WO2019081239A1

WO2019081239A1 - Piston compressor

Info

Publication number: WO2019081239A1
Application number: PCT/EP2018/077973
Authority: WO
Inventors: Dietmar Uhlmann; Dirk SCHNITTGER
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-05-02
Also published as: DE102017219341A1

Abstract

The invention relates to a piston compressor (1) for compressing a working fluid, particularly a liquid or gaseous fuel, comprising a piston (4) that can move back and forth in a borehole (2) of a cylinder (3) and defines a compression chamber (5) inside the borehole (2), which can be filled with the working fluid. According to the invention, a peripheral ring groove (6) is embodied on the inner peripheral side in the cylinder (3), in which a leakage-minimising sleeve (7) is received, which, together with the cylinder (3), forms an annular pressure chamber (8) which is hydraulically connected to the compression chamber (5), in such a way that the pressure in the pressure chamber (8) is the same as the pressure in the compression chamber (5), and a gap and therefore a certain flow in the gap are maintained between the piston (4) and the leakage-minimising sleeve (7) over the entire compression zone.

Description

Beschreibung description

Titel: Title:

Kolbenverdichter Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter zum Verdichten eines Arbeitsfluids mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Piston compressor The invention relates to a piston compressor for compressing a working fluid having the features of the preamble of claim 1.

Bei dem Arbeitsfluid kann es sich insbesondere um einen flüssigen oder Leckagemini- mierungshülse Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas („Natural Gas" = NG), handeln. Dient das Erdgas dem Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wird es an Bord des Kraftfahrzeugs in der Regel in flüssiger Form („Liquefied Natural Gas" = LNG) in einem Tank mitgeführt. Bevor das Erdgas in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingeblasen wird, wird es verdichtet. Hierin ist eine bevorzugte Anwendung des vorliegend vorgeschlagenen Kolbenverdichters zu sehen. The working fluid can in particular be a liquid or leakage-minimizing sleeve fuel, such as natural gas ("NG"). If the natural gas is used for operating an internal combustion engine of a motor vehicle, it is usually stored on board the motor vehicle liquid form ("Liquefied Natural Gas" = LNG) in a tank. Before the natural gas is injected into a combustion chamber of the internal combustion engine, it is compressed. Here is a preferred application of the presently proposed reciprocating compressor to see.

Darüber hinaus kann der vorgeschlagene Kolbenverdichter zum Verdichten beliebiger gasförmiger und/oder flüssiger Medien eingesetzt werden, so dass der vorliegend gewählte Begriff„Kolbenverdichter" auch Kolbenpumpen umfasst. Stand der Technik In addition, the proposed reciprocating compressor can be used for compressing any gaseous and / or liquid media, so that the presently selected term "piston compressor" also includes piston pumps

Aus der WO 2003/010446 AI geht beispielhaft ein Kolbenverdichter zur Kompression eines Kühlgases hervor, der einen Zylinder und einen im Zylinder hin und her beweglichen Kolben umfasst. Der Zylinder und der Kolben legen dabei eine Kompressions- kammer fest. Der Kolben ist mit einem Antriebsmechanismus verbunden, wobei dieFrom WO 2003/010446 AI, for example, a piston compressor for the compression of a cooling gas emerges, which comprises a cylinder and a reciprocating piston in the cylinder. The cylinder and piston define a compression chamber. The piston is connected to a drive mechanism, wherein the

Verbindung über Stifte erfolgt, die in Radiallöchern des Kolbens aufgenommen sind. Da die Radiallöcher über einen zwischen dem Kolben und dem Zylinder verbleibenden Radialspalt mit der Kompressionskammer hydraulisch verbunden sind, gilt es die Radiallöcher abzudichten. Die Abdichtung erfolgt über in den Radiallöchern aufgenommene Dichtelemente. Auf diese Weise wird einer Leckage des Kühlgases über die Radiallöcher entgegengewirkt. Connection via pins, which are received in radial holes of the piston. Since the radial holes are hydraulically connected to the compression chamber via a radial gap remaining between the piston and the cylinder, it is necessary to seal the radial holes. The seal is made via in the radial holes recorded Sealing elements. In this way, a leakage of the cooling gas through the radial holes is counteracted.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenverdichter bereitzustellen, der einen verbesserten Wirkungsgrad besitzt. Um dies zu erreichen, soll die Leckage im Bereich eines Ringspalts zwischen dem Kolben und dem Zylinder des Kolbenverdichters minimiert werden. Der Kolbenverdichter soll auf diese Weise auch zum Verdichten eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs, wie beispielsweise Erdgas, auf Hochdruck (vorzugsweise etwa 600 bar) geeignet sein. The present invention has for its object to provide a reciprocating compressor, which has an improved efficiency. To achieve this, the leakage in the region of an annular gap between the piston and the cylinder of the reciprocating compressor should be minimized. The reciprocating compressor should in this way also be suitable for compressing a liquid or gaseous fuel, such as natural gas, to high pressure (preferably about 600 bar).

Zur Lösung der Aufgabe wird der Kolbenverdichter mit den Merkmalen des To solve the problem of the reciprocating compressor with the features of

Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Proposed claim 1. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Der zum Verdichten eines Arbeitsfluids, insbesondere eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs, vorgeschlagene Kolbenverdichter umfasst einen in einer Bohrung eines Zylinders hin und her beweglichen Kolben, der innerhalb der Bohrung einen mit dem Arbeitsfluid befüllbaren Kompressionsraum begrenzt. Erfindungsgemäß ist innen- umfangseitig im Zylinder eine umlaufende Ringnut ausgebildet, in der eine Leckageminimierungshülse aufgenommen ist, die gemeinsam mit dem Zylinder eine ringförmige Druckkammer definiert, die mit dem Kompressionsraum hydraulisch verbunden ist. In der Druckkammer herrscht somit der gleiche Druck wie im Kompressionsraum. Zwischen dem Kolben und der Leckageminimierungshülse bleibt über den gesamten Druckbereich hinweg ein Spalt und somit eine gewisse Strömung im Spalt erhalten. The piston compressor proposed for compressing a working fluid, in particular a liquid or gaseous fuel, comprises a piston which can be moved back and forth in a bore of a cylinder and which delimits within the bore a compression space which can be filled with the working fluid. According to the invention, an encircling annular groove is formed on the inner circumference in the cylinder, in which a leakage minimizing sleeve is accommodated, which together with the cylinder defines an annular pressure chamber which is hydraulically connected to the compression space. The pressure in the pressure chamber is therefore the same as in the compression chamber. Between the piston and the leakage minimizing sleeve a gap and thus a certain flow in the gap is maintained over the entire pressure range.

Durch die Hubbewegung des Kolbens kommt es im Kompressionsraum zu einer Kompression des eingeschlossenen Arbeitsfluids. Das heißt, dass der Druck im Kompressionsraum ansteigt. Zugleich steigt der Druck in der mit dem Kompressionsraum hydraulisch verbundenen Druckkammer an. Da der Druck außen an der Leckageminimierungshülse größer als innen ist, zieht sich die Hülse zusammen, was dazu führt, dass sich der zwischen dem Kolben und der Leckageminimierungshülse verbleibende Spalt verringert. Mit der Verringerung des Spalts nimmt auch die Leckage über den Spalt ab, so dass auf diesem Wege eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Kolbenverdichters erreicht wird. The stroke of the piston causes compression of the trapped working fluid in the compression space. This means that the pressure in the compression chamber increases. At the same time, the pressure in the pressure chamber hydraulically connected to the pressure chamber increases. Since the pressure on the outside of the leakage minimizing sleeve is greater than the inside, the sleeve contracts, causing the gap remaining between the piston and the leakage minimizing sleeve to decrease. As the gap is reduced, the leakage across the gap also decreases. so that in this way an increase in the efficiency of the reciprocating compressor is achieved.

Die Kontraktion der Leckageminimierungshülse erfolgt proportional zum Druckanstieg im Kompressionsraum bzw. in der Druckkammer. Das heißt, dass mit fortschreitendem Druckanstieg auch die Kontraktion zunimmt. Ursache hierfür ist der in Längsrichtung konstante Druck in der Druckkammer, während sich im Spalt zwischen der Leckageminimierungshülse und dem Kolben in Längsrichtung ein (näherungsweise) linearer Druckabfall einstellt. Der gewünschte Effekt der Spaltminimierung ist somit über den gesamten Druckbereich hinweg gegeben. The contraction of the leakage minimization sleeve is proportional to the pressure increase in the compression chamber or in the pressure chamber. This means that as the pressure increases, so does the contraction. This is due to the constant pressure in the longitudinal direction in the pressure chamber, while in the gap between the Leckageminimierungshülse and the piston in the longitudinal direction sets an (approximately) linear pressure drop. The desired effect of gap minimization is thus given over the entire pressure range.

Die Kontraktion der Leckageminimierungshülse wird zudem dadurch begünstigt, dass die Innenumfangsfläche kleiner als die Außenumfangsfläche der Hülse ist, so dass radial außen auf die Leckageminimierungshülse bereits aufgrund der größeren Fläche eine größere Druckkraft wirkt. The contraction of the leakage minimization sleeve is further facilitated by the fact that the inner peripheral surface is smaller than the outer peripheral surface of the sleeve, so that radially outward on the leakage minimization sleeve already due to the larger area a larger pressure force acts.

Die Leckageminimierungshülse gilt es von einer herkömmlichen Dichthülse zu unterscheiden. Denn durch die Hülse wird keine Abdichtung, sondern lediglich eine Spaltminimierung erreicht. Das heißt, das eine gewisse Strömung im Spalt erhalten bleibt. Auf diese Weise können Reibungsverluste minimiert werden. Vorzugsweise ist daher auch der Innendurchmesser der Leckageminimierungshülse über die gesamte Länge größer als der Außendurchmesser des Kolbens gewählt, so dass Verschleiß und Klemmen auf ein Minimum reduziert werden. The leakage minimization sleeve is to be distinguished from a conventional sealing sleeve. Because through the sleeve no seal, but only a gap minimization is achieved. This means that a certain flow is maintained in the gap. In this way, friction losses can be minimized. Preferably, therefore, the inner diameter of the Leckageminimierungshülse is chosen over the entire length greater than the outer diameter of the piston, so that wear and clamps are reduced to a minimum.

Darüber hinaus ermöglicht die Leckageminimierungshülse einen Ausgleich etwaiger fertigungsbedingter Durchmessertoleranzen, so dass zugleich die Fertigung des Kolbenverdichters vereinfacht wird. In addition, the leakage minimization sleeve allows compensation of any production-related diameter tolerances, so that at the same time the production of the reciprocating compressor is simplified.

Bevorzugt ist die Ringnut zumindest abschnittsweise auf Höhe des Kolbens innenum- fangseitig im Zylinder angeordnet, um die gewünschte Leckageminimierung durch eine Minimierung des Spalts zwischen dem Kolben und der in der Ringnut aufgenommenen Leckageminimierungshülse zu bewirken. Ferner bevorzugt weist die Ringnut eine Höhe Hi auf, die größer als eine Höhe H2 der Leckageminimierungshülse ist. Das heißt, dass ein axialer Spalt zwischen der Leckageminimierungshülse und dem Zylinder verbleibt, über welche die erforderliche hydraulische Verbindung der Druckkammer mit dem Kompressionsraum herstellbar ist. An- dernends liegt die Leckageminimierungshülse bevorzugt dichtend an dem Zylinder an, so dass eine Umgehung der Leckageminimierungshülse ausgeschlossen ist. Preferably, the annular groove is arranged at least in sections at the level of the piston on the inside of the cylinder in order to achieve the desired minimization of leakage by minimizing the gap between the piston and the leakage minimization sleeve accommodated in the annular groove. Further preferably, the annular groove has a height Hi which is greater than a height H2 of the leakage minimizing sleeve. This means that an axial gap remains between the leakage minimization sleeve and the cylinder, via which the required hydraulic connection of the pressure chamber with the compression space can be established. At the other end, the leakage minimizing sleeve preferably bears sealingly against the cylinder, so that circumvention of the leakage minimization sleeve is precluded.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in der Ringnut ein Federelement aufgenommen ist, mittels dessen die Leckageminimierungshülse gegen den Zylinder axial vorgespannt ist. Durch die axiale Vorspannung wird die Leckageminimierungshülse in axialer Richtung lagefixiert, so dass eine Umgehung der Leckageminimierungshülse dauerhaft ausgeschlossen ist. Die Vorspannkraft dient zugleich als initiale Dichtkraft in axialer Richtung. In a further development of the invention, it is proposed that a spring element be received in the annular groove, by means of which the leakage minimizing sleeve is axially biased against the cylinder. Due to the axial bias, the leakage minimizing sleeve is fixed in position in the axial direction, so that circumvention of the leakage minimization sleeve is permanently excluded. The biasing force also serves as an initial sealing force in the axial direction.

Zur axialen Vorspannung der Leckageminimierungshülse wird vorgeschlagen, dass das Federelement an einer Stirnfläche der Leckageminimierungshülse abgestützt ist. Als Federelement kann beispielsweise eine Schraubendruckfeder, eine Wellfeder oder eine Tellerfeder verwendet werden, die in die Ringnut eingesetzt wird, und zwar vorzugsweise in den zwischen der Leckageminimierungshülse und dem Zylinder verbleibenden axialen Spalt. Über die konkrete Gestaltung des Federelements ist sicherzustellen, dass die erforderliche hydraulische Verbindung der Druckkammer mit dem Kompressionsraum nicht unterbrochen oder beeinträchtigt wird. For axial prestressing of the leakage minimizing sleeve, it is proposed that the spring element is supported on an end face of the leakage minimizing sleeve. As a spring element, for example, a helical compression spring, a wave spring or a plate spring can be used which is inserted into the annular groove, and preferably in the remaining between the leakage minimization sleeve and the cylinder axial gap. On the specific design of the spring element is to ensure that the required hydraulic connection of the pressure chamber is not interrupted or impaired with the compression space.

Alternativ kann das Federelement als doppelte Bundhülse ausgebildet sein, die einen nach radial außen ragenden ersten Bund zur axialen Abstützung am Zylinder und einen nach radial innen ragenden zweiten Bund zur axialen Abstützung an der Leckageminimierungshülse aufweist. Über die Bundbuchse ist die Leckageminimierungshülse ebenfalls in ihrer axialen Lage fixiert. Um zugleich eine axiale Vorspannung der Leckageminimierungshülse zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der zweite Bund der Bundbuchse nach Art eines Federarms ausgebildet ist und nur über eine ringförmige Kontur an der Stirnfläche der Leckageminimierungshülse anliegt. Über den federarmar- tig ausgebildeten zweiten Bund kann dann die axiale Vorspannkraft aufgebracht werden. Bevorzugt weist die Leckageminimierungshülse zur Abstützung am Zylinder eine stirnseitig angeordnete, im Wesentlichen eben ausgeführte ringförmige Aufstandsfläche auf, an die radial innen ein Konus anschließt. Über den Konus wird die Aufstandsfläche reduziert, die somit kleiner als die Stirnfläche am anderen Ende der Leckageminimierungshülse ist. Über die Reduzierung der Aufstandsfläche kann eine verbesserte Dichtwirkung erzielt werden. Vorzugsweise weist der Konus in radialer Richtung eine Breite b auf die größer als eine Breite a der Aufstandsfläche ist, so dass die Aufstandsfläche deutlich verkleinert wird. Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Breite a zur Breite b 3:1. Auf diese Weise wird eine definierte lokale Aufstandsfläche geschaffen. Alternatively, the spring element may be formed as a double collar sleeve having a radially outwardly projecting first collar for axial support on the cylinder and a radially inwardly projecting second collar for axial support on the Leckageminimierungshülse. About the collar bush, the leakage minimization sleeve is also fixed in its axial position. In order to achieve at the same time an axial bias of the leakage minimization sleeve, it is proposed that the second collar of the collar bush is designed in the manner of a spring arm and rests only on an annular contour on the end face of the Leckageminimierungshülse. The axial pretensioning force can then be applied by way of the spring-arm-shaped second collar. Preferably, the leakage minimization sleeve for support on the cylinder has a frontally arranged, substantially planar annular contact surface, which is adjoined radially inwardly by a cone. Via the cone, the footprint is reduced, which is thus smaller than the end face at the other end of the Leckageminimierungshülse. By reducing the footprint an improved sealing effect can be achieved. Preferably, the cone in the radial direction has a width b which is greater than a width a of the contact surface, so that the contact surface is significantly reduced. The ratio of the width a to the width b is preferably 3: 1. In this way, a defined local footprint is created.

Darüber hinaus kann die der Aufstandsfläche der Leckageminimierungshülse gegenüber liegende Fläche am Zylinder derart geformt sein, dass der Kontaktbereich zwischen der Leckageminimierungshülse und dem Zylinder verringert wird. In diesem Fall kann die Stirnfläche der Leckageminimierungshülse auch eben ausgeführt sein. In addition, the area opposite the footprint of the leakage minimizing sleeve may be formed on the cylinder such that the contact area between the leakage minimizing sleeve and the cylinder is reduced. In this case, the end face of the leakage minimizing sleeve can also be made flat.

Der an der dem Kompressionsraum zugewandten Stirnfläche der Leckageminimierungshülse anliegende Druck führt zu einer hydraulischen Druckkraft, welche die Leckageminimierungshülse gegen den Zylinder drückt. Da an der anderen Stirnfläche der Leckageminimierungshülse, und zwar zumindest im Bereich radial innerhalb des Kontaktbereichs mit dem Zylinder bzw. der Aufstandsfläche, kein Kompressionsraumdruck anliegt, wird die Leckageminimierungshülse auf diese Weise in Anlage mit dem Zylinder gehalten. Aufgrund der in axialer Richtung bestehenden Kraftdifferenz kann ggf. auf ein Federelement zur axialen Vorspannung der Leckageminimierungshülse gänzlich verzichtet werden. The pressure applied to the end face of the leakage minimization sleeve facing the compression space leads to a hydraulic pressure force which presses the leakage minimization sleeve against the cylinder. Since no compression space pressure is applied to the other end face of the leakage minimizing sleeve, at least in the area radially inside the contact area with the cylinder or the contact area, the leakage minimization sleeve is held in contact with the cylinder in this manner. Due to the force difference existing in the axial direction, a spring element for axial prestressing of the leakage minimizing sleeve may possibly be dispensed with altogether.

Vorteilhafterweise ist der Zylinder mehrteilig ausgeführt und umfasst zumindest ein Oberteil und ein Unterteil, die vorzugsweise im Bereich der Ringnut axial aneinander- gesetzt sind. Die mehrteilige Ausführung erleichtert die Herstellung der Ringnut, insbesondere, wenn die Ringnut in nur einem Teil, vorzugsweise im Oberteil, ausgebildet werden muss. Zudem kann die Ringnut als stirnseitig offene Nut ausgebildet werden, die durch das Ansetzen des weiteren Teil, vorzugsweise des Unterteils, in axialer Richtung geschlossen wird. Vor dem Fügen der beiden Teile werden das Federelement und die Leckageminimierungshülse in die Ringnut eingesetzt. Die mehrteilige Ausführung des Zylinders vereinfacht somit auch die Montage des Kolbenverdichters. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Kompressionsraum über ein Einlassventil mit einer Fluidversorgung und/oder über ein Auslassventil mit einer Druckleitung verbindbar ist. Über das Einlassventil gelangt das Arbeitsfluid in den Kompressionsraum, wo es mittels des Kolbenhubs verdichtet wird. Das verdichtete Arbeitsfluid kann anschließend über das Auslassventil und der hieran anschließenden Druckleitung einem Fluidspeicher zugeführt werden, wobei es sich vorzugsweise um einen Hochdruckspeicher für einen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas, handelt, der unter hohem Druck in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Denn aufgrund der verringerten Leckage über den zwischen dem Kolben und dem Zylinder verbleibenden Ringspalt können hohe Drücke im Kompressionsraum erreicht werden, so dass sich der vorgeschlagene Kolbenverdichter insbesondere als LNG-Verdichter für die mobile Anwendung in einem Kraftfahrzeug eignet. Advantageously, the cylinder is designed in several parts and comprises at least one upper part and a lower part, which are preferably placed axially against each other in the region of the annular groove. The multi-part design facilitates the production of the annular groove, in particular, when the annular groove in only one part, preferably in the upper part, must be formed. In addition, the annular groove can be formed as an open-sided groove, which is closed by the attachment of the further part, preferably of the lower part, in the axial direction. Before joining the two parts, the spring element and the leakage minimizing sleeve are inserted into the annular groove. The multi-part design of the cylinder thus simplifies the assembly of the reciprocating compressor. Furthermore, it is proposed that the compression space can be connected via an inlet valve to a fluid supply and / or via an outlet valve to a pressure line. The working fluid enters the compression chamber via the inlet valve, where it is compressed by means of the piston stroke. The compressed working fluid can then be fed via the outlet valve and the subsequent pressure line to a fluid reservoir, which is preferably a high-pressure accumulator for a liquid or gaseous fuel, such as natural gas, which is injected under high pressure into the combustion chamber of an internal combustion engine. Because of the reduced leakage over the remaining between the piston and the cylinder annular gap high pressures in the compression chamber can be achieved, so that the proposed reciprocating compressor is particularly suitable as an LNG compressor for mobile application in a motor vehicle.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, 1 is a schematic sectional view of a piston compressor according to the invention according to a first preferred embodiment,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 im Bereich der im Zylinder ausgebildeten Ringnut, 2 shows an enlarged detail of FIG. 1 in the region of the annular groove formed in the cylinder, FIG.

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2 im Bereich der Abstützung des Federelements an der Leckageminimierungshülse, FIG. 3 is an enlarged detail of FIG. 2 in the region of the support of the spring element on the leakage minimizing sleeve, FIG.

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2 im Bereich der Abstützung der Leckageminimierungshülse am Zylinder, FIG. 4 shows an enlarged detail of FIG. 2 in the region of the support of the leakage minimization sleeve on the cylinder, FIG.

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolbenverdichter gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform (beschränkt auf den Bereich der Ringnut), Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolbenverdichter gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform (beschränkt auf den Bereich der Ringnut) und 5 shows a schematic longitudinal section through a piston compressor according to the invention according to a second preferred embodiment (limited to the region of the annular groove), 6 shows a schematic longitudinal section through an inventive piston compressor according to a third preferred embodiment (limited to the region of the annular groove) and

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolbenverdichter gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform. Fig. 7 is a schematic longitudinal section through a piston compressor according to the invention according to a fourth preferred embodiment.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings

Der in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Kolbenverdichter 1 umfasst einen Zylinder 3 mit einer Bohrung 2, in der ein Kolben 4 hin und her beweglich aufgenommen ist (siehe Pfeil 20). Der Kolben 4 begrenzt innerhalb der Bohrung 2 einen Kompressionsraum 5, der über ein Einlassventil 16 mit einer Fluidversorgung 17 verbindbar bzw. mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist. Nachdem das Arbeitsfluid im Kompressionsraum 5 durch einen Hub des Kolbens 4 verdichtet worden ist, kann es über ein Auslassventil 18 einer Druckleitung 19 zugeführt werden. An die Druckleitung 13 kann ein Fluidspeicher (nicht dargestellt) angeschlossen sein. The piston compressor 1 according to the invention shown in FIG. 1 comprises a cylinder 3 with a bore 2, in which a piston 4 is reciprocally accommodated (see arrow 20). The piston 4 bounded within the bore 2 a compression chamber 5, which is connectable via an inlet valve 16 to a fluid supply 17 or filled with a working medium. After the working fluid has been compressed in the compression chamber 5 by a stroke of the piston 4, it can be fed via an outlet valve 18 to a pressure line 19. To the pressure line 13, a fluid reservoir (not shown) may be connected.

Um die Leckage aus dem Kompressionsraum 5 über einen Ringspalt 24 zu verringern, der zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinder 3 verbleibt, weist der Zylinder 3 auf Höhe des Kolbens 4 innenumfangseitig eine umlaufende Ringnut 6 auf, in der eine Le- ckageminimierungshülse 7 aufgenommen ist. Die Leckageminimierungshülse 7 begrenzt mit dem Zylinder 3 eine ringförmige Druckkammer 8, die mit dem Kompressionsraum 5 hydraulisch verbunden ist, so dass radial außen an der Leckageminimierungshülse 7 der gleiche Druck wie im Kompressionsraum 5 anliegt. Bei einem Druckanstieg im Kompressionsraum 5 steigt auch der Druck radial außen an der Leckageminimierungshülse 7 an, die sich daraufhin zusammenzieht und dichtend an den Kolben 4 legt. In order to reduce the leakage from the compression chamber 5 via an annular gap 24 which remains between the piston 4 and the cylinder 3, the cylinder 3 at the level of the piston 4 on the inner circumference a circumferential annular groove 6, in which a Leckageminimierungshülse 7 is received , The leakage minimization sleeve 7 delimits with the cylinder 3 an annular pressure chamber 8, which is hydraulically connected to the compression space 5, so that radially outward against the leakage minimization sleeve 7 the same pressure as in the compression space 5 is applied. At a pressure increase in the compression chamber 5, the pressure also increases radially on the outside of the leakage minimization sleeve 7, which then contracts and seals against the piston 4.

Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, wird die ringförmige Druckkammer 8 über den Ringspalt 24 mit Arbeitsfluid befüllt (siehe Pfeil 22). Bei einem Kompressionshub des Kolbens 4 steigen der Druck im Kompressionsraum und zugleich der Druck in der Druckkammer 8 an. Aufgrund des Flächenverhältnisses Außenumfangsfläche der Leckageminimierungshülse 7 zur Innenumfangsfläche der Leckageminimierungshül- se 7 und aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Drücken beidseits der Leckagemi- nimierungshülse 7 wird die Leckageminimierungshülse in radialer Richtung (siehe Pfeil 21) und in axialer Richtung (siehe Pfeil 23) zusammengedrückt. Dabei gelangt sie radial innen über einen Kontaktbereich 25 zur dichtenden Anlage an dem Kolben 4 sowie stirnseitig zur dichtenden Anlage an dem Zylinder 3. Die dichtende Anlage am Zylinder 3 verhindert, dass die durch die Leckageminimierungshülse 7 bewirkte Abdichtung umgangen werden kann. 2, the annular pressure chamber 8 is filled via the annular gap 24 with working fluid (see arrow 22). During a compression stroke of the piston 4, the pressure in the compression chamber and at the same time the pressure in the pressure chamber 8 increase. Due to the area ratio outer circumferential surface of the leakage minimizing sleeve 7 to the inner peripheral surface of the leakage minimization sleeve 7 and due to the pressure difference between the pressures on both sides of the leakage minimizing sleeve 7, the leakage minimizing sleeve is compressed in the radial direction (see arrow 21) and in the axial direction (see arrow 23). It passes radially inwardly over a contact region 25 for sealing contact with the piston 4 and the front side for sealing engagement with the cylinder 3. The sealing engagement with the cylinder 3 prevents the leakage caused by the leakage minimization sleeve 7 can be avoided.

Die Dichtwirkung wird vorliegend noch dadurch verstärkt, dass die Leckageminimierungshülse 7 über ein Federelement 9 gegen den Zylinder 3 axial vorgespannt ist. Das Federelement 9 besitzt die Form einer Bundhülse mit einem ersten Bund 11, der am Zylinder 3 abgestützt ist, und einem zweiten Bund 12, der an der Leckageminimierungshülse 7 abgestützt ist. Der zweite Bund 12 ist nach Art eines Federarms ausgeführt und liegt nur über eine ringförmige Kontur 13 an einer Stirnfläche 10 der Leckageminimierungshülse 7 an (siehe Fig. 3). Über den Bund 12 kann somit eine axiale Vorspannkraft aufgebracht werden. Andernends ist die Leckageminimierungshülse 7 über eine Aufstandsfläche 14 am Zylinder 3 abgestützt. Die Aufstandsfläche 14 ist kleiner als die Stirnfläche 10, da an die Aufstandsfläche 14 ein Konus 15 anschließt (siehe Fig. 4). Durch die verringerte Aufstandsfläche 14 kann die Dichtwirkung weiter verbessert werden. Vorliegend weist der Konus 15 eine Breite b auf, die größer als eine Breite a der Aufstandsfläche 14 ist. In the present case, the sealing effect is enhanced by the fact that the leakage minimizing sleeve 7 is axially prestressed against the cylinder 3 via a spring element 9. The spring element 9 has the shape of a collar sleeve with a first collar 11 which is supported on the cylinder 3, and a second collar 12 which is supported on the leakage minimization sleeve 7. The second collar 12 is designed in the manner of a spring arm and rests only on an annular contour 13 on an end face 10 of the Leckageminimierungshülse 7 (see Fig. 3). Over the collar 12 thus an axial biasing force can be applied. At the other end, the leakage minimization sleeve 7 is supported on the cylinder 3 via a footprint 14. The footprint 14 is smaller than the end face 10, since the contact surface 14 is followed by a cone 15 (see FIG. 4). Due to the reduced footprint 14, the sealing effect can be further improved. In the present case, the cone 15 has a width b which is greater than a width a of the contact surface 14.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist das Federelement 9 umfangseitig eine Ausnehmung 26 auf. Die Ausnehmung 26 dient der Schaffung eines Druckausgleich innerhalb der Druckkammer 8. Der erste Bund 11 des Federelements 9 ist zudem zwischen einem Oberteil 3.1 und einem Unterteil 3.2 des Zylinders 3 eingespannt. Die mehrteilige Ausführung des Zylinders 3 erleichtert die Fertigung der Ringnut 6 sowie die Montage der Leckageminimierungshülse 7 und des Federelements 9. As can be seen from FIG. 2, the spring element 9 has a recess 26 on the circumference. The recess 26 serves to create a pressure equalization within the pressure chamber 8. The first collar 11 of the spring element 9 is also clamped between an upper part 3.1 and a lower part 3.2 of the cylinder 3. The multi-part design of the cylinder 3 facilitates the manufacture of the annular groove 6 and the assembly of the leakage minimization sleeve 7 and the spring element. 9

Den Figuren 5 und 6 sind alternative Ausführungsformen eines Federelements 9 für einen erfindungsgemäßen Kolbenverdichter 1 zu entnehmen. In der Fig. 5 ist das Federelement 9 als Schraubendruckfeder ausgeführt. Diese benötigt einen größeren Bauraum als die in der Fig. 6 dargestellte Wellfeder, so dass die Höhe Hi der Ringnut 6 deutlich variieren kann. Die Höhe H2 gibt demgegenüber die Höhe der Leckagemini- mierungshülse 7 an, die kleiner als die Höhe Hi der Ringnut 6 ist. Auf diese Weise ist die erforderliche hydraulische Verbindung der Druckkammer 8 mit dem Kompressionsraum 5 hergestellt. Die Breite Bi der Ringnut 6 ist ebenfalls größer als die Breite B2 der Leckageminimierungshülse 7, so dass die Differenz in der Breite der Breite der Druckkammer 8 zugutekommt. FIGS. 5 and 6 show alternative embodiments of a spring element 9 for a reciprocating compressor 1 according to the invention. In FIG. 5, the spring element 9 is designed as a helical compression spring. This requires a larger space than the corrugated spring shown in FIG. 6, so that the height Hi of the annular groove 6 can vary significantly. The height H2, on the other hand, gives the height of the leakage mini- mierungshülse 7, which is smaller than the height Hi of the annular groove 6. In this way, the required hydraulic connection of the pressure chamber 8 is made with the compression space 5. The width Bi of the annular groove 6 is also greater than the width B2 of the leakage minimization sleeve 7, so that the difference in width of the width of the pressure chamber 8 benefits.

Wie dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 zu entnehmen ist, kann darüber hinaus auf ein Federelement 9 gänzlich verzichtet werden. Denn aufgrund der Flächendifferenz der in axialer Richtung mit Kompressionsraumdruck beaufschlagten Flächen (Stirnfläche 10 einerseits und die Aufstandsfläche 14 ausbildende Stirnflächen andererseits), wirken auf die Leckageminimierungshülse 7 hydraulische Druckkräfte, welche die Hülse 7 in Anlage mit dem Zylinder 3 halten. As can be seen from the embodiment of FIG. 7, moreover, a spring element 9 can be entirely dispensed with. Because due to the difference in area of acted upon in the axial direction with compression space pressure surfaces (end face 10 on the one hand and the footprint 14 forming end faces on the other hand) act on the Leckageminimierungshülse 7 hydraulic pressure forces which hold the sleeve 7 in contact with the cylinder 3.

Claims

Ansprüche claims

1. Kolbenverdichter (1) zum Verdichten eines Arbeitsfluids, insbesondere eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs, umfassend einen in einer Bohrung (2) eines Zylinders (3) hin und her beweglichen Kolben (4), der innerhalb der Bohrung (2) einen mit dem Arbeitsfluid befüllbaren Kompressionsraum (5) begrenzt, Compressor (1) for compressing a working fluid, in particular a liquid or gaseous fuel, comprising a in a bore (2) of a cylinder (3) reciprocally movable piston (4) within the bore (2) one with the Working fluid fillable compression chamber (5) limited

dadurch gekennzeichnet, dass innenumfangseitig im Zylinder (3) eine umlaufende Ringnut (6) ausgebildet ist, in der eine Leckageminimierungshülse (7) aufgenommen ist, die gemeinsam mit dem Zylinder (3) eine ringförmige Druckkammer (8) definiert, die mit dem Kompressionsraum (5) hydraulisch verbunden ist, so dass in der Druckkammer (8) der gleiche Druck wie im Kompressionsraum (5) herrscht und zwischen dem Kolben (4) und der Leckageminimierungshülse (7) über den gesamten Druckbereich hinweg ein Spalt und somit eine gewisse Strömung im Spalt erhalten bleibt. characterized in that inside the cylinder (3) a circumferential annular groove (6) is formed, in which a Leckageminimierungshülse (7) is received, which together with the cylinder (3) defines an annular pressure chamber (8) with the compression space ( 5) is hydraulically connected, so that in the pressure chamber (8) the same pressure as in the compression chamber (5) prevails and between the piston (4) and the Leckageminimierungshülse (7) over the entire pressure range across a gap and thus a certain flow in the Gap is preserved.

2. Kolbenverdichter (1) nach Anspruch 1, 2. piston compressor (1) according to claim 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (6) zumindest abschnittsweise auf Höhe des Kolbens (4) angeordnet ist. characterized in that the annular groove (6) is arranged at least in sections at the level of the piston (4).

3. Kolbenverdichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, 3. piston compressor (1) according to claim 1 or 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (6) eine Höhe (Hi) aufweist, die größer als eine Höhe (H2) der Leckageminimierungshülse (7) ist. characterized in that the annular groove (6) has a height (Hi) which is greater than a height (H2) of the Leckageminimierungshülse (7).

4. Kolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. piston compressor (1) according to one of the preceding claims,

dadurch gekennzeichnet, dass in der Ringnut (6) ein Federelement (9) aufgenommen ist, mittels dessen die Leckageminimierungshülse (7) gegen den Zylinder (3) axial vorgespannt ist. characterized in that in the annular groove (6) a spring element (9) is received, by means of which the Leckageminimierungshülse (7) against the cylinder (3) is axially biased.

5. Kolbenverdichter (1) nach Anspruch 4, 5. piston compressor (1) according to claim 4,

dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (9) an einer Stirnfläche (10) der Leckageminimierungshülse (7) abgestützt ist und vorzugsweise eine Schraubendruckfeder, eine Wellfeder oder eine Tellerfeder ist. characterized in that the spring element (9) on one end face (10) of the Leckageminimierungshülse (7) is supported and is preferably a helical compression spring, a corrugated spring or a plate spring.

6. Kolbenverdichter (1) nach Anspruch 4 oder 5, 6. piston compressor (1) according to claim 4 or 5,

dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (9) als doppelte Bundhülse ausgebildet ist und einen nach radial außen ragenden ersten Bund (11) zur axialen Abstützung am Zylinder (3) und einen nach radial innen ragenden zweiten Bund (12) zur axialen Abstützung an der Leckageminimierungshülse (7) aufweist, wobei vorzugsweise der zweite Bund (12) nach Art eines Federarms ausgebildet ist und nur über eine ringförmige Kontur (13) an der Stirnfläche (10) der Leckageminimierungshülse (7) anliegt. characterized in that the spring element (9) is designed as a double collar sleeve and a radially outwardly projecting first collar (11) for axial support on the cylinder (3) and a radially inwardly projecting second collar (12) for axial support on the Leckageminimierungshülse (7), wherein preferably the second collar (12) is designed in the manner of a spring arm and rests only on an annular contour (13) on the end face (10) of the Leckageminimierungshülse (7).

7. Kolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. reciprocating compressor (1) according to one of the preceding claims,

dadurch gekennzeichnet, dass die Leckageminimierungshülse (7) zur Abstützung am Zylinder (3) eine stirnseitig angeordnete, im Wesentlichen eben ausgeführte ringförmige Aufstandsfläche (14) aufweist, an die radial innen ein Konus (15) anschließt, wobei vorzugsweise der Konus in radialer Richtung eine Breite (b) aufweist die größer als eine Breite (a) der Aufstandsfläche (14) ist. characterized in that the Leckageminimierungshülse (7) for supporting the cylinder (3) has a frontally arranged, substantially flat executed annular footprint (14), to the radially inwardly a cone (15) connects, wherein preferably the cone in the radial direction a Width (b) which is greater than a width (a) of the footprint (14).

8. Kolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. piston compressor (1) according to one of the preceding claims,

dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) mehrteilig ausgeführt ist und zumindest ein Oberteil (3.1) und ein Unterteil (3.2) umfasst, die vorzugsweise im Bereich der Ringnut (6) axial aneinandergesetzt sind. characterized in that the cylinder (3) is designed in several parts and at least one upper part (3.1) and a lower part (3.2), which are preferably in the region of the annular groove (6) axially juxtaposed.

9. Kolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. reciprocating compressor (1) according to one of the preceding claims,

dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsraum (5) über ein Einlassventil (16) mit einer Fluidversorgung (17) und/oder über ein Auslassventil (18) mit einer Druckleitung (19) verbindbar ist. characterized in that the compression space (5) via an inlet valve (16) with a fluid supply (17) and / or via an outlet valve (18) with a pressure line (19) is connectable.