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DE102016201208B4 - Piston compressor with ventilation device - Google Patents

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DE102016201208B4
DE102016201208B4 DE102016201208.8A DE102016201208A DE102016201208B4 DE 102016201208 B4 DE102016201208 B4 DE 102016201208B4 DE 102016201208 A DE102016201208 A DE 102016201208A DE 102016201208 B4 DE102016201208 B4 DE 102016201208B4
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valve
pressure
inlet
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Gilles Hebrard
Wolfgang Kiener
Jean-Baptiste Marescot
Jörg Mellar
Michel Saintive
Thomas Weinhold
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Abstract

Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, der optional mittels einer Kupplung (3) von einer Antriebseinrichtung trennbar ist, mit einem Einlassventil (21), welches zwischen einer Einlassleitung (22) für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum (17) des Kolbenkompressors (10) angeordnet ist und einem Auslassventil (26), welches zwischen dem Verdichtungsraum (17) des Kolbenkompressors (10) und einer Auslassleitung (27) für verdichtetes Gas angeordnet ist, wobei der Kolbenkompressor (10) eine Entlüftungseinrichtung (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 39) aufweist, durch welche verdichtetes Gas, das während der Trennung des Kolbenkompressors (10) von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung (27) zurück in den Verdichtungsraum (17) gelangt, aus dem Verdichtungsraum (17) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dassdas Einlassventil (21) die Entlüftungseinrichtung bildet, wobei das Einlassventil (21) so ausgebildet ist, dass damit eine Verbindung zwischen der Einlassleitung (22) und dem Verdichtungsraum (17) erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum (17) verschließbar ist, wobei der vorbestimmte Druck wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar höher ist als der Druck in der Einlassleitung (22).Piston compressor for compressing a gas, which can optionally be separated from a drive device by means of a clutch (3), with an inlet valve (21) which is arranged between an inlet line (22) for gas to be compressed and a compression chamber (17) of the piston compressor (10). is and an outlet valve (26), which is arranged between the compression chamber (17) of the piston compressor (10) and an outlet line (27) for compressed gas, the piston compressor (10) having a ventilation device (31, 32, 33, 34, 35 , 36, 37, 39), through which compressed gas, which passes from the outlet line (27) back into the compression chamber (17) during the separation of the piston compressor (10) from the drive device, can be removed from the compression chamber (17), characterized in that the inlet valve (21) forms the ventilation device, the inlet valve (21) being designed in such a way that a connection between the inlet line (22) and the compression chamber (17) can only be closed from a predetermined pressure in the compression chamber (17). , wherein the predetermined pressure is at least 0.1 bar, preferably at least 0.2 bar and in particular at least 0.5 bar higher than the pressure in the inlet line (22).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, der optional mittels einer Kupplung von einer Antriebseinrichtung trennbar ist, mit einem Einlassventil, welches zwischen einer Einlassleitung für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors angeordnet ist und einem Auslassventil, welches zwischen dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors und einer Auslassleitung für verdichtetes Gas angeordnet ist.The invention relates to a piston compressor for compressing a gas, which can optionally be separated from a drive device by means of a clutch, with an inlet valve, which is arranged between an inlet line for gas to be compressed and a compression chamber of the piston compressor, and an outlet valve, which is between the compression chamber of the piston compressor and an outlet line for compressed gas.

Derartige Kompressoren werden beispielsweise für die Druckluftversorgung von Nutzfahrzeugen, insbesondere für die Druckluftversorgung des Bremssystems eingesetzt. Dabei erfolgt der Antrieb des Kompressors über den Antriebsstrang des Verbrennungsmotors. Es sind Anwendungen bekannt, bei welchen zwischen dem Kompressor und der Antriebsverbindung eine Kupplung angeordnet ist, um den Kompressor vom Antrieb zu trennen, wenn das Druckluftsystem des Nutzfahrzeugs mit Druckluft gefüllt ist. Bei bekannten Ausführungsformen wird gleichzeitig mit dem Öffnen der Kupplung die Auslassleitung des Kompressors entleert. Bei der Wiederinbetriebnahme des Kompressors muss erst der Druck in der dann druckfreien Auslassleitung wieder aufgebaut werden, bevor Druckluft in das Druckluftsystem geliefert werden kann. Zur Vermeidung solcher Effizienzverluste sind auch Lösungen bekannt, bei welchen die Auslassleitung nicht druckfrei geschaltet wird, während der Kolbenkompressor nicht angetrieben wird.Such compressors are used, for example, for supplying compressed air to commercial vehicles, in particular for supplying compressed air to the brake system. The compressor is driven via the drive train of the combustion engine. Applications are known in which a clutch is arranged between the compressor and the drive connection in order to separate the compressor from the drive when the compressed air system of the commercial vehicle is filled with compressed air. In known embodiments, the outlet line of the compressor is emptied at the same time as the clutch is opened. When the compressor is put back into operation, the pressure in the then pressure-free outlet line must first be built up again before compressed air can be delivered into the compressed air system. To avoid such efficiency losses, solutions are also known in which the outlet line is not depressurized while the piston compressor is not driven.

Bei Kolbenkompressoren der genannten Art besteht die Gefahr, dass ein Auslassventil durch Verunreinigen wie Beläge durch Schmierölrückstände oder insbesondere von solchen gelöste Partikel undicht wird. Dabei weisen die Auslassventile häufig eine Ventilzunge auf, zwischen die und deren Ventilsitz solche Verunreinigungen gelangen können und dort das vollständige Schließen des Ventils verhindern. Im Fall einer beispielsweise hieraus resultierenden Undichtigkeit eines Auslassventils in Verbindung mit einer unter Druck stehenden Auslassleitung während der Trennung des Kompressors vom Antrieb kann Druckluft zurück in den Verdichtungsraum des Kompressors gelangen. Der Druck im Verdichtungsraum eines Kolbenkompressors in einem 12,5 bar-System kann dann auf bis zu 6 bar ansteigen. Bei der Wiederinbetriebnahme des Kolbenkompressors mit einem derart hohen Druck im Verdichtungsraum resultiert beim ersten Verdichtungshub des Kolbens eine Verdichtung des Gases im Verdichtungsraum auf etwa 60 bar. Das hierbei auftretende Drehmoment ist bei weitem zu hoch für die Kupplung, welche in diesem Fall durchrutscht, überhitzt und unzulässig stark verschleißt. Zudem kann ein solch hoher Druck im Verdichtungsraum auch zu einer Beschädigung des Kompressors selbst führen.With piston compressors of the type mentioned, there is a risk that an outlet valve will leak due to contamination such as deposits from lubricating oil residues or, in particular, particles detached from them. The exhaust valves often have a valve tongue between which and the valve seat such contaminants can get and prevent the valve from closing completely. In the event of, for example, a resulting leak in an outlet valve in conjunction with a pressurized outlet line during the separation of the compressor from the drive, compressed air can get back into the compression chamber of the compressor. The pressure in the compression chamber of a piston compressor in a 12.5 bar system can then rise to up to 6 bar. When the piston compressor is restarted with such a high pressure in the compression chamber, the first compression stroke of the piston results in the gas in the compression chamber being compressed to approximately 60 bar. The resulting torque is far too high for the clutch, which in this case slips, overheats and suffers excessive wear. In addition, such high pressure in the compression chamber can also lead to damage to the compressor itself.

DE 43 21 013 A1 offenbart einen Kolbenkompressor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein weiterer Kolbenkompressor ist aus der DE 39 09 531 A1 bekannt. DE 43 21 013 A1 discloses a piston compressor according to the preamble of claim 1. Another piston compressor is from the DE 39 09 531 A1 known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kolbenkompressor zur Verfügung zu stellen, welcher die vorgenannten Nachteile und die hieraus entstehenden unerwünschten Wirkungen vermeidet.The invention is therefore based on the object of providing an improved piston compressor which avoids the aforementioned disadvantages and the resulting undesirable effects.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kolbenkompressor gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Weiterbildungen des Kolbenkompressors sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.To solve this problem, a piston compressor according to claim 1 is proposed. Further developments of the piston compressor are the subject of the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases vorgeschlagen, der optional mittels einer Kupplung von einer Antriebseinrichtung trennbar ist, mit einem Einlassventil, welches zwischen einer Einlassleitung für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors angeordnet ist und einem Auslassventil, welches zwischen dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors und einer Auslassleitung für verdichtetes Gas angeordnet ist. Der Kolbenkompressor weist eine Entlüftungseinrichtung auf, durch welche verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist, das während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt. Das Einlassventil bildet dabei die Entlüftungseinrichtung, wobei das Einlassventil so ausgebildet ist, dass damit eine Verbindung zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, wobei der vorbestimmte Druck wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar höher ist als der Druck in der Einlassleitung.To solve the problem, a piston compressor for compressing a gas is proposed, which can optionally be separated from a drive device by means of a clutch, with an inlet valve which is arranged between an inlet line for gas to be compressed and a compression chamber of the piston compressor and an outlet valve which is between the Compression chamber of the piston compressor and an outlet line for compressed gas is arranged. The piston compressor has a venting device through which compressed gas can be removed from the compression chamber, which returns from the outlet line into the compression chamber during the separation of the piston compressor from the drive device. The inlet valve forms the venting device, the inlet valve being designed in such a way that a connection between the inlet line and the compression chamber can only be closed from a predetermined pressure in the compression chamber, the predetermined pressure being at least 0.1 bar, preferably at least 0.2 bar and in particular is at least 0.5 bar higher than the pressure in the inlet line.

Ein solcher Kolbenkompressor weist eine Einlassleitung auf, die insbesondere Teil eines Einlasssystems ist und durch welche ein zu verdichtendes Gas zu einem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors geführt wird. Zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum ist dabei ein Einlassventil angeordnet, welches während dem Ansaugen von zu verdichtendem Gas in den Verdichtungsraum (der Druck im Verdichtungsraum ist geringer als der Druck in der Einlassleitung) geöffnet ist. Während der Verdichtung des Gases im Verdichtungsraum (der Druck im Verdichtungsraum ist höher als der Druck in der Einlassleitung) schließt das Einlassventil den Verdichtungsraum gegenüber der Einlassleitung ab.Such a piston compressor has an inlet line, which is in particular part of an inlet system and through which a gas to be compressed is led to a compression chamber of the piston compressor. An inlet valve is arranged between the inlet line and the compression chamber, which is opened during the suction of gas to be compressed into the compression chamber (the pressure in the compression chamber is lower than the pressure in the inlet line). During the compression of the gas in the compression chamber (the pressure in the compression chamber is higher than the pressure in the inlet line), the inlet valve closes the compression chamber from the inlet line.

Zwischen dem Verdichtungsraum und der Auslassleitung ist ein Auslassventil angeordnet, welches beim Ausstoßen des verdichteten Gases aus dem Verdichtungsraum geöffnet ist (der Druck im Verdichtungsraum ist höher als der Druck in der Auslassleitung) und so eine Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum und der Auslassleitung definiert. Das Auslassventil schließt während dem Ansaugen von zu verdichtendem Gas in den Verdichtungsraum die Verbindung zwischen Verdichtungsraum und Auslassleitung ab (der Druck im Verdichtungsraum ist geringer als der Druck in der Auslassleitung), um ein Rückströmen von verdichtetem Gas aus der Auslassleitung in den Verdichtungsraum zu verhindern.An outlet valve is arranged between the compression chamber and the outlet line, which is opened when the compressed gas is ejected from the compression chamber (the pressure in the compression chamber is higher than the pressure in the outlet line) and thus defines a connection between the compression chamber and the outlet line. During the suction of gas to be compressed into the compression chamber, the outlet valve closes the connection between the compression chamber and the outlet line (the pressure in the compression chamber is lower than the pressure in the outlet line) in order to prevent compressed gas from flowing back from the outlet line into the compression chamber.

Sowohl für Einlass- als auch für Auslassventile von Kolbenkompressoren werden häufig Ventile mit einem Schließkörper eingesetzt, der abhängig von der Druckdifferenz auf beiden Seiten des Ventils auf den Ventilsitz gedrückt wird und dadurch schließt oder vom Ventilsitz abgehoben wird, wodurch das Ventil öffnet. Eine übliche Bauart solcher Ventile weist eine als Schließkörper dienende Ventilzunge auf.For both inlet and outlet valves of piston compressors, valves with a closing body are often used, which, depending on the pressure difference on both sides of the valve, is pressed onto the valve seat and thereby closes or is lifted from the valve seat, thereby opening the valve. A common design of such valves has a valve tongue that serves as a closing body.

Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor weist eine Entlüftungseinrichtung auf, durch welche verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist, um den Druck darin zu senken. Dabei ist insbesondere verdichtetes Gas abführbar, welches während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung insbesondere durch ein nicht vollständig schließendes Auslassventil aus der unter Druck stehenden Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt und dort eine Druckerhöhung verursacht.The piston compressor according to the invention has a venting device through which compressed gas can be removed from the compression chamber in order to reduce the pressure therein. In particular, compressed gas can be removed, which, during a separation of the piston compressor from the drive device, returns from the pressurized outlet line back into the compression chamber, in particular through an outlet valve that does not close completely, and causes an increase in pressure there.

Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors ist das verdichtete Gas mittels der Entlüftungseinrichtung aus dem Verdichtungsraum in einen Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck abführbar. Damit kann das verdichtete Gas in einen Bereich entweichen, der einen gegenüber dem Verdichtungsraum, in welchen verdichtetes Gas aus der Auslassleitung eingedrungen ist, einen geringeren Druck aufweist. Infolge des Abführens des verdichteten Gases sinkt der Druck im Verdichtungsraum.In one embodiment of the piston compressor, the compressed gas can be removed from the compression chamber into an area with lower pressure, in particular ambient pressure, by means of the venting device. This allows the compressed gas to escape into an area that has a lower pressure than the compression space into which compressed gas has penetrated from the outlet line. As the compressed gas is removed, the pressure in the compression chamber drops.

Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors wird der Bereich mit dem Umgebungsdruck von der Umgebung selbst, einem mit dem Einlasssystem bzw. der Einlassleitung verbundenen Gasraum oder dem Inneren des Kurbelgehäuses des Kolbenkompressors gebildet. Ein Bereich mit Umgebungsdruck im Einlasssystem kann beispielsweise die Einlassleitung oder ein mit dieser verbundener Gasraum sein, der beispielsweise im Zylinderkopf des Kolbenkompressors ausgebildet ist und damit auch einen Teil der Einlassleitung darstellt. Bei einer Ausführungsform, bei welcher der Bereich mit dem Umgebungsdruck vom Innenraum des Kurbelgehäuses des Kolbenkompressors gebildet ist, wird das durch die Entlüftungseinrichtung aus dem Verdichtungsraum des Kolbenkompressors strömende Gas in das Kurbelgehäuse geführt, wo insbesondere zunächst ein Druckausgleich im Kurbelgehäuse und sodann über dessen Entlüftungssystem mit der Umgebung stattfindet.In one embodiment of the piston compressor, the area with the ambient pressure is formed by the environment itself, a gas space connected to the inlet system or the inlet line, or the interior of the crankcase of the piston compressor. An area with ambient pressure in the inlet system can be, for example, the inlet line or a gas space connected to it, which is formed, for example, in the cylinder head of the piston compressor and thus also represents part of the inlet line. In one embodiment, in which the area with the ambient pressure is formed by the interior of the crankcase of the piston compressor, the gas flowing through the ventilation device from the compression chamber of the piston compressor is guided into the crankcase, where in particular pressure equalization is first carried out in the crankcase and then via its ventilation system the surrounding area takes place.

Dabei können sowohl in einem mit dem Einlasssystem verbundenen Gasraum als auch im Kurbelgehäuse des Kolbenkompressors Druckschwankungen auftreten: im Einlasssystem insbesondere abhängig von der Frischgasansaugung - beispielsweise wenn das Einlasssystem in Verbindung mit dem Einlasssystem eines entsprechend groß dimensionierten Verbrennungsmotors steht - oder aufgrund insbesondere vorangegangener Kurbeltriebsbewegungen im Kurbelgehäuse. Da jedoch sowohl das Einlasssystem als auch das Kurbelgehäuse mit der Umgebung in Verbindung stehen und dort üblicherweise ein ständiger Ausgleich von Druckschwankungen mit der Umgebung erfolgt, wird der in einem mit dem Einlasssystem verbundenen Gasraum oder im Kurbelgehäuse herrschende Druck im Zusammenhang mit dieser Erfindung als Umgebungsdruck betrachtet.Pressure fluctuations can occur both in a gas space connected to the inlet system and in the crankcase of the piston compressor: in the inlet system, in particular depending on the fresh gas intake - for example if the inlet system is in connection with the inlet system of a correspondingly large internal combustion engine - or due in particular to previous crank drive movements in the crankcase . However, since both the inlet system and the crankcase are connected to the environment and there is usually constant compensation of pressure fluctuations with the environment, the pressure prevailing in a gas space connected to the inlet system or in the crankcase is considered ambient pressure in the context of this invention .

Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet eine schaltbare Ventileinrichtung die Entlüftungseinrichtung, mittels welcher verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist indem eine Verbindung des Verdichtungsraums mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck herstellbar ist.In one embodiment of the piston compressor, a switchable valve device forms the venting device, by means of which compressed gas can be removed from the compression chamber by establishing a connection between the compression chamber and an area with lower pressure, in particular ambient pressure.

Dabei kann es sich um eine schaltbare Ventileinrichtung handeln, mittels welcher über eine beispielsweise in der Ventilplatte oder in der Zylinderwandung angeordnete Entlüftungsöffnung der Verdichtungsraum des Kolbenkompressors optional mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck verbindbar ist. Für diesen Zweck kann insbesondere ein 2/2-Wegeventil eingesetzt werden, welches beispielsweise so schaltbar ist, dass es insbesondere parallel oder versetzt mit der Betätigung der Kupplung öffnet und schließt und so einen Druckausgleich im Verdichtungsraum durch das Abführen von verdichtetem Gas ermöglicht, solange der Kolbenkompressor nicht angetrieben wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, eine derartige Ventileinrichtung auch abhängig von anderen Parametern zu schalten, wie zum Beispiel dem im Verdichtungsraum tatsächlich herrschenden Druck, welcher über mit diesem verbundene Drucksensoren oder auf andere geeignete Weise erfasst wird.This can be a switchable valve device, by means of which the compression chamber of the piston compressor can optionally be connected to an area with lower pressure, in particular ambient pressure, via a vent opening arranged, for example, in the valve plate or in the cylinder wall. For this purpose, in particular, a 2/2-way valve can be used, which can be switched, for example, in such a way that it opens and closes in particular in parallel or offset with the actuation of the clutch and thus enables pressure equalization in the compression chamber by discharging compressed gas as long as the Piston compressor is not driven. However, it can also be provided to switch such a valve device depending on other parameters, such as the pressure actually prevailing in the compression chamber, which is detected via pressure sensors connected to it or in another suitable manner.

Eine andere Ausführungsform des Kolbenkompressors weist ein entsperrbares Rückschlagventil auf, welches auch die Funktion des Einlassventils übernimmt. Ein solches entsperrbares Rückschlagventil stellt eine schaltbare Ventileinrichtung dar, die zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum des Kompressors angeordnet ist und die Verbindung zwischen Einlassleitung und Verdichtungsraum insbesondere selbsttätig entsprechend der Funktion eines Einlassventils öffnet und schließt. Zudem stellt ein derartiges entsperrbares Rückschlagventil eine schaltbare Ventileinrichtung dar, mittels welcher die Verbindung zwischen Einlassleitung und Verdichtungsraum optional öffnen- und schließbar ist, um einen Druckabbau durch ein Abführen von verdichtetem Gas aus dem Verdichtungsraum zu ermöglichen.Another embodiment of the piston compressor has an unlockable check valve, which also takes on the function of the inlet valve. Such an unlockable check valve represents a switchable valve device which is arranged between the inlet line and the compression chamber of the compressor and in particular automatically opens and closes the connection between the inlet line and the compression chamber in accordance with the function of an inlet valve. In addition, such an unlockable check valve represents a switchable valve device, by means of which the connection between the inlet line and the compression chamber can optionally be opened and closed in order to enable a pressure reduction by discharging compressed gas from the compression chamber.

Beispielsweise ist ein solches entsperrbares Rückschlagventil ebenso wie das vorher beschriebene Schaltventil parallel oder versetzt zur Kupplungsbetätigung schaltbar oder in Abhängigkeit von anderen, insbesondere mit dem Druck im Verdichtungsraum in Zusammenhang stehenden Parametern, welche beispielsweise mittels Sensoren erfasst werden. Mit einem Öffnen des Einlassventils in Form eines entsperrbaren Rückschlagventils während eines Stillstands des Kompressors kann ein Druckausgleich zwischen dem Verdichtungsraum und dem Einlasssystem stattfinden, so dass im Verdichtungsraum kein signifikanter Druckaufbau stattfinden kann.For example, such an unlockable check valve, like the previously described switching valve, can be switched in parallel or offset to the clutch actuation or depending on other parameters, in particular related to the pressure in the compression chamber, which are detected, for example, by means of sensors. By opening the inlet valve in the form of an unlockable check valve while the compressor is at a standstill, pressure equalization can take place between the compression chamber and the inlet system, so that no significant pressure build-up can take place in the compression chamber.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet ein Rückschlagventil die Entlüftungseinrichtung, mittels welchem verdichtetes Gas aus dem Verdichtungsraum abführbar ist. Ein derartiges Rückschlagventil ist insbesondere so ausgelegt, dass es dann öffnet und den Verdichtungsraum mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck verbindet, wenn der Druck im Verdichtungsraum aufgrund eines während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangten verdichteten Gases während eines ersten Verdichtungshubs so stark steigt, dass eine Beschädigung des Kolbenkompressors oder einer mit dem Kolbenkompressor verbundenen Einrichtung droht. In diesem Fall stellt das Rückschlagventil eine Verbindung des Verdichtungsraums mit einem Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck her, wodurch das verdichtete Gas, das während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt ist, abführbar ist. Damit steigt der Druck im Verdichtungsraum während des ersten Verdichtungshubs des Kolbenkompressors nach dem Schließen der Kupplung trotz einem erhöhten Druck im Verdichtungsraum durch ein dort eingedrungenes verdichtetes Gas nicht über einen durch das Rückschlagventil festgelegten Höchstwert.In a further embodiment of the piston compressor, a check valve forms the venting device, by means of which compressed gas can be removed from the compression chamber. Such a check valve is in particular designed so that it then opens and connects the compression chamber with a region with a lower pressure, in particular ambient pressure, when the pressure in the compression chamber is due to a compressed pressure that has returned from the outlet line to the compression chamber during a separation of the piston compressor from the drive device Gas rises so much during a first compression stroke that there is a risk of damage to the piston compressor or a device connected to the piston compressor. In this case, the check valve establishes a connection between the compression chamber and an area with a lower pressure, in particular ambient pressure, whereby the compressed gas, which has returned from the outlet line to the compression chamber during separation of the piston compressor from the drive device, can be removed. This means that the pressure in the compression chamber does not rise above a maximum value set by the check valve during the first compression stroke of the piston compressor after closing the clutch, despite an increased pressure in the compression chamber due to a compressed gas that has penetrated there.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform bildet das Einlassventil die Entlüftungseinrichtung. Das Einlassventil ist dabei so ausgebildet, dass damit eine Verbindung zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum erst ab einem Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, der wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar höher ist als der Druck in der Einlassleitung, der im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht. Dabei besteht bei einem Druck im Verdichtungsraum, der unter dem Grenzwert von wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar Überdruck liegt, eine fortwährende Verbindung zwischen der Einlassleitung und dem Verdichtungsraum. So ist ein verdichtetes Gas, das während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung, also im Stillstand des Kolbenkompressors, in den Verdichtungsraum gelangt, durch diese Öffnung des Einlassventils in die Einlassleitung abführbar, ohne dass ein Druckaufbau im Verdichtungsraum des Kompressors erfolgt.In an embodiment according to the invention, the inlet valve forms the venting device. The inlet valve is designed in such a way that a connection between the inlet line and the compression chamber can only be closed from a pressure in the compression chamber that is at least 0.1 bar, preferably at least 0.2 bar and in particular at least 0.5 bar higher than that Pressure in the inlet line that is essentially equal to the ambient pressure. At a pressure in the compression chamber that is below the limit of at least 0.1 bar, preferably at least 0.2 bar and in particular at least 0.5 bar excess pressure, there is a continuous connection between the inlet line and the compression chamber. A compressed gas that enters the compression chamber during separation of the piston compressor from the drive device, i.e. when the piston compressor is at a standstill, can be discharged into the inlet line through this opening of the inlet valve without pressure building up in the compression chamber of the compressor.

Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors, bei welcher das Einlassventil erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, weist das Einlassventil einen konkav ausgebildeten Ventilsitz insbesondere an der Ventilplatte und eine im Wesentlichen eben ausgebildete Ventilzunge auf, so dass die Ventilzunge erst nach einer durch einen Druck im Verdichtungsraum bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz anliegt. Bei einer derartigen Ausführungsform schließt das Einlassventil erst, wenn während des Verdichtungshubs ein ausreichend hoher Druck im Verdichtungsraum wirkt, welcher die Ventilzunge derart verformt, dass diese dichtend an dem konkav ausgebildeten Ventilsitz anliegt. Solange der Druck im Verdichtungsraum einen niedrigeren Wert aufweist als der Druck, der zum Schließen des Einlassventils führt, ist das Einlassventil geöffnet. So kann durch verdichtetes Gas, das während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt, kein Druckaufbau im Verdichtungsraum bewirkt werden.In an embodiment of the piston compressor, in which the inlet valve can only be closed from a predetermined pressure in the compression chamber, the inlet valve has a concave valve seat, in particular on the valve plate, and a substantially flat valve tongue, so that the valve tongue only opens after a pressure elastic deformation caused in the compression chamber lies sealingly against the valve seat. In such an embodiment, the inlet valve only closes when a sufficiently high pressure acts in the compression chamber during the compression stroke, which deforms the valve tongue in such a way that it lies sealingly against the concave valve seat. As long as the pressure in the compression chamber has a lower value than the pressure that causes the inlet valve to close, the inlet valve is open. Compressed gas that returns from the outlet line to the compression chamber during the separation of the piston compressor from the drive device cannot cause pressure to build up in the compression chamber.

Bei einer anderen Ausführungsform des Kolbenkompressors, bei welcher das Einlassventil erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum verschließbar ist, weist das Einlassventil einen eben ausgebildeten Ventilsitz und eine gebogen ausgebildete Ventilzunge auf. Die Ventilzunge liegt folglich erst nach einer durch den Druck im Verdichtungsraum bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz an. Auch bei dieser Ausführungsform schließt das Einlassventil erst, wenn während eines Verdichtungshubs ein ausreichend hoher Druck im Verdichtungsraum wirkt, welcher die gebogen ausgeführte Ventilzunge derart verformt, dass diese dichtend an dem eben ausgebildeten Ventilsitz anliegt. Auch hier bleibt das Einlassventil geöffnet, solange der Druck im Verdichtungsraum einen geringeren Wert aufweist als der Druck, der insbesondere während eines Verdichtungshubs zum Schließen des Einlassventils führt. So kann auch bei dieser Ausführungsform ein verdichtetes Gas, das während der Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt, zu keinem Druckaufbau im Verdichtungsraum führen.In another embodiment of the piston compressor, in which the inlet valve can only be closed above a predetermined pressure in the compression chamber, the inlet valve has a flat valve seat and a curved valve tongue. The valve tongue therefore only lies sealingly against the valve seat after an elastic deformation caused by the pressure in the compression chamber. In this embodiment too, the inlet valve only closes when During a compression stroke, a sufficiently high pressure acts in the compression chamber, which deforms the curved valve tongue in such a way that it lies sealingly against the newly formed valve seat. Here too, the inlet valve remains open as long as the pressure in the compression chamber has a lower value than the pressure that leads to the inlet valve closing, particularly during a compression stroke. In this embodiment, too, a compressed gas that returns from the outlet line into the compression chamber during the separation of the piston compressor from the drive device cannot lead to a build-up of pressure in the compression chamber.

Bei einer anderen Ausführungsform des Kolbenkompressors bildet ein Entlüftungskanal die Entlüftungseinrichtung. Durch einen solchen Entlüftungskanal, der insbesondere eine permanente Verbindung zu einem Bereich mit einem gegenüber dem Verdichtungsraum geringeren Druck, insbesondere Umgebungsdruck herstellt, kann Gas von einem Ende des Entlüftungskanals im Verdichtungsraum, der unter einem höheren Druck steht, durch den Entlüftungskanal in einen Bereich mit geringerem Druck, insbesondere Umgebungsdruck am anderen Ende des Entlüftungskanals abgeführt werden. Dadurch findet ein Druckausgleich mit dem Verdichtungsraum statt. Sofern also während einer Trennung des Kolbenkompressors von der Antriebseinrichtung Gas aus der unter Druck stehenden Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangt, kann sich dort kein erhöhter Druck aufbauen, da das Gas durch den Entlüftungskanal abgeführt wird.In another embodiment of the piston compressor, a ventilation channel forms the ventilation device. Through such a ventilation channel, which in particular establishes a permanent connection to an area with a lower pressure than the compression chamber, in particular ambient pressure, gas can flow from one end of the ventilation channel in the compression chamber, which is under a higher pressure, through the ventilation channel into an area with a lower pressure Pressure, in particular ambient pressure, is dissipated at the other end of the ventilation channel. This results in pressure equalization with the compression chamber. If, during a separation of the piston compressor from the drive device, gas from the pressurized outlet line returns to the compression chamber, no increased pressure can build up there because the gas is discharged through the ventilation channel.

Bei einer Ausführungsform ist wenigstens ein Ende des Entlüftungskanals in der Ventilplatte angeordnet und stellt insbesondere eine Verbindung des Verdichtungsraums zur Umgebung des Kolbenkompressors oder zu dessen Einlasssystem her. Nachteilig an einem permanent geöffneten Entlüftungskanal ist, dass dieser auch während eines Verdichtungshubs ein Entweichen des Gases aus dem Verdichtungsraum ermöglicht, wodurch sich die Effizienz des Kompressors verringert. Bei einer Ausführungsform weist der Entlüftungskanal allerdings einen so geringen Querschnitt auf, dass ein Druckausgleich durch den Entlüftungskanal möglich ist, die Drosselwirkung des geringen Querschnitts des Entlüftungskanals jedoch den Druckfluss eines größeren Volumenstroms während eines Verdichtungshubs verhindert.In one embodiment, at least one end of the ventilation channel is arranged in the valve plate and in particular establishes a connection of the compression chamber to the environment of the piston compressor or to its inlet system. The disadvantage of a permanently open ventilation channel is that it allows the gas to escape from the compression chamber even during a compression stroke, which reduces the efficiency of the compressor. In one embodiment, however, the ventilation channel has such a small cross section that pressure equalization through the ventilation channel is possible, but the throttling effect of the small cross section of the ventilation channel prevents the pressure flow of a larger volume flow during a compression stroke.

Eine alternative Gestaltung, welche ein Entweichen des Gases aus dem Verdichtungsraum während eines Verdichtungshubs einschränkt weist ein geeignetes Sperrventil im Entlüftungskanal auf, welches diesen ab einem vorbestimmten Überdruck schließt. Ein hierfür geeignetes Sperrventil ist beispielsweise ein Schwerkraftkugelventil. Vorteilhafterweise ist ein solches Sperrventil robust gegen eine Verschmutzung durch Schmierölverunreinigungen ausgeführt.An alternative design, which restricts the gas from escaping from the compression chamber during a compression stroke, has a suitable check valve in the ventilation channel, which closes it above a predetermined overpressure. A check valve suitable for this is, for example, a gravity ball valve. Such a check valve is advantageously designed to be robust against contamination by lubricating oil impurities.

Bei einer anderen Ausführungsform ist wenigstens ein Ende des Entlüftungskanals in der Zylinderwandung angeordnet, der beispielsweise eine Verbindung mit der Umgebung des Kolbenkompressors herstellt. Ausgehend von der Außenseite der Zylinderwandung kann der Entlüftungskanal eine Verbindungseinrichtung in Form einer Leitung aufweisen, welche als Verlängerung des Entlüftungskanals dient und diesen insbesondere mit dem Einlasssystem oder mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses des Kolbenkompressors verbindet. Auch ein solcher Entlüftungskanal bildet eine Öffnung im Verdichtungsraum, durch welche auch während des Verdichtungshubs Gas aus dem Verdichtungsraum entweichen kann, womit die Effizienz des Kolbenverdichters sinkt. Der Entlüftungskanal ist daher insbesondere groß genug ausgelegt, um einen Druckausgleich zu gewährleisten, damit Gasvolumenstrom, der hierdurch während einer Trennung des Kompressors von der Antriebseinrichtung aus dem Verdichtungsraum abgeführt werden kann, mindestens so groß ist, wie der in diesem Zeitabschnitt aus der Auslassleitung zurück in den Verdichtungsraum gelangte Gasvolumenstrom von verdichtetem Gas aus der Auslassleitung.In another embodiment, at least one end of the ventilation channel is arranged in the cylinder wall, which, for example, establishes a connection with the environment of the piston compressor. Starting from the outside of the cylinder wall, the ventilation channel can have a connecting device in the form of a line, which serves as an extension of the ventilation channel and connects it in particular to the inlet system or to the interior of the crankcase of the piston compressor. Such a ventilation channel also forms an opening in the compression chamber through which gas can escape from the compression chamber even during the compression stroke, thereby reducing the efficiency of the piston compressor. The ventilation channel is therefore designed to be large enough in particular to ensure pressure equalization, so that the gas volume flow that can thereby be removed from the compression chamber during a separation of the compressor from the drive device is at least as large as that returned from the outlet line during this period of time Gas volume flow of compressed gas from the outlet line reached the compression chamber.

Bei einer Ausführungsform ist der Entlüftungskanal in der Zylinderwandung so angeordnet, dass das eine Ende während des Verdichtungshubs ab einer bestimmten Kolbenstellung vom Kolben passiert und damit verschlossen wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Entlüftungskanal zwischen einer mittleren Hubposition des Kolbens und dessen oberen Totpunkt angeordnet ist. Durch diese Anordnung des Entlüftungskanals ist ein während eines Stillstands des Kolbenkompressors aus dem Auslasskanal zurück in den Verdichtungsraum gelangtes Gas abführbar, um einen Druckaufbau im Verdichtungsraum zu verhindern. Gleichzeitig wird ein Entweichen von Gas aus dem Verdichtungsraum verhindert, sobald ein Kolbenring die Öffnung des Entlüftungskanals bei der Bewegung hin zum oberen Totpunkt passiert hat.In one embodiment, the ventilation channel is arranged in the cylinder wall in such a way that one end passes through the piston during the compression stroke from a certain piston position and is therefore closed. This is particularly the case when the ventilation channel is arranged between a middle stroke position of the piston and its top dead center. This arrangement of the ventilation channel allows gas that has passed from the outlet channel back into the compression chamber while the piston compressor is at a standstill to be removed in order to prevent pressure from building up in the compression chamber. At the same time, gas escape from the compression chamber is prevented as soon as a piston ring has passed the opening of the ventilation channel during the movement towards top dead center.

Bei einer Ausführungsform des Kolbenkompressors ist im Entlüftungskanal bzw. in einer damit verbundenen Verbindungseinrichtung ein Rückschlagventil oder ein Sperrventil angeordnet. Ein solches Rückschlag- oder Sperrventil kann einerseits ein Entweichen von Gas während eines Verdichtungshubs des Kolbenkompressors aus dem Verdichtungsraum vermeiden, andererseits kann ein solches Rückschlag- oder Sperrventil auch dazu dienen, ein Ansaugen von möglicherweise verunreinigtem Gas insbesondere aus dem Kurbelgehäuse in den Verdichtungsraum verhindern.In one embodiment of the piston compressor, a check valve or a check valve is arranged in the ventilation channel or in a connecting device connected thereto. On the one hand, such a check or check valve can prevent gas from escaping from the compression chamber during a compression stroke of the piston compressor, on the other hand, such a check or check valve can also serve to prevent the suction of potentially contaminated gas prevent gas from entering the compression chamber, especially from the crankcase.

Obwohl vorausgehend im Zusammenhang mit den Bauteilen des Kolbenkompressors jeweils der Kolben, der Zylinder, der Zylinderkopf usw. adressiert ist, treffen die hierzu beschriebenen Eigenschaften jeweils auch auf einen Kolbenkompressor mit zwei oder mehr dieser Elemente zu, da die vorliegende Erfindung nicht nur für einstufige Kolbenkompressoren sondern auch für mehrstufige Kolbenkompressoren Verwendung finden kann.Although the piston, the cylinder, the cylinder head, etc. have been addressed above in connection with the components of the piston compressor, the properties described in this regard also apply to a piston compressor with two or more of these elements, since the present invention is not only for single-stage piston compressors but can also be used for multi-stage piston compressors.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung sowie von Beispielen, die das Verständnis der Erfindung erleichtern, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.Further advantages, features and possible applications of the present invention as well as examples that facilitate understanding of the invention result from the following description in connection with the figures.

In den Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kolbenkompressors des Stands der Technik;
  • 2 eine Darstellung eines beispielhaften Auslassventils wie es in Kolbenkompressoren im Stand der Technik verwendet wird;
  • 3 eine schematische Darstellung eines ersten beispielhaften Kolbenkompressors, bei welchem die Entlüftungseinrichtung eine schaltbare Ventileinrichtung aufweist;
  • 4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welcher die Entlüftungseinrichtung eine schaltbare Ventileinrichtung aufweist;
  • 5 eine schematische Darstellung eines zweitenbeispielhaften Kolbenkompressors, bei welchem die Entlüftungseinrichtung ein Rückschlagventil aufweist;
  • 6 eine schematische Darstellung eines dritten beispielhaften Kolbenkompressors, bei welchem die Entlüftungseinrichtung einen Entlüftungskanal aufweist;
  • 7 eine schematische Darstellung eines vierten beispielhaften Kolbenkompressors, bei welchem die Entlüftungseinrichtung einen Entlüftungskanal mit Sperrventil aufweist;
  • 8 eine schematische Darstellung eines fünften beispielhaften Kolbenkompressors, bei welchem die Entlüftungseinrichtung einen Entlüftungskanal aufweist;
  • 9 eine schematische Darstellung eines sechsten beispielhaften Kolbenkompressors, bei welchem die Entlüftungseinrichtung einen Entlüftungskanal aufweist;
  • 10 eine schematische Darstellung eines siebten beispielhaften Kolbenkompressors, bei welchem die Entlüftungseinrichtung einen Entlüftungskanal aufweist; und
  • 11 eine Darstellung eines Details einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, bei welcher das Einlassventil die Entlüftungseinrichtung bildet.
Show in the figures:
  • 1 a schematic representation of an exemplary prior art piston compressor;
  • 2 a representation of an exemplary exhaust valve as used in prior art reciprocating compressors;
  • 3 a schematic representation of a first exemplary piston compressor, in which the venting device has a switchable valve device;
  • 4 a schematic representation of an exemplary embodiment of a piston compressor according to the invention, in which the venting device has a switchable valve device;
  • 5 a schematic representation of a second exemplary piston compressor in which the venting device has a check valve;
  • 6 a schematic representation of a third exemplary piston compressor, in which the venting device has a venting channel;
  • 7 a schematic representation of a fourth exemplary piston compressor, in which the venting device has a venting channel with a check valve;
  • 8th a schematic representation of a fifth exemplary piston compressor, in which the venting device has a venting channel;
  • 9 a schematic representation of a sixth exemplary piston compressor, in which the venting device has a venting channel;
  • 10 a schematic representation of a seventh exemplary piston compressor, in which the venting device has a venting channel; and
  • 11 a representation of a detail of an exemplary embodiment of a piston compressor according to the invention, in which the inlet valve forms the venting device.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kolbenkompressors 10 wie er als Stand der Technik bekannt ist. Die Kurbelwelle 11 des Kolbenkompressors 10 ist über eine Kupplung 3 mit einer Antriebseinrichtung (nicht dargestellt, hier ein Verbrennungsmotor) verbunden und mittels der Kupplung 3 wahlweise von dieser Antriebseinrichtung trennbar. Bei geöffneter Kupplung 3 wird somit kein Drehmoment auf die Kurbelwelle 11 des Kolbenkompressors 10 übertragen, so dass die Kurbelwelle 11 während der Trennung des Kolbenkompressors 10 von der Antriebseinrichtung still steht. 1 shows a schematic representation of an exemplary piston compressor 10 as is known as prior art. The crankshaft 11 of the piston compressor 10 is connected via a clutch 3 to a drive device (not shown, here an internal combustion engine) and can be selectively separated from this drive device by means of the clutch 3. When the clutch 3 is open, no torque is transmitted to the crankshaft 11 of the piston compressor 10, so that the crankshaft 11 stands still while the piston compressor 10 is separated from the drive device.

Die Kurbelwelle 11 ist mit einem exzentrisch daran gelagerten Pleuel 12 verbunden, an welchem ein Kolben 13 gelagert ist. Der Kolben 13 ist axial bewegbar in einem Zylinder 14 des Kolbenkompressors 10 gelagert. Der wenigstens eine Kurbelwelle 11, ein Pleuel 12 und einen Kolben 13 aufweisende Kurbeltrieb 15 ist in einem Kurbelgehäuse 16 angeordnet, welches fest mit dem Zylinder 14 verbunden ist. Durch eine Drehbewegung der Kurbelwelle 11 wird der Kolben 13 vom Pleuel 12 so im Zylinder 14 bewegt, dass dieser eine Hubbewegung ausführt.The crankshaft 11 is connected to a connecting rod 12 mounted eccentrically thereon, on which a piston 13 is mounted. The piston 13 is mounted in a cylinder 14 of the piston compressor 10 so that it can move axially. The crank mechanism 15, which has at least one crankshaft 11, a connecting rod 12 and a piston 13, is arranged in a crankcase 16, which is firmly connected to the cylinder 14. By rotating the crankshaft 11, the piston 13 is moved by the connecting rod 12 in the cylinder 14 so that it carries out a lifting movement.

Oberhalb des Kolbens 13 ist der Zylinder 14 durch eine Ventilplatte 20 verschlossen. Damit definieren der Zylinder 14, der Kolben 13 und die Ventilplatte 20 den Verdichtungsraum 17 im Zylinder 14. An der Ventilplatte 20 ist ein Einlassventil 21 angeordnet, das zwischen einer Einlassleitung 22 und dem Verdichtungsraum 17 angeordnet ist. Die Einlassleitung 22 ist Teil eines Einlasssystems 23, das Frischluft aus der Umgebung durch einen Filter (nicht dargestellt) ansaugt und über die Einlassleitung 22 durch den Zylinderkopf (nicht dargestellt) dem Verdichtungsraum 17 zuführt. Der Zylinderkopf ist oberhalb der Ventilplatte 20 angeordnet und weist ein Zylinderkopfvolumen 24 auf, welches über das Einlassventil 21 mit dem Verdichtungsraum 17 in Verbindung steht. Das Einlassventil 21 ist dabei als Sperrventil ausgeführt, welches ein Ansaugen von Frischluft in den Verdichtungsraum 17 ermöglicht, jedoch ein Zurückströmen der über die Einlassleitung 22 in den Verdichtungsraum 17 angesaugten Luft verhindert.Above the piston 13, the cylinder 14 is closed by a valve plate 20. The cylinder 14, the piston 13 and the valve plate 20 thus define the compression space 17 in the cylinder 14. An inlet valve 21 is arranged on the valve plate 20 and is arranged between an inlet line 22 and the compression space 17. The inlet line 22 is part of an inlet system 23, which sucks in fresh air from the environment through a filter (not shown) and supplies it to the compression chamber 17 via the inlet line 22 through the cylinder head (not shown). The cylinder head is arranged above the valve plate 20 and has a cylinder head volume 24, which is connected to the compression chamber 17 via the inlet valve 21. The inlet valve 21 is designed as a check valve, which enables fresh air to be sucked into the compression chamber 17, but prevents the air sucked in via the inlet line 22 into the compression chamber 17 from flowing back.

An der Ventilplatte 20 ist ferner ein Auslassventil 26 angeordnet, das zwischen dem Verdichtungsraum 17 und einer Auslassleitung 27 angeordnet ist. Über die Auslassleitung 27 wird verdichtetes Gas, hier Luft, einem hier nicht dargestellten Druckluftspeicher zugeführt. Dabei verhindert das Auslassventil 26, das ebenfalls als Sperrventil ausgeführt ist, ein Zurückströmen von verdichteter Luft aus der Auslassleitung 27 in den Verdichtungsraum 17.An outlet valve 26 is also arranged on the valve plate 20 and is arranged between the compression chamber 17 and an outlet line 27. Compressed via the outlet line 27 Gas, here air, is supplied to a compressed air reservoir, not shown here. The outlet valve 26, which is also designed as a check valve, prevents compressed air from flowing back from the outlet line 27 into the compression chamber 17.

2 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Auslassventils 26, wie es in Kolbenkompressoren 10 im Stand der Technik häufig verwendet wird. Das Auslassventil 26 ist an der Ventilplatte 20 des Kolbenkompressors 10 oberhalb des Verdichtungsraums 17 angeordnet. Die Ventilplatte 20 weist eine Auslassöffnung 28 auf, welche den Verdichtungsraum 17 mit einem in Ventilplatte 20 und Zylinderkopf des Kolbenkompressors 10 angeordneten Zylinderkopfvolumen 27a verbindet, welches einen Teil der Auslassleitung 27 bildet. 2 shows a representation of an exemplary exhaust valve 26, as is often used in piston compressors 10 in the prior art. The outlet valve 26 is arranged on the valve plate 20 of the piston compressor 10 above the compression chamber 17. The valve plate 20 has an outlet opening 28, which connects the compression chamber 17 with a cylinder head volume 27a arranged in the valve plate 20 and cylinder head of the piston compressor 10, which forms part of the outlet line 27.

Das Auslassventil 26 weist als Ventilkörper eine Ventilzunge 26a auf, welche sich ab einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsraum 17 und der Auslassleitung 27 vom Ventilsitz 26b löst und einen Durchfluss von Luft aus dem Verdichtungsraum 17 in die Auslassleitung 27 ermöglicht. Das Auslassventil 26 weist ferner ein oberhalb der Auslassöffnung 28 angeordnetes Anlageelement 26c auf, an dem die Ventilzunge 26a im geöffneten Zustand anliegt. Sobald sich die Ventilzunge 26a vom Ventilsitz 26b löst, kann die unter Druck stehende Luft aus dem Verdichtungsraum 17 durch die seitlichen offenen Bereiche an der Ventilzunge 26a und dem Anlageelement 26c vorbei in die Auslassleitung 27 strömen.The outlet valve 26 has a valve tongue 26a as a valve body, which detaches from the valve seat 26b from a predetermined pressure difference between the compression chamber 17 and the outlet line 27 and enables air to flow from the compression chamber 17 into the outlet line 27. The outlet valve 26 also has a contact element 26c arranged above the outlet opening 28, against which the valve tongue 26a rests in the open state. As soon as the valve tongue 26a detaches from the valve seat 26b, the pressurized air can flow from the compression chamber 17 through the open areas on the side past the valve tongue 26a and the contact element 26c into the outlet line 27.

Gelangen Verunreinigungen aus dem Verdichtungsraum 17 oder aus dem Zylinderkopfvolumen 27a, die sich beispielsweise von sich bildenden Belägen durch Rückstände in der durchströmenden Luft von der heißen Oberseite des Kolbens 13, der Ventilplatte 20 oder dem Zylinderkopfvolumen 27a lösen, zwischen die Ventilzunge 26a und den Ventilsitz 26b, besteht die Gefahr, dass das Auslassventil 26 nicht mehr vollständig schließt. In diesem Fall kann verdichtete Luft aus der Auslassleitung 27 in den Verdichtungsraum 17 zurück strömen, sobald der Druck im Verdichtungsraum 17 unter den Druck in der Auslassleitung 27 sinkt. Bei einem 12,5 bar-Druckluftsystem eines Nutzfahrzeugs kann der Verdichtungsraum 17 des Kolbenkompressors 10 beispielsweise durch die dahin zurückströmende Luft mit einem Druck von bis zu 6 bar beaufschlagt werden. Wird der Kolbenkompressor 10 dann wieder mit der Antriebseinrichtung verbunden, erzeugt der Kolbenkompressor 10 beim ersten Hub einen Innendruck von etwa 60 bar. Sofern der Verdichtungsraum 17 diesem enormen Innendruck standhält ist das dabei an der Kurbelwelle 11 entstehende Drehmoment für die Kupplung 3 üblicherweise viel zu hoch, so dass diese durchrutscht, dabei überhitzt und unzulässig schnell verschleißt.If contaminants from the compression chamber 17 or from the cylinder head volume 27a, which are released, for example from deposits that form due to residues in the air flowing through from the hot top of the piston 13, the valve plate 20 or the cylinder head volume 27a, get between the valve tongue 26a and the valve seat 26b , there is a risk that the outlet valve 26 will no longer close completely. In this case, compressed air can flow back from the outlet line 27 into the compression chamber 17 as soon as the pressure in the compression chamber 17 drops below the pressure in the outlet line 27. In a 12.5 bar compressed air system of a commercial vehicle, the compression chamber 17 of the piston compressor 10 can be pressurized to a pressure of up to 6 bar, for example by the air flowing back there. If the piston compressor 10 is then reconnected to the drive device, the piston compressor 10 generates an internal pressure of approximately 60 bar during the first stroke. If the compression chamber 17 can withstand this enormous internal pressure, the torque generated on the crankshaft 11 is usually far too high for the clutch 3, so that it slips, overheats and wears out at an unacceptable rate.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten beispielhaften Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in 3 entspricht weitgehend dem Aufbau des in 1 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus 3 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus 1 erläutert. 3 shows a schematic representation of a first exemplary piston compressor 10. The structure of the piston compressor 10 in 3 largely corresponds to the structure of the in 1 illustrated and described piston compressor 10, so that the same elements of the piston compressors 10 are designated with the same reference numerals. The following only explains the differences between the piston compressor 10 3 compared to the piston compressor 10 1 explained.

Der in 3 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines 2/2-Wegeventils 31 auf, das zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Bei dem 2/2-Wegeventil handelt es sich um eine schaltbare Ventileinrichtung. Im Beispiel in 3 ist die Steuerleitung 31a des 2/2-Wegeventils 31 mit der Steuerung der Kupplung 3 signalverbunden. Wird die Kupplung 3 geöffnet und der Kolbenkompressor 10 damit nicht mehr angetrieben, wird das 2/2-Wegeventil 31 aus der dargestellten geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung geschaltet, um eine von Luft durchströmbare Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 herzustellen.The in 3 Piston compressor 10 shown has a ventilation device in the form of a 2/2-way valve 31, which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23. The 2/2-way valve is a switchable valve device. In the example in 3 the control line 31a of the 2/2-way valve 31 is signal-connected to the control of the clutch 3. If the clutch 3 is opened and the piston compressor 10 is no longer driven, the 2/2-way valve 31 is switched from the closed position shown into an open position in order to establish a connection through which air can flow between the compression chamber 17 and the inlet system 23.

Gelangt nun während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 beispielsweise im Falle eines nicht mehr dicht schließenden Auslassventils 26 verdichtete Luft in den Verdichtungsraum 17, so kann durch das geöffnete 2/2-Wegeventil 31 ein Druckausgleich mit der Einlassleitung 22 stattfinden. Damit kann kein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 erfolgen, der insbesondere beim ersten Verdichtungshub des Kolbenkompressors 10 bei dessen Wiederinbetriebnahme zu einer Beschädigung des Kolbenkompressors 10 und/ oder der Kupplung 3 führen könnte.If compressed air now enters the compression chamber 17 while the piston compressor 10 is at a standstill, for example in the case of an outlet valve 26 that no longer closes tightly, pressure equalization with the inlet line 22 can take place through the opened 2/2-way valve 31. This means that no pressure can build up in the compression chamber 17, which could lead to damage to the piston compressor 10 and/or the clutch 3, particularly during the first compression stroke of the piston compressor 10 when it is put back into operation.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10. Auch der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in 4 entspricht weitgehend dem Aufbau des in 1 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus 4 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus 1 erläutert. 4 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention. The structure of the piston compressor 10 in 4 largely corresponds to the structure of the in 1 illustrated and described piston compressor 10, so that the same elements of the piston compressors 10 are designated with the same reference numerals. The following only explains the differences between the piston compressor 10 4 compared to the piston compressor 10 1 explained.

Der in 4 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines entsperrbaren Rückschlagventils 32 auf, welches gleichzeitig auch als Einlassventil dient. Damit ist das entsperrbare Rückschlagventil 32 zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet. Während dem Ansaugen von Frischluft aus der Einlassleitung 22 in den Verdichtungsraum 17 öffnet das entsperrbare Rückschlagventil 32 aufgrund der daran anliegenden Druckdifferenz selbsttätig. Bei dem entsperrbaren Rückschlagventil 32 handelt es sich ferner auch um eine schaltbare Ventileinrichtung, welche neben dem selbsttätigen Öffnen beim Ansaugen von Frischluft auch mittels eines Steuersignals in eine Offenstellung schaltbar ist. Im Ausführungsbeispiel in 4 ist die Steuerleitung 32a des entsperrbaren Rückschlagventils 32 mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung signalverbunden. Abhängig von wenigstens einem vorbestimmten Parameter, wie beispielsweise dem Druck im Verdichtungsraum 17, kann damit das entsperrbare Rückschlagventil 32 geöffnet werden, um eine Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und der Einlassleitung 22 herzustellen.The in 4 Piston compressor 10 shown has a venting device in the form of an unlockable check valve 32, which also serves as an inlet valve. This means that the unlockable check valve 32 is between the compression chamber 17 and the inlet system 23 arranged. While fresh air is being sucked in from the inlet line 22 into the compression chamber 17, the unlockable check valve 32 opens automatically due to the pressure difference applied thereto. The unlockable check valve 32 is also a switchable valve device, which, in addition to opening automatically when fresh air is sucked in, can also be switched into an open position by means of a control signal. In the exemplary embodiment in 4 the control line 32a of the unlockable check valve 32 is signal-connected to a control device, not shown. Depending on at least one predetermined parameter, such as the pressure in the compression chamber 17, the unlockable check valve 32 can thus be opened in order to establish a connection between the compression chamber 17 and the inlet line 22.

Gelangt nun während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 beispielsweise im Falle eines nicht mehr dicht schließenden Auslassventils 26 verdichtete Luft in den Verdichtungsraum 17, so kann das entsperrbare Rückschlagventil 32 geöffnet werden, um einen Druckausgleich mit der Einlassleitung 22 zu ermöglichen. Damit kann kein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 stattfinden, der insbesondere beim ersten Verdichtungshub des Kolbenkompressors 10 bei dessen Wiederinbetriebnahme zu einer Beschädigung des Kolbenkompressors 10 und/ oder der Kupplung 3 führen könnte.If compressed air now enters the compression chamber 17 while the piston compressor 10 is at a standstill, for example in the case of an outlet valve 26 that no longer closes tightly, the unlockable check valve 32 can be opened in order to enable pressure equalization with the inlet line 22. This means that no pressure can build up in the compression chamber 17, which could lead to damage to the piston compressor 10 and/or the clutch 3, particularly during the first compression stroke of the piston compressor 10 when it is put back into operation.

Beim erneuten Starten des Kolbenkompressors 10 wird das entsperrbare Rückschlagventil 32 durch die Steuereinrichtung wieder in die Arbeitsposition geschaltet, in welcher es beim Ansaugen von Frischluft aus der Einlassleitung 22 in den Verdichtungsraum 17 aufgrund der daran anliegenden Druckdifferenz selbsttätig öffnet.When the piston compressor 10 is restarted, the unlockable check valve 32 is switched back to the working position by the control device, in which it opens automatically when fresh air is sucked in from the inlet line 22 into the compression chamber 17 due to the pressure difference applied thereto.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten beispielhaften Kolbenkompressors 10. Auch der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in 5 entspricht weitgehend dem Aufbau des in 1 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus 5 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus 1 erläutert. 5 shows a schematic representation of a second exemplary piston compressor 10. The structure of the piston compressor 10 in 5 largely corresponds to the structure of the in 1 illustrated and described piston compressor 10, so that the same elements of the piston compressors 10 are designated with the same reference numerals. The following only explains the differences between the piston compressor 10 5 compared to the piston compressor 10 1 explained.

Der in 5 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Rückschlagventils 33 auf, das zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Das zusätzlich zu dem Einlassventil 21 zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnete Rückschlagventil 33 sperrt in zum Einlassventil 21 entgegengesetzter Richtung, so dass dieses während dem Ansaugen von Frischluft in den Verdichtungsraum 17 sowie während der Verdichtung im Normalbetrieb des Kolbenkompressors 10 geschlossen ist.The in 5 Piston compressor 10 shown has a ventilation device in the form of a check valve 33, which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23. The check valve 33, which is arranged in addition to the inlet valve 21 between the compression chamber 17 and the inlet system 23, blocks in the opposite direction to the inlet valve 21, so that it is closed during the intake of fresh air into the compression chamber 17 and during compression in normal operation of the piston compressor 10.

Falls bei dem in 5 gezeigten Beispiel während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 beispielsweise im Falle eines nicht mehr dicht schließenden Auslassventils 26 verdichtete Luft in den Verdichtungsraum 17 gelangt, findet hier zunächst ein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 statt. Der sich dabei einstellende Druck erreicht keinen höheren Wert als bei einem Verdichtungshub, so dass zunächst keine Entlüftung des Verdichtungsraums 17 erforderlich ist. Erst beim ersten Verdichtungshub des Kolbenkompressors 10 nach dessen Wiederinbetriebnahme entsteht aufgrund der vorverdichteten Luft im Verdichtungsraum 17 ein deutlich erhöhter Druck, welcher zu einer Beschädigung des Kolbenkompressors 10 und/ oder der Kupplung 3 führen kann. Das Rückschlagventil 33 ist daher so ausgelegt, dass es eine Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und der Einlassleitung 21 mit ausreichend großem Querschnitt öffnet, um Luft aus dem Verdichtungsraums 17 abzuführen, sobald der Druck im Verdichtungsraum 17 einen kritischen Wert übersteigt. Bei dem beispielhaften Kolbenkompressor 10 für ein Nutzfahrzeug liegt der Spitzendruck im Verdichtungsraum beim Normalbetrieb zwischen etwa 16 und 19 bar. Ein beispielhaftes Rückschlagventil 33 ist daher so ausgeführt, dass es beispielsweise bei einem Druck von 20 bar im Verdichtungsraum 17 öffnet und so verdichtete Luft aus dem Verdichtungsraum 17 abführt.If with the in 5 In the example shown, while the piston compressor 10 is at a standstill, for example in the case of an outlet valve 26 that no longer closes tightly, compressed air enters the compression chamber 17, a pressure build-up first occurs in the compression chamber 17. The resulting pressure does not reach a higher value than during a compression stroke, so that no ventilation of the compression chamber 17 is initially required. Only during the first compression stroke of the piston compressor 10 after it is put back into operation does a significantly increased pressure arise due to the pre-compressed air in the compression chamber 17, which can lead to damage to the piston compressor 10 and/or the clutch 3. The check valve 33 is therefore designed so that it opens a connection between the compression chamber 17 and the inlet line 21 with a sufficiently large cross section to remove air from the compression chamber 17 as soon as the pressure in the compression chamber 17 exceeds a critical value. In the exemplary piston compressor 10 for a commercial vehicle, the peak pressure in the compression chamber during normal operation is between approximately 16 and 19 bar. An exemplary check valve 33 is therefore designed in such a way that it opens, for example, at a pressure of 20 bar in the compression chamber 17 and thus removes compressed air from the compression chamber 17.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten beispielhaften Kolbenkompressors 10. Auch der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in 6 entspricht weitgehend dem Aufbau des in 1 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus 6 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus 1 erläutert. 6 shows a schematic representation of a third exemplary piston compressor 10. The structure of the piston compressor 10 in 6 largely corresponds to the structure of the in 1 illustrated and described piston compressor 10, so that the same elements of the piston compressors 10 are designated with the same reference numerals. The following only explains the differences between the piston compressor 10 6 compared to the piston compressor 10 1 explained.

Der in 6 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 34 auf, der zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Der Entlüftungskanal 34 stellt eine von Luft durchströmbare Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 her, so dass sich während eines Stillstands des Kolbenkompressors kein Druck im Verdichtungsraum 17 aufbauen kann, der wesentlich über dem Umgebungsdruck liegt.The in 6 Piston compressor 10 shown has a ventilation device in the form of a ventilation channel 34, which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23. The ventilation channel 34 establishes a connection through which air can flow between the compression chamber 17 and the inlet system 23, so that when the piston compressor is at a standstill, no pressure can build up in the compression chamber 17, which is significantly above the ambient pressure.

In dem in 6 gezeigten Beispiel ist der Entlüftungskanal 34 im Bereich der Ventilplatte 20 an der Oberseite des Zylinders 14 angeordnet, so dass durch den Entlüftungskanal 34 ein ständiger Druckausgleich mit der Einlassleitung 32 des Kolbenverdichters 10 erfolgt. Falls während eines Stillstand des Kolbenkompressors 10 verdichtete Luft aus der Auslassleitung 27 in den Verdichtungsraum 17 gelangt, findet durch den Entlüftungskanal 34 ein Druckausgleich mit der Einlassleitung 22 statt, wodurch kein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 erfolgen kann. Nachteilig an einem solchen Entlüftungskanal 34 ist allerdings, dass dieser auch während eines Verdichtungshubs des Kolbenkompressors 10 geöffnet ist und in dieser Phase zu verdichtende Luft aus dem Verdichtungsraum 17 entweicht. Dies senkt die Effizienz des Kolbenverdichters 10. Der Entlüftungskanal 34 ist daher so ausgelegt, dass dieser nur einen geringen Querschnitt aufweist, um einen ausreichenden Druckausgleich während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 mit dem Einlasssystem 23 zu ermöglichen, andererseits aber bei hohen Drücken eine Drosselwirkung aufweist, um den Volumenstrom der abgeführten Luft zu begrenzen.In the in 6 In the example shown, the ventilation channel 34 is arranged in the area of the valve plate 20 on the top of the cylinder 14, so that a constant pressure equalization with the inlet line 32 of the piston compressor 10 takes place through the ventilation channel 34. If compressed air from the outlet line 27 reaches the compression chamber 17 while the piston compressor 10 is at a standstill, pressure equalization with the inlet line 22 takes place through the ventilation channel 34, as a result of which no pressure can build up in the compression chamber 17. However, the disadvantage of such a ventilation channel 34 is that it is also open during a compression stroke of the piston compressor 10 and air to be compressed escapes from the compression chamber 17 in this phase. This reduces the efficiency of the piston compressor 10. The ventilation channel 34 is therefore designed in such a way that it only has a small cross section in order to enable sufficient pressure equalization while the piston compressor 10 is at a standstill with the inlet system 23, but on the other hand has a throttling effect at high pressures, to limit the volume flow of the air removed.

7 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten beispielhaften Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in 7 entspricht weitgehend dem Aufbau des in 6 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus 7 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus 6 erläutert. 7 shows a schematic representation of a fourth exemplary piston compressor 10. The structure of the piston compressor 10 in 7 largely corresponds to the structure of the in 6 illustrated and described piston compressor 10, so that the same elements of the piston compressors 10 are designated with the same reference numerals. The following only explains the differences between the piston compressor 10 7 compared to the piston compressor 10 6 explained.

In 7 ist ein Kolbenkompressor 10 gezeigt, der auch eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 39 aufweist, der zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Im Entlüftungskanal 39 ist ein Sperrventil in Form eines Schwerkraftkugelventils 40 angeordnet, welches den Entlüftungskanal 39 dann schließt, wenn der Druck im Verdichtungsraum 17 einen vorbestimmten Wert übersteigt, welcher die Kugel des Schwerkraftkugelventils 40 entgegen deren Schwerkraft an einem oben im Schwerkraftkugelventil 40 angeordneten Ventilsitz drückt. Durch das Sperrventil wird so ein Entweichen von verdichteter Luft aus dem Verdichtungsraum 17 während eines Verdichtungshubs eingeschränkt.In 7 A piston compressor 10 is shown, which also has a ventilation device in the form of a ventilation channel 39 which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23. A check valve in the form of a gravity ball valve 40 is arranged in the ventilation channel 39, which closes the ventilation channel 39 when the pressure in the compression chamber 17 exceeds a predetermined value, which presses the ball of the gravity ball valve 40 against its gravity on a valve seat arranged at the top of the gravity ball valve 40. The check valve restricts the escape of compressed air from the compression chamber 17 during a compression stroke.

8 zeigt eine schematische Darstellung eines fünften beispielhaften Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in 8 entspricht weitgehend dem Aufbau des in 6 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus 8 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus 6 erläutert. 8th shows a schematic representation of a fifth exemplary piston compressor 10. The structure of the piston compressor 10 in 8th largely corresponds to the structure of the in 6 illustrated and described piston compressor 10, so that the same elements of the piston compressors 10 are designated with the same reference numerals. The following only explains the differences between the piston compressor 10 8th compared to the piston compressor 10 6 explained.

Auch der in 8 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 35 auf, der zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 angeordnet ist. Im Gegensatz zum Kolbenkompressor 10 aus 6 ist der Entlüftungskanal 35 im oberen Bereich der Wandung des Zylinders 14 angeordnet. Auch der Entlüftungskanal 35 stellt eine von Luft durchströmbare Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Zylinderkopfvolumen 24 her, die einen Druckausgleich zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Einlasssystem 23 ermöglicht.Also the one in 8th Piston compressor 10 shown has a ventilation device in the form of a ventilation channel 35, which is arranged between the compression chamber 17 and the inlet system 23. In contrast to the piston compressor 10 6 the ventilation channel 35 is arranged in the upper region of the wall of the cylinder 14. The ventilation channel 35 also creates a connection through which air can flow between the compression chamber 17 and the cylinder head volume 24, which enables pressure equalization between the compression chamber 17 and the intake system 23.

Wie in 8 gezeigt ist, kann der Entlüftungskanal 35 etwa in dem Bereich angeordnet sein, welchen der obere Kolbenring etwa 60° vor dem oberen Totpunkt des Kolbens 13 überstreicht. Dadurch wird während des Stillstands des Kolbenkompressors 10 ein Abführen von verdichteter Luft aus dem Verdichtungsraum 17 erreicht, die aus der Auslassleitung 27 dorthin gelangt, während der Kolbenkompressor 10 von der Antriebseinrichtung getrennt ist. Gleichzeitig wird jedoch verhindert, dass die Luft im Verdichtungsraum 17 während der Endphase des Verdichtungshubs hieraus entweicht.As in 8th is shown, the ventilation channel 35 can be arranged approximately in the area which the upper piston ring covers approximately 60 ° before the top dead center of the piston 13. As a result, while the piston compressor 10 is at a standstill, compressed air is removed from the compression chamber 17, which reaches there from the outlet line 27 while the piston compressor 10 is separated from the drive device. At the same time, however, the air in the compression chamber 17 is prevented from escaping during the final phase of the compression stroke.

9 zeigt eine schematische Darstellung eines sechsten beispielhaften Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in 9 entspricht weitgehend dem Aufbau des in 8 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus 9 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus 8 erläutert. 9 shows a schematic representation of a sixth exemplary piston compressor 10. The structure of the piston compressor 10 in 9 largely corresponds to the structure of the in 8th illustrated and described piston compressor 10, so that the same elements of the piston compressors 10 are designated with the same reference numerals. The following only explains the differences between the piston compressor 10 9 compared to the piston compressor 10 8th explained.

Der in 9 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 36 auf, der zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Inneren des Kurbelgehäuses 16 angeordnet ist. Wie beim Kolbenkompressor 10 aus 8 ist der Entlüftungskanal 36 im oberen Bereich der Wandung des Zylinders 14 angeordnet. Dieser stellt eine von Luft durchströmbare Verbindung zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Kurbelgehäuse 16 her. Da das Kurbelgehäuse 16 des Kolbenkompressors 10 gegenüber der Umgebung einen Druckausgleich ermöglicht, herrscht in dessen Innenraum im Wesentlichen Umgebungsdruck. Damit kann über den Entlüftungskanal 36 ein Druckausgleich zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Kurbelgehäuse 16 erfolgen.The in 9 Piston compressor 10 shown has a ventilation device in the form of a ventilation channel 36, which is arranged between the compression chamber 17 and the interior of the crankcase 16. As with the piston compressor 10 8th the ventilation channel 36 is arranged in the upper region of the wall of the cylinder 14. This creates a connection through which air can flow between the compression chamber 17 and the crankcase 16. Since the crankcase 16 of the piston compressor 10 enables pressure equalization with respect to the surroundings, there is essentially ambient pressure in its interior. This can be done via the ventilation channel 36 Pressure equalization between the compression chamber 17 and the crankcase 16 takes place.

10 zeigt eine schematische Darstellung eines siebsten beispielhaften Kolbenkompressors 10. Der Aufbau des Kolbenkompressors 10 in 10 entspricht weitgehend dem Aufbau des in 9 dargestellten und hierzu beschriebenen Kolbenkompressors 10, so dass gleiche Elemente der Kolbenkompressoren 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des Kolbenkompressors 10 aus 10 gegenüber dem Kolbenkompressor 10 aus 9 erläutert. 10 shows a schematic representation of a seventh exemplary piston compressor 10. The structure of the piston compressor 10 in 10 largely corresponds to the structure of the in 9 illustrated and described piston compressor 10, so that the same elements of the piston compressors 10 are designated with the same reference numerals. The following only explains the differences between the piston compressor 10 10 compared to the piston compressor 10 9 explained.

Der in 10 dargestellte Kolbenkompressor 10 weist eine Entlüftungseinrichtung in Form eines Entlüftungskanals 37 auf, der entsprechend dem Entlüftungskanal 36 aus 9 zwischen dem Verdichtungsraum 17 und dem Inneren des Kurbelgehäuses 16 angeordnet ist. Gegenüber dem Entlüftungskanal 36 aus 9 ist im Entlüftungskanal 37 ein Rückschlagventil 38 angeordnet, welches einen Rückfluss von Luft aus dem Kurbelgehäuse 16 in den Verdichtungsraum 17 verhindert. Das Rückschlagventil 38 kann dabei so ausgelegt sein, dass es bereits bei einer geringen Druckdifferenz zwischen dem Druck im Verdichtungsraum 17 und dem Druck im Kurbelgehäuse 16 öffnet, um einen Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 während einer Standzeit des Kolbenkompressors 10 zu verhindern.The in 10 Piston compressor 10 shown has a ventilation device in the form of a ventilation channel 37, which corresponds to the ventilation channel 36 9 between the compression chamber 17 and the interior of the crankcase 16 is arranged. Opposite the ventilation channel 36 9 A check valve 38 is arranged in the ventilation channel 37, which prevents air from flowing back from the crankcase 16 into the compression chamber 17. The check valve 38 can be designed so that it opens even at a small pressure difference between the pressure in the compression chamber 17 and the pressure in the crankcase 16 in order to prevent a pressure build-up in the compression chamber 17 during a downtime of the piston compressor 10.

11 zeigt eine Darstellung eines Details einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors 10, bei welchem das Einlassventil 21 die Entlüftungseinrichtung bildet. Die Elemente des Einlassventils 21 sind in 11 in Explosionsdarstellung gezeigt. Das Einlassventil 21 bildet den oberen Abschluss des Verdichtungsraums 17 im Zylinder 14. Die Ventilzunge 21a ist einstückig mit einem ersten Element des Einlassventils 21 ausgeführt, welches zwischen dem Zylinder 14 und einem Anlageelement 21b des Einlassventils 21 angeordnet ist. Das beispielhaft dargestellte Anlageelement 21b weist zwei Ventilöffnungen 21c auf, welche abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Verdichtungsraum 17 im Zylinder 14 und dem Druck im Einlasssystem 23 von der Ventilzunge 21a verschlossen werden. 11 shows a representation of a detail of a further exemplary embodiment of a piston compressor 10 according to the invention, in which the inlet valve 21 forms the ventilation device. The elements of the inlet valve 21 are in 11 shown in exploded view. The inlet valve 21 forms the upper end of the compression chamber 17 in the cylinder 14. The valve tongue 21a is designed in one piece with a first element of the inlet valve 21, which is arranged between the cylinder 14 and a contact element 21b of the inlet valve 21. The contact element 21b shown as an example has two valve openings 21c, which are closed by the valve tongue 21a depending on the pressure difference between the compression chamber 17 in the cylinder 14 and the pressure in the inlet system 23.

Die Ventilzunge 21a weist eine Krümmung auf, die derart gestaltet ist, dass die Ventilzunge 21a ab einem Druck im Verdichtungsraum 22 am Anlageelement 21b anliegt (gestrichelte Darstellung der Ventilzunge 21a) der im Ausführungsbeispiel 0,4 bar höher ist als der Druck im Einlasssystem 23 (Umgebungsdruck) und dabei die Ventilöffnungen 21c verschließt. Bei einer Druckdifferenz von weniger als 0,4 bar weist die Ventilzunge 21a stets eine Krümmung auf, dass eine Verbindung zwischen dem Einlasssystem 23 und dem Verdichtungsraum 17 besteht. So ist ein verdichtetes Gas, das in den Verdichtungsraum 17 gelangt ist, durch die Ventilöffnungen 21c des Einlassventils 21 in die Einlassleitung 22 abführbar, ohne dass ein Druckaufbau im Verdichtungsraum 17 des Kompressors 10 erfolgt.The valve tongue 21a has a curvature which is designed in such a way that the valve tongue 21a rests on the contact element 21b from a pressure in the compression chamber 22 (dashed representation of the valve tongue 21a) which in the exemplary embodiment is 0.4 bar higher than the pressure in the inlet system 23 ( Ambient pressure) and thereby closes the valve openings 21c. At a pressure difference of less than 0.4 bar, the valve tongue 21a always has a curvature so that there is a connection between the inlet system 23 and the compression chamber 17. A compressed gas that has entered the compression chamber 17 can be discharged through the valve openings 21c of the inlet valve 21 into the inlet line 22 without pressure building up in the compression chamber 17 of the compressor 10.

Bei einer anderen, nicht gezeigten aber in gleicher Weise wirkenden Ausführungsform des Kolbenkompressors 10 kann das Einlassventil 21 auch ein Anlageelement 21b aufweisen, das im Bereich der Ventilöffnungen 21c eine Vertiefung aufweist, so dass die Ventilzunge 21a auch bei dieser Ausführung erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum 17 dichtend am Anlageelement 21b anliegt.In another embodiment of the piston compressor 10, not shown but acting in the same way, the inlet valve 21 can also have a contact element 21b, which has a recess in the area of the valve openings 21c, so that the valve tongue 21a only opens at a predetermined pressure in this embodiment Compression chamber 17 rests sealingly on the contact element 21b.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

33
Kupplungcoupling
1010
KolbenkompressorPiston compressor
1111
Kurbelwellecrankshaft
1212
Pleuelconnecting rod
1313
KolbenPistons
1414
Zylindercylinder
1515
Kurbeltriebcrank drive
1616
Kurbelgehäusecrankcase
1717
Verdichtungsraumcompression space
2020
VentilplatteValve plate
2121
EinlassventilInlet valve
21a21a
Ventilzungevalve tongue
21b21b
AnlageelementInvestment element
21c21c
VentilöffnungValve opening
2222
EinlassleitungInlet pipe
2323
EinlasssystemIntake system
2424
Zylinderkopfvolumen (Einlass)Cylinder head volume (intake)
2626
Auslassventiloutlet valve
26a26a
Ventilzungevalve tongue
26b26b
VentilsitzValve seat
26c26c
AnlageelementInvestment element
2727
Auslassleitungoutlet line
27a27a
Zylinderkopfvolumen (Auslass)Cylinder head volume (exhaust)
2828
AuslassöffnungExhaust opening
3131
2/2-Wegeventil2/2 way valve
31a31a
SteuerleitungControl line
3232
Rückschlagventilcheck valve
32a32a
SteuerleitungControl line
3333
Rückschlagventilcheck valve
3434
Entlüftungskanalvent channel
3535
Entlüftungskanalvent channel
3636
Entlüftungskanalvent channel
3737
Entlüftungskanalvent channel
3838
Rückschlagventilcheck valve
3939
Rückschlagventilcheck valve
4040
SchwerkraftkugelventilGravity ball valve

Claims (9)

Kolbenkompressor zum Verdichten eines Gases, der optional mittels einer Kupplung (3) von einer Antriebseinrichtung trennbar ist, mit einem Einlassventil (21), welches zwischen einer Einlassleitung (22) für zu verdichtendes Gas und einem Verdichtungsraum (17) des Kolbenkompressors (10) angeordnet ist und einem Auslassventil (26), welches zwischen dem Verdichtungsraum (17) des Kolbenkompressors (10) und einer Auslassleitung (27) für verdichtetes Gas angeordnet ist, wobei der Kolbenkompressor (10) eine Entlüftungseinrichtung (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 39) aufweist, durch welche verdichtetes Gas, das während der Trennung des Kolbenkompressors (10) von der Antriebseinrichtung aus der Auslassleitung (27) zurück in den Verdichtungsraum (17) gelangt, aus dem Verdichtungsraum (17) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (21) die Entlüftungseinrichtung bildet, wobei das Einlassventil (21) so ausgebildet ist, dass damit eine Verbindung zwischen der Einlassleitung (22) und dem Verdichtungsraum (17) erst ab einem vorbestimmten Druck im Verdichtungsraum (17) verschließbar ist, wobei der vorbestimmte Druck wenigstens 0,1 bar, bevorzugt wenigstens 0,2 bar und insbesondere wenigstens 0,5 bar höher ist als der Druck in der Einlassleitung (22).Piston compressor for compressing a gas, which can optionally be separated from a drive device by means of a clutch (3), with an inlet valve (21) which is arranged between an inlet line (22) for gas to be compressed and a compression chamber (17) of the piston compressor (10). is and an outlet valve (26), which is arranged between the compression chamber (17) of the piston compressor (10) and an outlet line (27) for compressed gas, the piston compressor (10) having a ventilation device (31, 32, 33, 34, 35 , 36, 37, 39), through which compressed gas, which passes from the outlet line (27) back into the compression chamber (17) during the separation of the piston compressor (10) from the drive device, can be removed from the compression chamber (17), characterized in that the inlet valve (21) forms the ventilation device, the inlet valve (21) being designed in such a way that a connection between the inlet line (22) and the compression chamber (17) can only be closed from a predetermined pressure in the compression chamber (17). is, wherein the predetermined pressure is at least 0.1 bar, preferably at least 0.2 bar and in particular at least 0.5 bar higher than the pressure in the inlet line (22). Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verdichtete Gas aus dem Verdichtungsraum (17) in einen Bereich mit Umgebungsdruck abführbar ist, der von der Umgebung selbst, einem mit einem Einlasssystem (23) verbundenen Gasraum (22, 24) oder dem Inneren eines Kurbelgehäuses (16) gebildet wird.Piston compressor after Claim 1 , characterized in that the compressed gas can be discharged from the compression chamber (17) into an area with ambient pressure, which is from the environment itself, a gas space (22, 24) connected to an inlet system (23) or the interior of a crankcase (16) is formed. Kolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine schaltbare Ventileinrichtung (31, 32) die Entlüftungseinrichtung bildet.Piston compressor according to one of the preceding claims, characterized in that a switchable valve device (31, 32) forms the venting device. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (33) die Entlüftungseinrichtung bildet.Piston compressor according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that a check valve (33) forms the ventilation device. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (21) einen konkav ausgebildeten Ventilsitz und eine eben ausgebildete Ventilzunge aufweist, so dass die Ventilzunge erst nach einer durch den Druck im Verdichtungsraum (17) bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz anliegt.Piston compressor according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the inlet valve (21) has a concave valve seat and a flat valve tongue, so that the valve tongue only lies sealingly against the valve seat after an elastic deformation caused by the pressure in the compression chamber (17). Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (21) einen eben ausgebildeten Ventilsitz und eine gebogen ausgebildete Ventilzunge aufweist, so dass die Ventilzunge erst nach einer durch den Druck im Verdichtungsraum (17) bewirkten elastischen Verformung dichtend an dem Ventilsitz anliegt.Piston compressor according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the inlet valve (21) has a flat valve seat and a curved valve tongue, so that the valve tongue only lies sealingly against the valve seat after an elastic deformation caused by the pressure in the compression chamber (17). Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entlüftungskanal (34, 35, 36, 39) die Entlüftungseinrichtung bildet.Piston compressor according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that a ventilation channel (34, 35, 36, 39) forms the ventilation device. Kolbenkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ende des Entlüftungskanals (34, 35, 36, 39) in einer Ventilplatte (20) oder in einer Zylinderwandung (14) angeordnet ist.Piston compressor after Claim 7 , characterized in that at least one end of the ventilation channel (34, 35, 36, 39) is arranged in a valve plate (20) or in a cylinder wall (14). Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Entlüftungskanal (34, 35, 36, 39) ein Rückschlagventil (38) oder ein Sperrventil (40) angeordnet ist.Piston compressor according to one of the Claims 7 or 8th , characterized in that a check valve (38) or a check valve (40) is arranged in the ventilation channel (34, 35, 36, 39).
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