DE10330366A1

DE10330366A1 - Piston compressor for generating compressed air in motor vehicles, has a piston to move to and fro inside a cylinder by means of a driving motor

Info

Publication number: DE10330366A1
Application number: DE2003130366
Authority: DE
Inventors: Markus Lindner
Original assignee: DBW METALLVERARBEITUNG GmbH
Current assignee: DBW METALLVERARBEITUNG GmbH
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

A piston (28) fastens on a con-rod (22) linked to a crank disk (20) via a bearing (24) and a linkage device (26). During the start-up phase for a piston compressor in the compressor's compression phase, an inlet valve has a defined free valve opening, which is reduced, or closed in particular, during an operating phase linked to the start-up phase.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, mit einem innerhalb eines Zylinders mittels einer Antriebsmaschine hin- und herbewegbaren Kolben, wobei ein Arbeitsraum des Zylinders über wenigstens ein Auslassventil mit einem Druckziel und über wenigstens ein Einlassventil mit einer Druckquelle in Verbindung steht.The The invention relates to a reciprocating compressor, with one within a Cylinder by means of a prime mover back and forth Piston, wherein a working space of the cylinder via at least one exhaust valve with a print destination and over at least one inlet valve communicates with a pressure source stands.

Kolbenverdichter der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Kolbenverdichter der hier angesprochenen Art dienen beispielsweise der Erzeugung von Druckluft in Kraftfahrzeugen. Hierbei wird der Kolben des Kolbenverdichters über eine aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges speisbare elektrische Maschine angetrieben. Für die optimierte Auslegung des Kolbenverdichters, insbesondere bei hohen Verdichterwirkungsgraden, gemessen über der Funktionsdauer des Verdichters ist es erforderlich, unter den gegebenen Bedingungen, wie maximale Stromaufnahme und Lieferleistung des Verdichters, einen Kompromiss zwischen Motordrehmoment des verwendeten Elektromotors über der Drehzahl oder einer Drehmomentwandlung zu finden. Hier sind Lösungen mit drehmomentstarken Elektromotoren oder der Drehmomentwandlung eines leistungsschwächeren Elektromotors bekannt.piston compressor of the generic type known. Piston compressors of the type discussed here serve, for example the production of compressed air in motor vehicles. Here is the Piston of the reciprocating compressor over a fed from the electrical system of the motor vehicle electric Machine driven. For the optimized design of the reciprocating compressor, especially at high compressor efficiencies, measured over the service life of the Compressor it is necessary, under the given conditions, such as maximum power consumption and delivery capacity of the compressor, one Compromise between engine torque of the electric motor used over the To find speed or a torque conversion. Here are solutions with high torque Electric motors or torque conversion of a lower-power electric motor known.

Bei der Auslegung des Kolbenverdichters muss gewährleistet sein, dass während der Startphase, insbesondere beim ersten Hub des Kolbens, der Anlaufstrom des Elektromotors unter einem vorgegebenen Maximalwert gehalten wird. Überschreitet der Anlaufstrom des Elektromotors diesen Maximalwert, wird regelmäßig der Elektromotor durch Auslösen einer Sicherung vom Bordnetz getrennt. Dieser hohe Anlaufstrom ergibt sich insbesondere, da während des ersten Hubes die Kraft auf den Kolben durch die Verdichtung des gasförmigen Mediums im Arbeitsraum des Verdichters so groß wird, dass das Drehmoment des Elektromotors nicht ausreichend ist, um diese Kraft zu überwinden.at The design of the reciprocating compressor must be ensured during the Starting phase, in particular during the first stroke of the piston, the starting current the electric motor is kept below a predetermined maximum value becomes. exceeds the starting current of the electric motor this maximum value is regularly the Electric motor by tripping a fuse disconnected from the electrical system. This high starting current results especially since, during the first stroke the force on the piston due to the compression of the piston gaseous Medium in the working space of the compressor becomes so great that the torque of the electric motor is not sufficient to overcome this force.

Aus DE 201 11 182 U1 ist ein Federelement für einen Kolben eines Kolbenverdichters bekannt, das zwischen einem Kolbenteller und einem Kolbenkopf angeordnet ist. Dieses Federelement soll während des Anlaufens des Kolbenverdichters einen anfänglichen Druckausgleich schaffen, so dass der Anlaufstrom eines Elektromotors begrenzt ist. Unter anderem wird vorgeschlagen, das Federelement mit dieses durchdringende Öffnungen auszubilden. Hierdurch wird eine gezielte Leckage erreicht. Nachteilig ist jedoch, dass diese Leckage über den gesamten Betriebszeitraum des Kolbenverdichters vorhanden ist, so dass über hiermit verbundene Verluste der Wirkungsgrad des Kolbenverdichters erheblich reduziert ist.Out DE 201 11 182 U1 a spring element for a piston of a reciprocating compressor is known, which is arranged between a piston plate and a piston head. This spring element is intended to create an initial pressure equalization during the startup of the reciprocating compressor, so that the starting current of an electric motor is limited. Among other things, it is proposed to form the spring element with this penetrating openings. As a result, a targeted leakage is achieved. The disadvantage, however, is that this leakage over the entire period of operation of the reciprocating compressor is present, so that the losses of the associated efficiency of the reciprocating compressor is considerably reduced.

Aus EP 0 725 898 B1 ist ein Kolben für Kolbenverdichter für gasförmige Medien bekannt, der ein kolbenintegriertes Einlassventil umfasst. Dieses Einlassventil besitzt einen beweglichen Ventildeckel, der während der Aufwärtsbewegung des Kolbens schließt, so dass eine Verdichtung stattfinden kann, und der während der Abwärtsbewegung des Kolbens öffnet, so dass eine Verbindung zu einer Druckquelle gegeben ist.Out EP 0 725 898 B1 For example, a piston for piston compressors for gaseous media is known, which comprises a piston-integrated inlet valve. This inlet valve has a movable valve cover which closes during the upward movement of the piston, so that compression can take place, and during the downward movement of the piston opens, so that a connection is made to a pressure source.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenverdichter der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und der einen hohen Wirkungsgrad besitzt und eine Drehmomentbegrenzung der Antriebsmaschine gestattet.Of the Invention is based on the object, a reciprocating compressor of generic type to create, which is characterized by a simple structure and which has a high efficiency and a torque limiter allowed the prime mover.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Kolbenverdichter mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass wenigstens ein Einlassventil während einer Startphase (Anlaufphase) des Kolbenverdichters zumindest in der Kompressionsphase des Kolbenverdichters einen definierten freien Durchlassquerschnitt aufweist und während einer sich an die Startphase anschließenden Betriebsphase des Kolbenverdichters der Durchlassquerschnitt verringert, insbesondere geschlossen ist, wird vorteilhaft erreicht, dass während der Startphase gezielt Kompressionsverluste impliziert sind, während während der Betriebsphase diese Kompressionsverluste zumindest verringert beziehungsweise verhindert sind. Diese lediglich in der Startphase vorgesehenen Kompressionsverluste führen dazu, dass ein Druckausgleich für den Arbeitsraum des Kolbenverdichters geschaffen ist, so dass der Kolben gegen einen reduzierten Druck arbeitet. Hierdurch wird eine Drehmomentbegrenzung der Antriebsmaschine in der Startphase erreicht, so dass bei elektrischen Antriebsmaschinen der Anlassstrom begrenzt ist, so dass ein Überschreiten des vorgegebenen maximalen Anlassstromes verhindert wird. Andererseits führt die Verringerung des freien Durchlassquerschnittes, Idealerweise gegen Null, während der Betriebsphase des Kolbenverdichters dazu, dass die anfänglichen gewünschten Verdichterverluste während des Betriebes vermieden sind, so dass der Kolbenverdichter sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.According to the invention this Task by a reciprocating compressor with the mentioned in claim 1 Characteristics solved. Characterized in that at least one inlet valve during a start-up phase (start-up phase) the reciprocating compressor, at least in the compression phase of the reciprocating compressor has a defined free passage cross section and during a following the start phase Operating phase of the reciprocating compressor reduces the passage cross-section, is closed in particular, is advantageously achieved that during the starting phase targeted compression losses are implied while during the operational phase these compression losses at least reduced or prevented. These only compression losses in the starting phase lead to that a pressure equalization for the working space of the reciprocating compressor is created, so that the Piston works against a reduced pressure. This will be a Torque limitation of the prime mover reached in the starting phase, so limited in electric drive machines, the starting current is, so a crossing the predetermined maximum starting current is prevented. on the other hand leads the Reduction of the free passage cross-section, ideally against Zero while the operating phase of the reciprocating compressor to the initial desired Compressor losses during of the operation are avoided, so that the reciprocating compressor itself characterized by high efficiency.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einlassventil in den Kolben des Kolbenverdichters integriert ist. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise die Abhängigkeit des momentanen definierten freien Durchlassquerschnittes des Einlassventils mit der Kolbenbewegung verknüpfen. Insbesondere kann so die Verringerung des freien Durchlassquerschnittes des Einlassventils mit der Dynamik des Kolbens verbunden werden, so dass eine Selbststeuerung der Einstellung beziehungsweise der Reduzierung des freien Durchlassquerschnittes des Einlassventils über der Zeit möglich ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the inlet valve is integrated in the piston of the reciprocating compressor. As a result, the dependence of the currently defined free passage cross section of the inlet valve can be linked to the piston movement in a simple manner. In particular, so can the reduction of the free En passage cross-section of the intake valve can be connected to the dynamics of the piston, so that a self-control of the setting or the reduction of the free passage area of the intake valve over time is possible.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the others, in the subclaims mentioned features.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below in an embodiment with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 eine Schnittdarstellung durch einen Kolbenverdichter mit Kolbenstellung unterer Totpunkt; 1 a sectional view through a piston compressor with piston position bottom dead center;

2 eine Schnittdarstellung durch einen Kolbenverdichter mit Kolbenstellung oberer Totpunkt; 2 a sectional view through a piston compressor with piston position top dead center;

3 eine Explosionsdarstellung des Kolbens; 3 an exploded view of the piston;

4 eine Detaildarstellung des Kolbens; 4 a detailed view of the piston;

5 eine vergrößerte Detailansicht des Kolbens; 5 an enlarged detail view of the piston;

6 eine Ansicht des Kolbens und 6 a view of the piston and

7 eine Draufsicht auf eine Ventilfeder. 7 a plan view of a valve spring.

1 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung durch einen insgesamt mit 10 bezeichneten Kolbenverdichter. Der Kolbenverdichter 10 umfasst ein Verdichtergehäuse 12, an dem ein hier nur teilweise dargestelltes Antriebsgehäuse 14 angeflanscht ist. Verdichtergehäuse 12 und Antriebsgehäuse 14 können auch einteilig ausgebildet sein. Das Antriebsgehäuse 14 nimmt einen nicht näher dargestellten Elektromotor 16 auf, dessen Antriebswelle 18 mit einer Kurbelscheibe 20 kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist. Die Kurbelscheibe 20 ist hierbei als Exzenterscheibe ausgebildet. 1 shows a partial sectional view through a total with 10 designated piston compressor. The piston compressor 10 includes a compressor housing 12 , on which a here only partly shown drive housing 14 is flanged. compressor housing 12 and drive housing 14 can also be formed in one piece. The drive housing 14 takes an unspecified electric motor 16 on, whose drive shaft 18 with a crank disc 20 positively and / or positively connected. The crank disc 20 is designed here as an eccentric disc.

Ein Pleuel 22 ist über ein Wälz- oder Gleitlager 24 mit der Kurbelscheibe 20 verbunden. Ein Verbindungsmittel 26 dient hierbei der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Pleuel 22 und Kurbelscheibe 20.A connecting rod 22 is via a rolling or sliding bearing 24 with the crank disc 20 connected. A lanyard 26 serves the non-positive connection between the connecting rod 22 and crank disc 20 ,

An dem der Kurbelscheibe 20 abgewandten Ende trägt der Pleuel 22 einen insgesamt mit 28 bezeichneten Kolben, der innerhalb eines Zylinders 30 dicht geführt ist. Der Zylinder 30 ist in das Verdichtergehäuse 12 eingebracht. Der Zylinder 30 wird einerseits von dem Kolben 28 und andererseits durch einen Deckel 32 begrenzt. Der Deckel 32 ist fest mit dem Zylinder 30 verbunden und bildet einen Auslassstutzen 34 aus. Der Deckel 32 umfasst ein Auslassventil 36, während der Kolben 28 ein Einlassventil 38 umfasst. Zwischen Kolben 28 und Deckel 32 ist ein Arbeitsraum 40 des Kolbenverdichters 10 ausgebildet.At the crank disc 20 opposite end carries the connecting rod 22 a total of 28 designated piston, which is within a cylinder 30 is tightly guided. The cylinder 30 is in the compressor housing 12 brought in. The cylinder 30 on the one hand from the piston 28 and on the other hand by a lid 32 limited. The lid 32 is stuck to the cylinder 30 connected and forms an outlet 34 out. The lid 32 includes an exhaust valve 36 while the piston 28 an inlet valve 38 includes. Between pistons 28 and lid 32 is a workroom 40 of the reciprocating compressor 10 educated.

Eine Längsachse 42 der Antriebswelle 18 und eine Längsachse 44 des Lagers 24 beziehungsweise des Verbindungsmittels 26 besitzen einen Abstand 1, der dem halben Hub des Kolbens 28 entspricht.A longitudinal axis 42 the drive shaft 18 and a longitudinal axis 44 of the camp 24 or the connecting agent 26 have a distance 1 , the half stroke of the piston 28 equivalent.

Der in 1 dargestellte Kolbenverdichter 10 zeigt folgende allgemeine, an sich bekannte Funktion: Während des bestimmungsgemäßen Einsatzes wird über den Elektromotor 16 die Antriebswelle 18 in Rotation versetzt. Diese nimmt die drehfest auf der Antriebswelle 18 befestigte Kurbelscheibe 20 mit, so dass das Verbindungsmittel 26 mit dem Lager 24 um die Antriebsachse 18 rotiert. Der am Lager 24 befestigte Pleuel 22 erfährt somit eine hier entsprechend dem Doppelpfeil 46 angedeutete hin- und hergehende Hubbewegung. Der gesamte Hub des Kolbens 28 beträgt das Doppelte des Abstandes 1.The in 1 shown piston compressor 10 shows the following general, known per se function: During the intended use is via the electric motor 16 the drive shaft 18 set in rotation. This takes the rotationally fixed on the drive shaft 18 attached crank disc 20 with, so that the lanyard 26 with the warehouse 24 around the drive axle 18 rotates. The in stock 24 fastened connecting rods 22 thus experiences a here according to the double arrow 46 indicated reciprocating stroke movement. The entire stroke of the piston 28 is twice the distance 1 ,

Durch die Hubbewegung 46 wird der Arbeitsraum 40 des Kolbenverdichters 10 alternierend verkleinert beziehungsweise vergrößert. Bei der Verkleinerung des Arbeitsraumes 40 wird ein sich im Arbeitsraum 40 befindendes Medium, beispiels weise Luft, verdichtet. Die Verdichtung führt dazu, dass ein Druck p₁ im Arbeitsraum 40 ansteigt. Erreicht dieser Druck p₁ einen vorgebbaren Öffnungsdruck des Auslassventilen 36, wird das komprimierte Medium über den Auslassstutzen 34 einem Druckziel zugeführt. während der Abwärtsbewegung des Pleuels 22 und somit des Kolbens 28 öffnet das Einlassventil 38, so dass ein von einer Druckquelle, beispielsweise der Umgebungsatmosphäre unter einem Druck p₂ stehendes Medium in den Arbeitsraum 40 gesaugt wird. Aufgrund der alternierenden Bewegung des Kolbens 28 kann in an sich bekannter Weise ein Verbraucher mit Druckluft versorgt werden. Derartige Verbraucher sind beispielsweise in Kraftfahrzeugen angeordnet. Der Kolbenverdichter 10 kann beispielsweise als Reifenreparatur-Kompressor, als Druckluftquelle für pneumatisch betätigbare Stelleinrichtungen, beispielsweise Sitzverstellung, Dämpfungsvorrichtungen oder dergleichen, dienen.By the lifting movement 46 becomes the workroom 40 of the reciprocating compressor 10 alternately reduced or enlarged. When reducing the working space 40 becomes one in the workroom 40 located medium, example, air, compressed. The compression causes a pressure p ₁ in the working space 40 increases. If this pressure p _{1 reaches} a predefinable opening pressure of the outlet valves 36 , the compressed medium is through the outlet port 34 supplied to a printing destination. during the downward movement of the connecting rod 22 and thus the piston 28 opens the inlet valve 38 such that a medium which is under the pressure p ₂ from a pressure source, for example the ambient atmosphere, enters the working space 40 is sucked. Due to the alternating movement of the piston 28 can be supplied in a conventional manner, a consumer with compressed air. Such consumers are arranged for example in motor vehicles. The piston compressor 10 For example, can serve as a tire repair compressor, as a source of compressed air for pneumatically actuated actuators, such as seat adjustment, damping devices or the like.

2 zeigt den Kolbenverdichter 10 in einer Arbeitsstellung, bei der sich der Kolben 28 im oberen Totpunkt befindet. Gleiche Teile wie in 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. 2 shows the piston compressor 10 in a working position where the piston 28 located at top dead center. Same parts as in 1 are provided with the same reference numerals and not explained again.

Anhand dieser Darstellung wird verdeutlicht, dass der Arbeitsraum 40 des Kolbenverdichters 10 auf sein Minimum reduziert ist, so dass nach geöffnetem Auslassventil 36 der Arbeitsdruck p₁ am Ausgang des Auslassstutzens 34 anliegt.On the basis of this representation, it is made clear that the working space 40 of the reciprocating compressor 10 is reduced to its minimum, so that after the exhaust valve is open 36 the working pressure p ₁ at the outlet of the outlet 34 is applied.

3 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Kolben 28 mit dem integrierten Einlassventil 38. Der Kolben 28 ist auf dem Pleuel 22 befestigt, das wiederum über das Lager 24 und das Verbindungsmittel 26 mit der Kurbelscheibe 20 verbunden ist. 3 shows in an exploded view of the piston 28 with the integrated inlet valve 38 , The piston 28 is on the connecting rod 22 attached, in turn, over the camp 24 and the connecting means 26 with the crank disc 20 connected is.

Der Kolben 28 besteht aus einem Kolbenring 48, dessen Außenumfangsfläche 50 in Berührungskontakt mit der Innenfläche des Zylinders 30 steht. Der Kolben 28 umfasst ferner einen scheibenförmigen Ventilteller 52, der Durchbrüche 54 aufweist. Die Durchbrüche 54 sind nierenförmig um eine Verdichterachse 56 angeordnet. Der Ventilteller 52 besitzt ferner eine zentrale Öffnung 58, die mit einer Gewindebohrung 60 des Pleuels 22 fluchtet. An den Ventilteller 52 schließt sich eine Ventilscheibe 62 an. Die Ventilscheibe 62 besitzt einen Außendurchmesser, der in etwa mit einer gedachten Umfangslinie der Durchbrüche 54 des Ventiltellers 52 um die Verdichterachse 56 zusammenfällt. In der Ebene betrachtet fluchtet die Oberfläche der Ventilscheibe 62 bei zusammengebautem Kolben 28 mit einer Auflagefläche 64 eines ringförmigen Innenbundes 66 des Kolbenringes 48. Auf der Ventilscheibe 62 liegt ein Distanzring 68, auf dem wiederum ein scheibenförmiges Federelement 70 aufliegt. Oberhalb des Federelementes 70 ist ein weiterer Ventilteller 72 angeordnet, der ebenfalls über den Umfang nierenförmig ausgebildete Durchbrüche 74 aufweist. Der Kolben 28, das heißt die Teile 52, 62, 48, 68, 70 und 72, sind durch eine Gewindeschraube 76 kraftschlüssig miteinander verbunden, wobei die Gewindeschraube 76 in die Gewindebohrung 60 des Pleuels 22 einschraubbar ist. Hierzu besitzen diese Teile alle die Öffnung 58.The piston 28 consists of a piston ring 48 , whose outer peripheral surface 50 in contact with the inner surface of the cylinder 30 stands. The piston 28 further comprises a disk-shaped valve disk 52 , the breakthroughs 54 having. The breakthroughs 54 are kidney-shaped around a compressor axis 56 arranged. The valve plate 52 also has a central opening 58 that with a threaded hole 60 of the connecting rod 22 flees. To the valve plate 52 closes a valve disc 62 at. The valve disc 62 has an outer diameter which is approximately with an imaginary circumferential line of the apertures 54 of the valve disk 52 around the compressor axis 56 coincides. Viewed in the plane, the surface of the valve disc is aligned 62 with assembled piston 28 with a support surface 64 an annular inner collar 66 of the piston ring 48 , On the valve disc 62 is a spacer ring 68 , on the turn, a disc-shaped spring element 70 rests. Above the spring element 70 is another valve plate 72 arranged, which also has kidney-shaped breakthroughs over the circumference 74 having. The piston 28 that is the parts 52 . 62 . 48 . 68 . 70 and 72 , are by a threaded screw 76 non-positively connected to each other, wherein the threaded screw 76 into the threaded hole 60 of the connecting rod 22 can be screwed. These parts all have the opening 58 ,

Nach weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Verbindung der Einzelteile des Kolbens 28 auch über eine Niet-, eine Rastverbindung oder dergleichen erfolgen.According to further embodiments, not shown, the connection of the individual parts of the piston 28 also via a rivet, a snap connection or the like.

In den 4 und 5 sind jeweils Schnittansichten des Kolbens 28 im Detail gezeigt. Gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.In the 4 and 5 are each sectional views of the piston 28 shown in detail. The same parts as in the preceding figures are again provided with the same reference numerals and not explained again.

Anhand dieser Darstellungen wird deutlich, dass der Kolbenring 48 einerseits an seiner Umfangsfläche 50 dichtend mit dem Zylinder 30 in Kontakt steht. Die Umfangsfläche 50 ist konvex ausgebildet, so dass im Wesentlichen eine Linienbe rührung besteht. Diese garantiert eine besonders gute Abdichtung. Gleichzeitig wird durch die konvexe Ausbildung das geringfügige Hin- und Herkanten des Kolbens 28 während der Auf- und Abbewegung nicht behindert und gleichzeitig immer eine dichte Anlage an den Zylinder 30 gewährleistet. Der Kolbenring 48 nimmt in seinem Innenraum die mittels Verbindungsmittel 76 gefügten Einzelteile des Kolbens 28, nämlich den Ventilteller 52, die Ventilscheibe 62, den Distanzring 68, das Federelement 70 sowie den Ventilteller 72, auf.It is clear from these illustrations that the piston ring 48 on the one hand on its peripheral surface 50 sealing with the cylinder 30 in contact. The peripheral surface 50 is convex, so that there is essentially a line touch. This guarantees a particularly good seal. At the same time by the convex training, the slight back and forth of the piston 28 during the up and down movement does not obstruct and at the same time always a tight contact with the cylinder 30 guaranteed. The piston ring 48 takes in its interior the means of connection 76 joined items of the piston 28 namely, the valve plate 52 , the valve disc 62 , the spacer ring 68 , the spring element 70 as well as the valve plate 72 , on.

Insbesondere in der vergrößerten Darstellung in 5 wird deutlich, dass durch die Anordnung des Distanzringes 68 zwischen dem Federelement 70 und der Ventilscheibe 62 ein Ringspalt 78 mit einer Spaltweite w ausgebildet ist. Das Federelement 70 liegt somit an seinem Außenumfang nicht auf der Auflagefläche 64 des Bundes 66 des Kolbenringes 48 auf. Insofern besteht – statisch betrachtet – eine durchgehende Verbindung über die Durchbrüche 74, den Ringspalt 78 und die Durchbrüche 54 zwischen der dem Arbeitsraum 40 zugewandten Seite des Kolbens 28 und der der Druckquelle zugewandten Seite des Kolbens 28. Zwischen dem Außenumfang des Federelementes 70 und der Auflagefläche 64 ist ein Ventilsitz des Einlassventiles 38 ausgebildet. Im Ausgangszustand ist – entsprechend der Spaltweite w des Ringsspaltes 78 – das Einlassventil 38 nicht komplett geschlossen.In particular, in the enlarged view in 5 becomes clear that by the arrangement of the spacer ring 68 between the spring element 70 and the valve disc 62 an annular gap 78 is formed with a gap width w. The spring element 70 is thus not on the outer periphery on the support surface 64 of the federal government 66 of the piston ring 48 on. In this respect, there is - from a static point of view - a continuous connection via the breakthroughs 74 , the annular gap 78 and the breakthroughs 54 between the work space 40 facing side of the piston 28 and the pressure source side facing the piston 28 , Between the outer circumference of the spring element 70 and the bearing surface 64 is a valve seat of the intake valve 38 educated. In the initial state is - according to the gap width w of the annular gap 78 - the inlet valve 38 not completely closed.

6 zeigt in einer Schnittansicht eine Detailvergrößerung des Kolbens 28 im Bereich des Verbindungsmittels 76. Hier wird deutlich, dass nach einer weiteren Ausführungsvariante sowohl zwischen dem Felderelement 70 und der Ventilscheibe 62 und dem Federelement 70 und dem Ventilteller 72 jeweils ein Distanzring 68 beziehungsweise 68' angeordnet sein kann. Ein Durchmesser des Distanzringes 68 ist sehr viel kleiner gewählt als ein Durchmesser des Federelementes 70. Hierdurch ergibt sich, dass das Federelement 70 frei in den zwischen Ventilscheibe 62 und Ventilteller 72 ausgebildeten Raum einkragt. Die Spaltweite w wird hierbei durch die Dicke des Distanzringes 68 bestimmt. 6 shows in a sectional view an enlarged detail of the piston 28 in the area of the bonding agent 76 , Here it becomes clear that, according to a further embodiment, both between the field element 70 and the valve disc 62 and the spring element 70 and the valve plate 72 one spacer each 68 respectively 68 ' can be arranged. A diameter of the spacer ring 68 is chosen much smaller than a diameter of the spring element 70 , This results in that the spring element 70 free in the between valve disc 62 and valve plates 72 einkragt trained space. The gap width w is in this case by the thickness of the spacer ring 68 certainly.

In 7 ist in einer Draufsicht und in einer Seitenansicht das Federelement 70 gezeigt. Es wird deutlich, dass das Federelement 70 scheibenförmig ausgebildet ist und in der Mitte die Durchgangsöffnung für das Verbindungsmittel 76 aufweist. Das Federelement 70 besitzt zwei im Wesentlichen langgestreckte Durchbrüche 80, die sich im Wesentlichen kreisförmig um die Durchgangsöffnung 58 erstrecken und deren Enden in diametral gegenüber liegenden Kreissegmenten koaxial zur Verdichterachse 56 verlaufen. Hierdurch kommt es zur Ausbildung von Federbeinen 82, über die ein mittlerer Bereich 84 – innerhalb der Durchbrüche 80 – mit dem außerhalb der Durchbrüche liegende Bereich des Federelementes 70 verbunden ist. Entsprechend der Größe der Kreissegmente ergibt sich eine Länge fs der Federbeine 82. Die Kreissegmente zur Bildung der Federbeine 82 besitzen beispielsweise einen Winkel zwischen 1° und 90°, beispielsweise 60°.In 7 is in a plan view and a side view of the spring element 70 shown. It becomes clear that the spring element 70 is disc-shaped and in the middle of the passage opening for the connecting means 76 having. The spring element 70 has two substantially elongated openings 80 which is substantially circular about the passage opening 58 extend and their ends in diametrically opposite circular segments coaxial with the compressor axis 56 run. This leads to the formation of struts 82 , over which a middle range 84 - within the breakthroughs 80 - With the lying outside of the openings region of the spring element 70 connected is. According to the size of the circle segments results in a length fs of the struts 82 , The circle segments to form the struts 82 For example, have an angle between 1 ° and 90 °, for example, 60 °.

Wie die Seitenansicht in 7 zeigt, besitzt das Federelement 70 eine Dicke d.Like the side view in 7 shows, has the spring element 70 a thickness d.

Neben der bereits erläuterten allgemeinen Funktion zeigt der erfindungsgemäße Kolbenverdichter 10, mit den in den 1 bis 7 gezeigten Aufbau, folgende Wirkungsweise.In addition to the already explained general function shows the piston compressor according to the invention 10 , with the in the 1 to 7 shown construction, the following mode of action.

Wird die Kurbelscheibe 20 über den Elektromotor 16 in Rotation versetzt, bewegt sich aufgrund der Kopplung des Pleuels 22 mit der Kurbelscheibe 20 der Kolben 28 innerhalb des Zylinders 30 vom unteren Totpunkt (1) zum oberen Totpunkt (2). Hierbei wird das im Arbeitsraum 40 befindliche Medium, insbesondere Luft, verdichtet. Die Verdichtung ist dann abgeschlossen, wenn das Auslassventil 36 öffnet und das verdichtete Medium kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes über den Auslassstutzen 34 zum Druckziel abgibt. Durch die Kompression des sich im Arbeitsraum 40 befindenden Mediums wird eine Kraft auf die Querschnittsfläche des Kolbens 28 ausgeübt. Diese Kraft wirkt auf das Federelement 70. In der Startphase des Kolbenverdichters 10, das heißt, innerhalb der ersten Umdrehung beziehungsweise der ersten Umdrehungen der Antriebswelle 18 des Elektromotors 16 reicht diese auf das Federelement 70 wirkende Kraft nicht aus, den Ringspalt 78 zu verschließen. Somit besteht über den Ringspalt 78 eine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 40 und der Druckquelle. Dies stellt für den Arbeitsraum 40 eine definierte, hier gewollte Leckage dar. Diese Leckage sorgt dafür, dass in der Startphase des Kolbenverdichters 10 der auf den Kolben 28 wirkende Druck begrenzt ist. Hierdurch wird das vom Elektromotor 16 aufzubringende Drehmoment zum Überwinden dieses Druckes ebenfalls begrenzt. Dies führt dazu, dass ein Anlaufstrom des Elektromotors 16 nicht über einen vorgebbaren Wert ansteigt und beispielsweise eine den Elektromotor 16 elektrisch absichernde Sicherung nicht die Spannungsversorgung unterbricht. Während dieser Startphase ist ein strömungsdynamischer Staudruck auf das Federelement nicht groß genug, um den Ringspalt 78 zu verschließen.Will the crank disc 20 over the electric motor 16 set in rotation, moving due to the coupling of the connecting rod 22 with the crank disc 20 The piston 28 inside the cylinder 30 from bottom dead center ( 1 ) to top dead center ( 2 ). Here it is in the work space 40 located medium, in particular air, compressed. The compression is then completed when the exhaust valve 36 opens and the compressed medium just before reaching top dead center via the outlet 34 to the print destination. By the compression of himself in the workroom 40 medium is a force on the cross-sectional area of the piston 28 exercised. This force acts on the spring element 70 , In the starting phase of the reciprocating compressor 10 , that is, within the first revolution or the first revolutions of the drive shaft 18 of the electric motor 16 this extends to the spring element 70 acting force, not the annular gap 78 to close. Thus, there is over the annular gap 78 a connection between the workspace 40 and the pressure source. This poses for the workroom 40 a defined, desired here leakage. This leakage ensures that in the starting phase of the reciprocating compressor 10 the on the piston 28 acting pressure is limited. This will be the electric motor 16 applied torque to overcome this pressure also limited. This causes a starting current of the electric motor 16 does not rise above a predetermined value and, for example, the electric motor 16 electrically fusing fuse does not interrupt the power supply. During this starting phase, a dynamic dynamic dynamic pressure on the spring element is not large enough to the annular gap 78 to close.

Nach der Startphase, also bei Erreichen der Betriebsphase des Kolbenverdichters 10, ergibt sich eine höhere Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 28 innerhalb des Zylinders 30.After the start phase, ie when the operating phase of the reciprocating compressor is reached 10 , results in a higher speed of movement of the piston 28 inside the cylinder 30 ,

Hierdurch wird der dynamische Staudruck (Gasimpuls) auf das Federelement 70 so groß, dass bei der Kompressionsphase, das heißt, der Kolben 28 bewegt sich vom unteren Totpunkt in Richtung des oberen Totpunktes, dass sich das Federelement 70 an die Auflagefläche 64 anlegt und somit den Ringspalt 68 verschließt. Es wird deutlich, dass durch Anordnung des Federelementes 70, insbesondere durch Ausbildung des definierten Ringspaltes 78 ein Einlassventil 38 ge schaffen ist, das während einer Startphase des Kolbenverdichters 10 einen definierten freien Durchlassquerschnitt zwischen Arbeitsraum 40 und Druckquelle aufweist, während in der sich an der Startphase anschließenden Betriebsphase dieser freie Durchlassquerschnitt verringert, insbesondere verschlossen wird. Hiermit wird erreicht, dass nur während der Startphase eine definierte Leckage gegeben ist, die zur erläuterten Verringerung des Anlassstromes des Elektromotors 16 führt. Während der Betriebsphase ist diese definierte Leckage verringert, insbesondere abgestellt, so dass der Kolbenverdichter 10 mit erhöhtem Wirkungsgrad arbeiten kann.As a result, the dynamic dynamic pressure (gas pulse) on the spring element 70 so big that at the compression phase, that is, the piston 28 moves from bottom dead center in the direction of top dead center that the spring element 70 to the support surface 64 applies and thus the annular gap 68 closes. It is clear that by arranging the spring element 70 , in particular by forming the defined annular gap 78 an inlet valve 38 ge is created during a start phase of the reciprocating compressor 10 a defined free passage cross section between working space 40 and pressure source, while in the subsequent phase of the starting phase, this free passage cross-section is reduced, in particular closed. This ensures that only during the starting phase, a defined leakage is given to the explained reduction of the starting current of the electric motor 16 leads. During the operating phase, this defined leakage is reduced, in particular turned off, so that the reciprocating compressor 10 can work with increased efficiency.

Die Einstellung des Ringspaltes kann über eine Dicke d des Distanzringes 68 in einfacher Weise erfolgen. Ferner kann durch Einstellen einer Federkennlinie des Federelementes 70, beispielsweise über Wahl einer Dicke d des Federelementes 70 oder über Wahl einer Länge fs der Federbeine 82, der dynamische Staudruck eingestellt werden, der überschritten werden muss, um während der Kompressionsphase das Einlassventil 38 zu schließen.The setting of the annular gap can over a thickness d of the spacer ring 68 done in a simple manner. Further, by adjusting a spring characteristic of the spring element 70 , For example, about the choice of a thickness d of the spring element 70 or by choosing a length fs of the struts 82 , the dynamic back pressure must be set which must be exceeded to allow the intake valve during the compression phase 38 close.

Sowohl das Federelement 70 als auch der Distanzring 68 können in einfacher Weise als Stanzteile, und somit kostengünstig und für eine Massenproduktion in geeigneter Weise hergestellt werden. Hinsichtlich etwaiger Toleranzen oder Bearbeitungsgrate sind nur relativ geringe Anforderungen an die Genauigkeit erforderlich.Both the spring element 70 as well as the spacer ring 68 can be produced in a simple manner as stamped parts, and thus inexpensively and for mass production in a suitable manner. Regarding any tolerances or machining burrs only relatively low accuracy requirements are required.

Ebenfalls kann der Distanzring 68 durch Höhenaufmaß der Ventilscheibe 62 so ersetzt werden, dass das Aufmaß der Ventilscheibe 62 eben jenes Maß des Distanzringes darstellt und somit das vorbestimmte Abstandsmaß (Ringspalt 78) zwischen dem Federelement 70 und der Auflagefläche 64 gegeben ist. Hierdurch liegen die Durchbrüche 80 des Federelementes 70 auf der Ventilscheibe 62 auf. Eine Leckage über die Durchbrüche 80 ist somit verhindert, insbesondere stark behindert.Likewise, the spacer ring 68 by height of the valve disc 62 be replaced so that the allowance of the valve disc 62 represents just that measure of the spacer ring and thus the predetermined distance (annular gap 78 ) between the spring element 70 and the bearing surface 64 given is. As a result, the breakthroughs are 80 of the spring element 70 on the valve disc 62 on. A leak over the breakthroughs 80 is thus prevented, in particular severely disabled.

1010: Kolbenverdichterpiston compressor
1212: Verdichtergehäusecompressor housing
1414: Antriebsgehäusedrive housing
1616: Elektromotorelectric motor
1818: Antriebswelledrive shaft
2020: Kurbelscheibecrank
2222: Pleuelpleuel
2424: Wälz- oder GleitlagerRolling or bearings
2626: Verbindungsmittelconnecting means
2828: Kolbenpiston
3030: Zylindercylinder
3232: Deckelcover
3434: Auslassstutzenoutlet
3636: Auslassventiloutlet valve
3838: Einlassventilintake valve
4040: Arbeitsraumworking space
4242: Längsachse der Antriebswellelongitudinal axis the drive shaft
4444: Längsachse des Lagerslongitudinal axis of the camp
4646: Doppelpfeil/HubbewegungDouble arrow / stroke movement
4848: Kolbenringpiston ring
5050: Umfangsflächeperipheral surface
5252: Ventiltellervalve disc
5454: Durchbrüchebreakthroughs
5656: Verdichterachsecompressor axis
5858: zentrale Öffnungcentral opening
6060: Gewindebohrungthreaded hole
6262: Ventilscheibevalve disc
6464: Auflageflächebearing surface
6666: ringförmiger Innenbundring-shaped inner waistband
68, 68'68 68 ': Distanzringspacer
7070: Federelementspring element
7272: Ventiltellervalve disc
7474: Durchbrüchebreakthroughs
7676: Verbindungsmittel/GewindeschraubeConnecting means / screw
7878: Ringspaltannular gap
8080: Durchbrüchebreakthroughs
8282: FederbeineSuspensions
8484: mittlerer Bereichmiddle Area
dd: Dicke des Federelementesthickness of the spring element
ww: Spaltweitegap width
fsfs: Länge der FederbeineLength of Suspensions
p₁, p₂ p ₁ , p ₂: Druckprint

Claims

Piston compressor, with a reciprocating within a cylinder reciprocating piston, wherein a working space of the cylinder via at least one outlet valve with a pressure target and at least one inlet valve with a pressure source in communication, characterized in that at least one inlet valve ( 38 ) during a starting phase of the reciprocating compressor ( 10 ) at least in the compression phase of the reciprocating compressor ( 10 ) has a defined free passage cross-section and during a subsequent phase to the start phase of this passage cross-section is reduced, in particular closed.

Piston compressor according to claim 1, characterized in that the inlet valve ( 38 ) in the piston ( 28 ) is integrated.

Piston compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet valve ( 38 ) a disc-shaped spring element ( 70 ), about which a compressor axis ( 56 ) lying surface with a collar ( 66 ) of a piston ring ( 48 ) forms a valve seat.

Piston compressor according to one of the preceding claims, characterized in that between a valve disc ( 62 ), whose bearing surface for the spring element ( 70 ) with a bearing surface ( 64 ) of the Confederation ( 66 ) lies in one plane, and the spring element ( 70 ) at least one spacer ring ( 68 ) is arranged.

Piston compressor according to one of the preceding claims, characterized in that over a thickness (d) of the at least one spacer ring ( 68 ) an annular gap ( 78 } and thus the free passage cross-section of the inlet valve ( 38 ) is determinable.

Piston compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element ( 70 ) a passage opening ( 58 ) for a connecting means ( 76 ), by means of which the piston ( 28 ) and the inlet valve ( 38 ) is added.

Piston compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element ( 70 ) two substantially elongated openings ( 80 ), which extends substantially in a circle around the passage opening (FIG. 58 ).

Piston compressor according to claim 7, characterized in that the ends of the apertures ( 80 ) in diametrically opposite circular segments coaxial to the compressor axis ( 56 ).

Piston compressor according to one of the preceding claims, characterized in that over the size of the angular ranges of the circular segments, the length (fs) of struts ( 82 ) of the spring element ( 70 ) is determinable.

Piston compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer ring ( 68 ) by an amount of height of the valve disc ( 62 ) is formed.