DE102005058535A1

DE102005058535A1 - compressor unit

Info

Publication number: DE102005058535A1
Application number: DE200510058535
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Dr. Menz
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-14
Also published as: WO2007065759A1

Abstract

Kompressoreinheit, welche aus einem Motor und einem Hubkolbenverdichter, sowie einer zwischen Motor und Kolbenverdichter angeordneten Getriebeeinheit besteht, wobei innerhalb des Antriebsstranges der Kompressoreinheit ein Freilauf angeordnet ist.Compressor unit, which consists of a motor and a reciprocating compressor, as well as a gear unit arranged between the motor and the piston compressor, a freewheel being arranged within the drive train of the compressor unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompressoreinheit, insbesondere zur Luftverdichtung innerhalb tragbarer/transportabler Geräte, welche aus einem Motor und einem Hubkolbenverdichter, sowie einer zwischen Motor und Kolbenverdichter angeordneten Getriebeeinheit besteht, wobei die Getriebeeinheit im Wesentlichen aus einer Zahnradstufe und einem Schubkurbeltrieb besteht, der ein Kurbelrad und eine mit Kurbelrad und einem Kolben verbundenen Pleuelstange aufweist.The The invention relates to a compressor unit, in particular for air compression within portable / portable devices, which consists of a motor and a reciprocating compressor, and one between the engine and reciprocating compressor arranged gear unit, wherein the transmission unit essentially a gear stage and a slider crank drive which consists of a crank wheel and one with a crank wheel and a piston having connected connecting rod.

Bei solchen Kolbenverdichtern, insbesondere bei sehr einfachen und in großen Stückzahlen hergestellten Kolbenverdichtern wie etwa Kleinkompressoren zum Befüllen von Reifen, ist es wünschenswert, eine hohe Kompressorleistung und Lebensdauer bei wirtschaftlichem Materialeinsatz zu erreichen, also im Wesentlichen einen hohen Wirkungsgrad, nämlich eine möglichst hohe Pumpleistung mit einem möglichst kleinen Motor.at Such reciprocating compressors, especially in very simple and in huge numbers produced piston compressors such as small compressors for filling Tires, it is desirable a high compressor performance and lifetime at economic Material use to achieve, so essentially a high efficiency, namely a preferably high pumping power with one possible small engine.

Ein ähnlich gelagertes Problem liegt dem Vakuummotor zugrunde, wie er durch die DE 196 41 581 A1 offenbart ist. Hier ist allerdings die Wirkungsweise umgekehrt, indem mehrere mit Vakuum beaufschlagte Kolbenmaschinen als Antrieb vorgesehenen sind, die über Kegelräder und eine Schwungscheibe einen Generator zur Stromerzeugung betreiben. Auch wenn hier im Dunkeln bleibt, wie das Vakuum erzeugt wird und wie insgesamt eine Energiebilanz oder ein tatsächlicher Wirkungsgrad aussehen könnte, so ist hier doch bereits eine richtungsabhängige Drehmomentübertragung durch einen Freilauf offenbart, welcher tendenziell einen Wirkungsgrad verbessern könnte. Der hier offenbarte Freilauf dient jedoch lediglich dazu, die systembedingte Umkehr in der Bewegungsrichtung der Kolbenmaschinen nicht auf die nachfolgenden Getriebeeinheiten weiterzuleiten.A similarly stored problem is based on the vacuum motor, as he through the DE 196 41 581 A1 is disclosed. Here, however, the operation is reversed by several acted upon with vacuum piston machines are provided as a drive that operate a bevel gear and a flywheel generator for power generation. Even if it remains in the dark, how the vacuum is generated and how overall an energy balance or an actual efficiency could look like, here already a direction-dependent torque transmission is disclosed by a freewheel, which could tend to improve efficiency. However, the freewheel disclosed here only serves to not forward the system-related reversal in the direction of movement of the reciprocating engines to the subsequent transmission units.

Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, die Bauarten von Kompressoren und damit deren Wirkungsgrad so zu verbessern, dass mit möglichst kleiner Antriebsleistung und leicht bauendem Getriebe eine möglichst große Kompressorleistung über eine hohe Lebensdauer erreichbar ist.For the invention So it was the task, the types of compressors and thus to improve their efficiency so that with the lowest possible drive power and easy to build gear as large a compressor power over a long life is reached.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.Is solved this task by the features of the main claim. advantageous Further developments are contained in the subclaims.

Die Kompressoreinheit umfasst dazu einen Freilauf innerhalb ihres Antriebstranges, der so ausgebildet ist, dass kein Bremsmoment des Motors erzeugt wird. Durch eine solche Anordnung wird verhindert, dass die bei einem vollständigen Kompressionstakt noch im System steckende Energie in Form von komprimierter Luft über die Getriebeeinheit in Bremsarbeit des Motors rückgeführt wird und als generatorische Rückspeisung in die Stromversorgung gelangt oder aber als Reibungswärme über Getriebe oder Motor in die Umwelt abgeführt wird. Diese Mengen an Verlustenergie, wie sie bei einer Kompressoreinheit nach dem Stand der Technik noch existieren, müssen mit der erfindungsgemäßen Ausführung nicht beim nächsten Kompressionstakt wieder neu in das System eingebracht werden. Der Wirkungsgrad erhöht sich damit beträchtlich.The Compressor unit includes for this purpose a freewheel within its drive train, which is designed so that generates no braking torque of the engine becomes. Such an arrangement prevents the at a complete one Compression stroke energy still stuck in the system in the form of compressed Air over the gear unit is returned in braking work of the engine and as a generator recovery gets into the power supply or as a frictional heat via gear or Engine dissipated in the environment becomes. These amounts of energy loss, as in a compressor unit still exist according to the prior art need not with the inventive design at the next Compression clock again be introduced into the system. Of the Increased efficiency considerably.

Vorteilhafterweise ist der Freilauf innerhalb der Getriebeeinheit des Kompressors angeordnet. Innerhalb der Getriebeeinheit kann dieser Freilauf nämlich besonders einfach und mit bekannten Bauteilen realisiert werden, etwa in Form einer richtungsgeschalteten Kupplung, wie z.B. einer Freilauf- oder Überholkupplung.advantageously, the freewheel is disposed within the transmission unit of the compressor. Within the transmission unit, this freewheel namely particularly simple and be realized with known components, such as in the form of a directional connected Coupling, e.g. a freewheel or overrunning clutch.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Freilauf in der Zahnradstufe angeordnet ist und das vom Motor erzeugte Drehmoment nur in einer Drehrichtung überträgt. Innerhalb drehender und kraftübertragender Teile, wie etwa Wellen oder Zahnräder, lässt sich ein Freilauf besonders einfach integrieren, etwa in Form eines Klemmklotz- oder Klemmrollenfreilaufes, oder in Form einer Federband-Freilaufkupplung.A Another advantageous embodiment is that the freewheel is arranged in the gear stage and the torque generated by the engine transmits only in one direction of rotation. Within rotating and power transmitting Parts, such as shafts or gears, can be a freewheel especially easy to integrate, for example in the form of a clamp block or clamping roller freewheel, or in the form of a spring band overrunning clutch.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Kurbelrad oder einzelne Zahnräder der Zahnradstufe mit Schwungmassen versehen sind. Hierdurch lässt sich die bei einem vollständigen Kompressionstakt noch im System steckende Energie in Form von komprimierter Luft auf einfache Weise in kinetische Energie umwandeln und im System speichern.A Another advantageous embodiment is that the crank wheel or individual gears of the Gear stage are provided with flywheel masses. This is possible the at a complete compression stroke energy still stuck in the system in the form of compressed air easily convert it into kinetic energy and store it in the system.

Eine weitere vorteilhafte und sehr elegante Ausbildung besteht darin, dass der Freilauf durch eine Schaltung innerhalb einer elektronischen Motorsteuerung erzeugt wird. Hierbei wird der Motor bei einer Richtungsumkehr der Drehmomente so in den „elektronischen Freilauf" geschaltet, dass kein Bremsmoment entstehen kann und der Motorläufer ggf. selbst als Schwungmasse zur Verfügung steht. Eine solche Ausbildung lässt sich besonders leicht bei einem „bürstenlosen" Motor realisieren, bei dem die Umschaltung des elektrischen Feldes nicht mehr durch einen althergebrachten Kommutator, sondern durch eine Steuerungselektronik erfolgt.A further advantageous and very elegant training is that the freewheel through a circuit within an electronic Motor control is generated. Here, the engine is at a reversal the torques so in the "electronic Freewheel ", that no braking torque can occur and the motor rotor, if necessary even as a flywheel available stands. Such education leaves Especially easy to realize in a "brushless" motor, in which the switching of the electric field no longer by a traditional one Commutator, but by a control electronics.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung besteht darin, dass eine solche Kompressoreinheit zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände genutzt wird, insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen, wobei die Kompressoreinheit über eine Einlassleitung und eine Auslassleitung aufweisende Ventil- und Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas sowohl mit einem Behälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel verbunden ist, als auch mit einem über Verbindungsmittel zwischen Ventil- und Verteilereinheit anschließbaren und aufblasbarem GegenstandA particularly advantageous application is that such a compressor unit is used for sealing and inflating inflatable objects, in particular for sealing and inflation of motor vehicle tires, wherein the compressor unit via a inlet line and an outlet line having valve and distributor unit for sealant and compressed gas both with a Behäl ter is connected for a fillable in the inflatable article automatic sealing means, as well as with a connection means between the valve and distributor unit connectable and inflatable object

Die erfindungsgemäße Kompressoreinheit ist natürlich auch für eine große Anzahl anderer Anwendungsfälle bestens geeignet, also auch für nicht tragbare und in Fahrzeugen fest eingebaute Kompressoren, wie sie beispielsweise eingesetzt werden als Druckquellen für Luftfedersysteme bzw. Niveauregelanlagen oder auch für Reifendruckregelanlagen in Kraftfahrzeugen. In solchen Bereichen sind dann Kompressoren eingesetzt, die einen Druck von 30 bar und mehr erzeugen.The Compressor unit according to the invention Naturally also for a big Number of other use cases ideally suited, therefore also for not portable and built-in vehicles compressors, such as They are used, for example, as pressure sources for air spring systems or level control systems or for tire pressure regulating systems in Motor vehicles. In such areas compressors are then used, which produce a pressure of 30 bar and more.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher gekennzeichnet werden. Es zeigen:Based an embodiment the invention should be closer be marked. Show it:

1 eine Prinzipskizze einer Kompressoreinheit mit Freilauf 1 a schematic diagram of a compressor unit with freewheel

2 den Drehmomentenverlauf einer Kompressoreinheit gemäß 1 2 the torque curve of a compressor unit according to 1

Die 1 zeigt als Prinzipskizze eine Kompressoreinheit 1, welche einen Kolbenverdichter 2 aufweist sowie eine Getriebeeinheit 3. Die Getriebeeinheit 3 umfasst abtriebsseitig einen Schubkurbeltrieb 4, nämlich bestehend aus einem Kurbelrad 5 und einer angelenkten Pleuelstange 6 als Koppelglied zum Kolben bzw. Schubglied 7.The 1 shows a schematic diagram of a compressor unit 1 , which is a reciprocating compressor 2 has and a transmission unit 3 , The gear unit 3 includes a push-crank drive on the output side 4 consisting of a crank wheel 5 and a hinged connecting rod 6 as a coupling member to the piston or push member 7 ,

Zwischen dem als Antrieb eingesetzten Elektromotor 8 und dem Schubkurbeltrieb 4 sind in Kraftflußrichtung zunächst eine Zahnradstufe 9 zur Untersetzung der Motordrehzahl und schließlich der Klemmrollen-Freilauf 10 angeordnet, welcher die Übertragung eines Drehmomentes vom Motor auf das Kurbelrad nur in eine Richtung, nämlich in Drehrichtung ω zulässt.Between the electric motor used as drive 8th and the slider crank drive 4 are in Kraftflußrichtung first a gear stage 9 for the reduction of the engine speed and finally the pinch roller freewheel 10 arranged, which allows the transmission of torque from the engine to the crank only in one direction, namely in the direction of rotation ω.

2 zeigt den Drehmomentenverlauf 11 einer Kompressoreinheit gemäß 1 für eine tragbare Vorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen von Fahrzeugreifen über dem Kurbelwinkel Φ. 2 shows the torque curve 11 a compressor unit according to 1 for a portable device for sealing and inflating vehicle tires above the crank angle Φ.

Der Kurbelwinkel Φ von 180° bis 360° kennzeichnet dabei den Kompressionshub und stellt den Bereich dar, in dem sich der Kolben vom oberen Totpunkt (OT, Φ = 180°) in den unteren Totpunkt (UT, Φ = 360°) bewegt, in dem also die Luftsäule im Zylinder komprimiert wird.Of the Crank angle Φ of 180 ° to 360 ° doing the compression stroke and represents the area in which the piston moves from top dead center (TDC, Φ = 180 °) to bottom dead center (TDC, Φ = 360 °), in which, then, the column of air is compressed in the cylinder.

Vom Antriebsmotor 8 ausgehend muss die entsprechende Arbeit über die Zahnradstufe 9 in den Schubkurbeltrieb 4 eingeleitet werden, um die Luft zu komprimieren.From the drive motor 8th starting from the corresponding work on the gear stage 9 in the thrust crank drive 4 be introduced to compress the air.

Der Kurbelwinkel Φ von 0° bis 180° stellt dabei den Leerhub dar, bei welchem der Kolben des Verdichters vom unteren Totpunkt UT wieder in den oberen Totpunkt OT fährt, also den Bereich, in dem die Luftsäule im Zylinder entspannt wird. In diesem Winkelbereich muß der Motor 8 keine Antriebsarbeit leisten. Das negative Moment wird aufgrund der komprimierten Restluft im Kolben über die Pleuelstange auf das Kurbelrad ausgeübt.The crank angle Φ from 0 ° to 180 ° represents the idle stroke, in which the piston of the compressor from the bottom dead center UT again moves to the top dead center OT, ie the area in which the air column is expanded in the cylinder. In this angular range of the engine 8th do no drive work. The negative moment is exerted on the crank wheel due to the compressed residual air in the piston via the connecting rod.

Aufgrund des Freilaufs 10 kann das Antriebs-Drehmoment vom Motor auf das Kurbelrad nur in eine Richtung, nämlich in Kurbel-Drehrichtung ω übertragen werden, wobei der Freilauf eine Drehung des Kurbelrades 5 entgegen der Drehrichtung verhindert. Das Kurbelrad 5 kann aber in Drehrichtung ω schneller drehen als es der Motor 8 antreibt. Dies führt dazu, dass nach Verlassen des unteren Totpunktes die verbleibende Restkompression im Zylinder zu einer schnellen Aufwärtsbewegung des Kolbens 7 führt und damit zu einer schnellen Drehung des Kurbelrades 5 ohne Erzeugung eines Bremsmomentes im Motor 8.Due to the freewheel 10 For example, the drive torque from the engine to the crank wheel can only be transmitted in one direction, namely in the crank rotational direction ω, wherein the freewheel is a rotation of the crank wheel 5 prevented against the direction of rotation. The crank wheel 5 but can rotate faster in the direction of rotation ω than the motor 8th drives. This results in that after leaving the bottom dead center, the remaining residual compression in the cylinder to a rapid upward movement of the piston 7 leads and thus to a fast rotation of the crank wheel 5 without generating a braking torque in the engine 8th ,

Der Freilauf 10 kann natürlich auch zwischen dem Antriebsmotor 8 und der VorgelegeZahnradstufe 9 angeordnet sein. Das ist dann vorteilhaft, wenn die Masse der Zahnräder der Zahnradstufe 9 auch noch als Schwungmasse dienen sollen.The freewheel 10 can of course also between the drive motor 8th and the counter gear stage 9 be arranged. That is advantageous if the mass of the gears of the gear stage 9 should also serve as a flywheel.

Eine merkliche „Restkompression" entsteht natürlich überhaupt erst gegen Ende Füllvorganges, insbesondere in dem Extremfall, dass der maximale vom Kompressor erzeugbare Druck von 10 bar schon in einem hier nicht näher dargestellten Reifen erreicht ist und der Kompressor weiter gegen den gefüllten Reifen anpumpt. Bereits weit vorher würde jedoch ohne den erfindungsgemäßen Freilauf aufgrund einer langsam und mit zunehmendem Fortschreiten eines Füllvorganges größer werdenden Restkompression der Wirkungsgrad verschlechtert.A noticeable "residual compression" arises naturally at all only towards the end of the filling process, in particular in the extreme case, that is the maximum pressure that can be generated by the compressor of 10 bar already reached in a tire not shown here and the compressor continues to pump against the filled tire. Already far in advance but without the freewheel according to the invention due to a slow and progressive progression of a filling process getting bigger Residual compression of the efficiency deteriorates.

11: Kompressoreinheitcompressor unit
22: Kolbenverdichterpiston compressor
33: Getriebeeinheitgear unit
44: SchubkurbeltriebSlider crank mechanism
55: Kurbelradcrank
66: Pleuelstangeconnecting rod
77: Schubgliedpusher member
88th: Elektromotorelectric motor
99: Zahnradstufegear stage
1010: Freilauffreewheel
1111: Drehmomentenverlauftorque curve

Claims

Compressor unit, in particular for air compression within portable / portable devices, which consists of an engine and a reciprocating compressor, as well as a arranged between the engine and piston compressor transmission unit, wherein the transmission unit consists essentially of a gear stage and a crank mechanism having a crank wheel and a connected to crank and a piston connecting rod, characterized in that within the drive train of the compressor unit a freewheel ( 10 ) is arranged so that no braking torque of the engine ( 8th ) is produced.

Compressor unit according to claim 1, characterized in that the freewheel within the gear unit ( 3 ) of the compressor is arranged.

Compressor unit according to claim 1 or 2, characterized in that the freewheel in the gear stage ( 9 ) and that of the engine ( 8th ) transmits torque generated only in one direction of rotation.

Compressor unit according to claim 3, characterized in that the crank wheel ( 5 ) or individual gears of the gear stage ( 9 ) are provided with flywheel masses.

Compressor unit according to claim 1, characterized in that that the freewheel through a circuit within an electronic Motor control is generated.

Compressor unit according to claims 1 to 5 for sealing and inflating inflatable objects, in particular for sealing and inflating motor vehicle tires, characterized in that the compressor unit over an inlet line and an outlet line having valve and distribution unit for Sealant and compressed gas both with a container for a in the inflatable object einfüllbares automatic Sealant is connected, as well as with a connection means between Valve and distributor unit connectable and inflatable object.