12 angeordnet und gasführend mit einem Kurbelgehäuseinnenraum 1 60 verbunden - bzw. bei dem Rückschlagventil 130 in Abhängigkeit der Federkraft verbindbar - sind.
Die Fig. 5A und Fig. 5B zeigen eine Ausführungsform einer Dichtung 138a, die im Wesentlichen einer vorher beschriebenen Dichtung 138 entspricht. Die Dichtung 138a umfasst einen Dichtungskörper 139a, der eine erste Ringlippe 139.1 a und eine zweite Ringlippe 139.2a aufweist. Die erste Ringlippe 139.1 a ist in einer radialen Richtung RR außen am Dichtungskörper 139a derart angeordnet, dass sie sich in einer axialen Richtung RA in Richtung eines zweiten Verdichtungsraumes 106 erstreckt. Die erste und/oder zweite Ringlippel 39.1 a, 139.2a hat insbesondere ein freies Ende, das im zweiten Verdichtungsraum 106 angeordnet ist. Die zweite Ringlippe 139.2a ist in einer radialen Richtung RR innen am Dichtungskörper 139a angeordnet. Auch sie erstreckt sich in einer axialen Richtung RA in Richtung des zweiten Verdichtungsraums 106. Der Dichtungskörper 139a ist an einer Stufenseite 1 16 eines Kolbens 1 12 befestigt - dies ist in Fig. 5B dargestellt.
Die erste Ringlippe 139.1 a ist um die Kolbenachse A rotationssymmetrisch ausgebildet und weist ein Profil auf, das sich - ausgehend von einem Hauptkörper 139.4a - zunächst in radialer Richtung RR nach außen erstreckt und dann seine Richtung um ca. 90° ändert, so dass sie sich in axialer Richtung RA in Richtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 erstreckt, und zwar derart, dass eine Außenseite 138.1 a der Dichtung 138a im Wesentlichen zu der Zylinderinnenwand 1 19, nämlich zu einer Wandaußenseite 1 19.1 der Zylinderinnenwand 1 19, parallel angeordnet ist. Durch dieses Profil entsteht zwischen dem Hauptkörper 139.4a und der ersten Ringlippe 139.1 a ein erster Expansionsraum 139.5a.
Die zweite Ringlippe 139.2a ist ebenfalls um die Kolbenachse A rotationssymmetrisch ausgebildet und weist ein Profil auf, das sich - ausgehend vom Hauptkörper 139.4a - zunächst in radialer Richtung RR nach innen erstreckt und dann seine Richtung um ca. 90° ändert, so dass sie sich in axialer Richtung RA in Richtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 erstreckt und zwar derart, dass eine Innenseite 138.2a der Dichtung 138a zu der Zylinderinnenwand 1 19, nämlich zu einer Wandinnenseite 1 19.2 der Zylinderinnenwand 1 19, parallel angeordnet ist. Durch dieses Profil entsteht zwischen dem Hauptkörper 139.4a und der zweiten Ringlippe 139.2a ein zweiter Expansionsraum 139.6a.
Durch den ersten und den zweiten Expansionsraum 139.5a, 139.6a wird bewirkt, dass die erste und die zweite Ringlippe 139.1 a, 139.2a durch einen im zweiten Verdichtungsraum 106 herrschenden zweiten Druck P2 an die Zylinderinnenwand 1 19 gedrückt werden und somit eine Abdichtung des zweiten Verdichtungsraumes 106 sowohl gegenüber dem ersten Verdichtungsraum 104, als auch dem Kurbelgehäuseinnenraum 1 60 bewirken. Der erste Expansionsraum 139.5a bewirkt dabei, dass die erste Ringlippe 139.1 a gegen die Wandaußenseite 1 19.1 gedrückt wird, was zu einer ersten Abdichtung AD1 führt. Die erste Abdichtung AD1 besteht, solange der zweite Druck P2 größer oder gleich ist als ein im ersten Verdichtungsraum 106 herrschender erster Druck P1 . Der zweite Expansionsraum 139.6a bewirkt, dass die zweite Ringlippe 139.2a gegen die Wandinnenseite 1 19.2 gedrückt wird, was zu einer zweiten Abdichtung AD2 führt. Die zweite Abdichtung AD2 besteht, solange der zweite Druck P2 größer ist als ein im Kurbelgehäuseinnenraum 1 60 herrschender Außendruck PA.
Die Fig. 5C und Fig. 5D zeigen eine weitere Ausführungsform einer Dichtung 138b. Der wesentliche Unterschied der Dichtung 138b zur in Fig. 5A und 5B gezeigten Dichtung 138a besteht darin, dass ein Dichtungskörper 139b der Dichtung 138b - neben einer ersten Ringlippe 139.1 b und einer zweiten Ringlippe 139.2b - eine zusätzliche dritte Ringlippe 139.3b aufweist, die in einer radialen Richtung RR außen am Dichtungskörper 139b angeordnet ist und in einer axialen Richtung RA zum ersten Verdichtungsraum 104 gerichtet ist. Die dritte Ringlippel 39.3b hat insbesondere ein freies Ende, das im ersten Verdichtungsraum 104 angeordnet ist.
Die dritte Ringlippe 139.3b ist um die Kolbenachse A rotationssymmetrisch ausgebildet und weist ein Profil auf, das sich - ausgehend von einem Hauptkörper 139.4b - zunächst in radialer Richtung RR nach außen erstreckt und dann seine Richtung um ca. 90°, ändert, so dass sie sich in axialer Richtung RA in Richtung des ersten Verdichtungsraumes 104 erstreckt, und zwar derart, dass eine Außenseite 138.3b der Dichtung 138b im Wesentlichen zu der Zylinderinnenwand 1 19, nämlich zu einer Wandaußenseite 1 19.1 der Zylinderinnenwand 1 19, parallel angeordnet ist. Durch dieses Profil entsteht zwischen dem Hauptkörper 139.4b und der dritten Ringlippe 139.3b ein dritter Expansionsraum 139.7b. Durch den dritten Expansionsraum 139.7b wird bewirkt, dass die dritte Ringlippe 139.3b durch einen im ersten Verdichtungsraum 104 herrschenden ersten Druck P1 an die Zylinderinnenwand 1 19 gedrückt wird und somit eine Abdichtung des ersten Verdichtungsraumes 104 gegenüber dem zweiten Verdichtungsraum 106 bewirkt.
Der dritte Expansionsraum 139.7b bewirkt dabei, dass die dritte Ringlippe 139.3b durch den ersten Druck P1 gegen die Wandaußenseite 1 19.1 gedrückt wird, was zu einer dritten Abdichtung AD3 führt. Eine derartige Weiterbildung mit einer dritten Ringlippe 139.3B hat den Vorteil, dass die erste Abdichtung AD1 und die dritte Abdichtung AD3 unabhängig von einem Druckunterschied zwischen dem ersten Druck P1 und dem zweiten Druck P2 bestehen. Somit kann eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 erfolgen. Insbesondere kann - im Gegensatz zu dem in Fig. 5A, 5B gezeigten Ausführungsbeispiel - ein Abdichten zwischen dem ersten Verdichtungsraum 104 und dem zweiten Verdichtungsraum 106 auch dann erfolgen, wenn ein erster Druck P1 im ersten Verdichtungsraum 104 gleich oder größer ist als ein zweiter Druck P2 im zweiten Verdichtungsraum 106. Dies ist insbesondere bei einem einstufigen Betriebsmodus eines Verdichters 100 der Fall, das heißt einem Betriebsmodus, in dem Luft in beiden Verdichtungsräumen 104, 106 auf denselben Druck verdichtet wird.
Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung):
1 Gesamtdruckluftzuführung
2 Druckluftanschluss, erster Druckluftanschluss
2' Zweiter Druckluftanschluss
3 Entlüftungsanschluss
10 Druckluftzuführung
30 Pneumatikhauptleitung
31 Erstes Trennventil
32 Rückschlagventil
33 Bypassleitung
34 Drossel
35 Entlüftungsleitung
36 Weiteres Trennventil
37 Pneumatikleitung
38 Noch weiteres Trennventil
39 Weiteres Rückschlagventil
40 Weitere Pneumatikleitung
41 Zweites Trennventil
51 Ansaugleitung
52 Filter
100 Verdichter
102 Antrieb, Antriebswelle
104 Erster Verdichtungsraum, erste Verdichtungskammer
106 Zweiter Verdichtungsraum, zweite Verdichtungskammer
109 Stegwandinnenseite
1 10 Zylinderinnensteg
1 1 1 Stegwand
1 12 Kolben, beidseitig druckbeaufschlagbarer Kolben
1 12.1 Außenquerschnitt, Außenseite des Kolbens
1 12.2 Innenquerschnitt, Innenseite des Kolbens
1 13 Erste Stirnseite des Kolbens 1 14 Vollseite
1 15 Zweite Stirnseite des Kolbens
1 1 6 Stufenseite
1 18 Zylinder
1 19 Zylinderinnenwand
1 19.1 Wandaußenseite der Zylinderinnenwand
1 19.2 Wandinnenseite der Zylinderinnenwand
120 Luftzufuhranschluss
122 Verbindungsleitung
124 Druckluftauslass
126 Aufladeanschluss
128 Pleuel
128.1 Kolbenseite des Pleuels
128.2 Antriebsseite des Pleuels
130 Rückschlagventil
131 Rotierender Teil des Antriebs
132 Exzentrisch angeordneter Wellenabschnitt, Exzenter
138 Dichtung
138.1 Außenseite der Dichtung
138.2 Innenseite der Dichtung
139, 139a, 139b Dichtungskörper
139.1 a, 139.1 b Erste Ringlippe
139.2a, 139.2b Zweite Ringlippe
139.3b Dritte Ringlippe
139.4a, 139.4b Hauptkörper des Dichtungskörpers
139.5a, 139.5b Erster Expansionsraum
139.6a, 139.6b Zweiter Expansionsraum
139.7b Dritter Expansionsraum
142 Luftzufuhrventilklappe
144 Verbindungsventilklappe
146 Aufladeventilklappe 150 Antriebswellenlager
152 Pleuellager
154 Verdichtergehäuse
156 Pleuelaufnahmeabschnitt
158 Gegengewichtsabschnitt
160 Kurbelgehäuseinnenraum
62 Drehbewegliche Verbindung
164 Kuppelabschnitt des Zylinders
166 Kolbenschraube
200 Druckluftversorgungsanlage
210 Luftfeder
21 1 Luftbalg, Balg
212 Luftfederventil
220 Galerie, Galerieleitung
221 Federzweigleitung
222 Lufttrockner
224 Druckmittelvorratsbehälter, Speicher
230 Spannungs-Druck-Sensor
300 Pneumatisches System
400 Fahrzeug
410 Auflager
500 Pneumatikanlage
A Kolbenachse
AD1 Erste Abdichtung
AD2 Zweite Abdichtung
AD3 Dritte Abdichtung
B Belüftungsrichtung
D Senkrecht zur Hubrichtung existierender Anteil des Versatzes
E Entlüftungsrichtung
E' Weitere Entlüftungsrichtung
F Federkraft des Rückschlagventils H Auslenkung, Auslenkung des Kolbens in Hubrichtung
KH Kolbenhauptdurchmesser
KN Kolbennebendurchmesser
M Motor
P1 Erster Druck, Druck im ersten Verdichtungsraum
P2 Zweiter Druck, Druck im zweiten Verdichtungsraum
PA Außendruck, Druck im Kurbelgehäuseinnenraum
RA Axiale Richtung
RR Radiale Richtung
51 Rotationsachse des Antriebs, Punkt S1
52 Rotationsachse der drehbeweglichen Verbindung zwischen
Pleuel und exzentrisch angeordnetem Wellenabschnitt, Punkt S2
U Umgebung

Claims

Patentansprüche
1 . Verdichter (100), insbesondere Kompressor, für eine Druckluftzuführung (10) einer Druckluftversorgungsanlage (200), zum Betreiben einer Pneumatikanlage (500), aufweisend: einen ersten Verdichtungsraum (104), einen zweiten Verdichtungsraum (106), einen Luftzufuhranschluss (120) und einen Druckluftauslass (124), einen Kolben (1 12) mit einer ersten druckbeaufschlagbaren Stirnseite (1 13) welche zum ersten Verdichtungsraum (104) gerichtet ist und einer, der ersten Stirnseite (1 13) gegenüberliegenden, zweiten druckbeaufschlagbaren Stirnseite (1 15), welche zum zweiten Verdichtungsraum (106) gerichtet ist, wobei der erste Verdichtungsraum (104) von der ersten Stirnseite (1 13) begrenzt ist und der zweite Verdichtungsraum (106) von der zweiten Stirnseite (1 15) des Kolbens (1 12) begrenzt ist, wobei die erste Stirnseite (1 13) eine Vollseite (1 14) ist und die zweite Stirnseite (1 15) eine Stufenseite (1 1 6) ist, und der Kolben (1 12) über ein Pleuel (128) an einen Antrieb (102) angebunden ist, wobei der erste Verdichtungsraum (104) und der zweite Verdichtungsraum (106) über eine Verbindungsleitung (122) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (128) starr, insbesondere starr und gelenkfrei, an einer Kolbenseite (128.1 ) mit dem Kolben (1 12) verbunden ist und an einer Antriebsseite (128.2) mit einem rotierenden Teil (131 ) des Antriebs (102) drehbeweglich verbunden ist, und der Kolben (1 12) auf der Stufenseite (1 1 6) mindestens eine Dichtung (138) trägt, welche den ersten Verdichtungsraum (104) und/oder den zweiten Verdichtungsraum (106) abdichtet.
2. Verdichter (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1 12) ein vom ersten Verdichtungsraum in Richtung des Luftzufuhranschlusses (120) selbsttätig gegen eine Federkraft (F) öffnendes Rückschlagventil (130) aufweist.
3. Verdichter (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (128) mit dem rotierenden Teil (131 ) des Antriebs (102) in Form eines exzentrisch angeordneten Wellenabschnittes (132) drehbeweglich verbunden ist.
4. Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (128) einstückig mit dem Kolben (1 12) und gegenüber dem Kolben (1 12) gelenkfrei ausgebildet ist.
5. Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdichtungsraum (104) zylindrisch oder zylindrisch mit kuppeiförmigem Abschnitt (1 64) und/oder der zweite Verdichtungsraum (106) ringförmig zylindrisch ausgebildet ist.
6. Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (138) zur Abdichtung des zweiten Verdichtungsraums (104) gegen einen Kurbelgehäuseinnenraum (1 60) und/oder zur Umgebung (U) und/oder zur Abdichtung des ersten Verdichtungsraums (104) gegen den zweiten Verdichtungsraum (106) ausgebildet ist.
7. Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dichtung (138) auf der Stufenseite (1 1 6) des Kolbens (1 12) sowohl an einer Außenseite (138.1 ) als auch an einer Innenseite (138.2) eine in radialer Richtung wirkende druckdichte Abdichtung bewirkt, insbesondere als eine einzige Dichtung (138) gebildet ist.
8. Verdichter (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite (138.1 ) der Dichtung (138) umlaufend in Kontakt mit einer Zylinderinnenwand (1 19) steht und die Innenseite (138.2) der Dichtung (138) umlaufend in Kontakt mit einer Stegwandinnenseite (109) steht.
9. Verdichter (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (138, 138a, 138b) einen ringförmigen Dichtungskörper (139,
139a, 139b) aufweist mit einer ersten Ringlippe (139.1 a, 139.1 b) radial außen am Dichtungskörper (139, 139a, 139b) und einer zweiten Ringlippe (139.2a, 139.2b) radial innen am Dichtungskörper (139, 139a, 139b).
10. Verdichter (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (138a, 138b) einen ringförmigen Dichtungskörper (139a, 139b) aufweist mit: einer ersten Ringlippe (139.1 a, 139.1 b), die in radialer Richtung (RR) außen am Dichtungskörper (139a, 139b), in axialer Richtung (RA) zum zweiten Verdichtungsraum (106) gerichtet, angeordnet ist, und/oder einer zweiten Ringlippe (139.2a, 139.2b), die in radialer Richtung (RR) innen am Dichtungskörper (139a, 139b), in axialer Richtung (RA) zum zweiten Verdichtungsraum (106) gerichtet, angeordnet ist.
1 1 . Verdichter (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Dichtungskörper (139b) eine dritte Ringlippe (139.3b) aufweist, die in radialer Richtung (RR) außen am Dichtungskörper (139b), in axialer Richtung (RA) zum ersten Verdichtungsraum (104) gerichtet, angeordnet ist.
12. Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1 12) einen in axialer Richtung veränderlichen, nicht zylindrischen Außenquerschnitt (1 12.1 ) aufweist.
13. Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdichtungsraum (106) weiterhin einen Aufladeanschluss (126) zum zusätzlichen Zuführen von Druckluft, insbesondere aus einem Druckmittelvorratsbehälter (224), aufweist.
14. Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftzufuhranschluss (120) innerhalb des Pleuels (128) und/oder des Kolbens (1 12) angeordnet ist.
15. Verdichter (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbewegliche Verbindung (1 62) zwischen Pleuel (128) und einem exzentrisch angeordnetem Wellenabschnitt (132) des Antriebs (102) mittels eines Pleuellagers (152) -- insbesondere eines Gleitlagers, Kugellagers oder Nadellagers-- gebildet ist.
16. Druckluftversorgungsanlage (200) zum Betreiben einer Pneumatikanlage (300), aufweisend: eine Luftzufuhr und eine daran über einen Luftzufuhranschluss (120) angeschlossenen Verdichter (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, eine über einen Druckluftauslass (124) pneumatisch an den Verdichter (100) angeschlossene einen Lufttrockner (222) aufweisende Pneumatikhauptleitung (30) zu einem Druckluftanschluss (2) einer Galerie (220), einen über einen Aufladeanschluss (126) pneumatisch an den Verdichter (100) angeschlossenen Druckmittelvorratsbehälter (224).
17. Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage (200) nach Anspruch 1 6 aufweisend die Schritte:
Verdichten von Luft aus einen Kurbelgehäuseinnenraum (1 60) und/oder der Umgebung (U) in einem ersten Verdichtungsraum (104) des Verdichters (100) auf ein Niederdruckniveau, weiteres Verdichten der im ersten Verdichtungsraum (104) des auf ein Niederdruckniveau verdichteten Druckluft in einem zweiten Verdichtungsraum (106) des Verdichters (100) auf ein Hochdruckniveau,
Zuführen der im zweiten Verdichtungsraum (106) auf ein Hochdruckniveau verdichteten Druckluft aus dem Druckluftauslass (124) über eine Pneumatikhauptleitung (30) zu einem Druckluftanschluss (2) einer Galerie (220), insbesondere über einen Lufttrockner (222).
18. Fahrzeug (400) mit einer Druckluftversorgungsanlage (200) nach Anspruch 1 6.
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