WO2007065759A1 - Kompressoreinheit - Google Patents

Abstract

Kompressoreinheit, welche aus einem Motor und einem Hubkolbenverdichter, sowie einer zwischen Motor und Kolbenverdichter angeordneten Getriebeeinheit besteht, wobei innerhalb des Antriebstranges der Kompressoreinheit ein Freilauf angeordnet ist.

Description

Beschreibung

Kompr essor einheit

Die Erfindung betrifft eine Kompressoreinheit, insbesondere zur Luftverdichtung innerhalb tragbarer / transportabler Geräte, welche aus einem Motor und einem Hubkolbenverdichter, sowie einer zwischen Motor und Kolbenverdichter angeordneten Getriebeeinheit besteht, wobei die Getriebeeinheit im Wesentlichen aus einer Zahnradstufe und einem Schubkurbeltrieb besteht, der ein Kurbelrad und eine mit Kurbelrad und einem Kolben verbundenen Pleuelstange aufweist.

Bei solchen Kolbenverdichtern, insbesondere bei sehr einfachen und in großen Stückzahlen hergestellten Kolbenverdichtern wie etwa Kleinkompressoren zum Befallen von Reifen, ist es wünschenswert, eine hohe Kompressorleistung und Lebensdauer bei wirtschaftlichem

Materialeinsatz zu erreichen, also im Wesentlichen einen hohen Wirkungsgrad, nämlich eine möglichst hohe Pumpleistung mit einem möglichst kleinen Motor.

Ein ähnlich gelagertes Problem liegt dem Vakuummotor zugrunde, wie er durch die DE 196 41 581 Al offenbart ist. Hier ist allerdings die Wirkungsweise umgekehrt, indem mehrere mit Vakuum beaufschlagte Kolbenmaschinen als Antrieb vorgesehenen sind, die über Kegelräder und eine Schwungscheibe einen Generator zur Stromerzeugung betreiben. Auch wenn hier im Dunkeln bleibt, wie das Vakuum erzeugt wird und wie insgesamt eine Energiebilanz oder ein tatsächlicher Wirkungsgrad aussehen könnte, so ist hier doch bereits eine richtungsabhängige

Drehmomentübertragung durch einen Freilauf offenbart, welcher tendenziell einen Wirkungsgrad verbessern könnte. Der hier offenbarte Freilauf dient jedoch lediglich dazu, die systembedingte Umkehr in der Bewegungsrichtung der Kolbenmaschinen nicht auf die nachfolgenden

Getriebeeinheiten weiterzuleiten. Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, die Bauarten von Kompressoren und damit deren Wirkungsgrad so zu verbessern, dass mit möglichst kleiner Antriebsleistung und leicht bauendem Getriebe eine möglichst große Kompressorleistung über eine hohe Lebensdauer erreichbar ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Kompressoreinheit umfasst dazu einen Freilauf innerhalb ihres Antriebstranges, der so ausgebildet ist, dass kein Bremsmoment des Motors erzeugt wird. Durch eine solche Anordnung wird verhindert, dass die bei einem vollständigen Kompressionstakt noch im System steckende Energie in Form von komprimierter Luft über die Getriebeeinheit in Bremsarbeit des Motors rückgeführt wird und als generatorische Rückspeisung in die Stromversorgung gelangt oder aber als Reibungswärme über Getriebe oder Motor in die Umwelt abgeführt wird. Diese Mengen an Verlustenergie, wie sie bei einer Kompressoreinheit nach dem Stand der Technik noch existieren, müssen mit der erfindungsgemäßen Ausführung nicht beim nächsten Kompressionstakt wieder neu in das System eingebracht werden. Der Wirkungsgrad erhöht sich damit beträchtlich.

Vorteilhafterweise ist der Freilauf innerhalb der Getriebeeinheit des Kompressors angeordnet. Innerhalb der Getriebeeinheit kann dieser Freilauf nämlich besonders einfach und mit bekannten Bauteilen realisiert werden, etwa in Form einer richtungsgeschalteten Kupplung, wie z.B. einer Freilauf- oder Überholkupplung.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Freilauf in der Zahnradstufe angeordnet ist und das vom Motor erzeugte Drehmoment nur in einer Drehrichtung überträgt. Innerhalb drehender und kraftübertragender Teile, wie etwa Wellen oder Zahnräder, lässt sich ein Freilauf besonders einfach integrieren, etwa in Form eines Klemmklotz- oder

Klemmrollenfreilaufes, oder in Form einer Federband- Freilaufkupplung.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Kurbelrad oder einzelne Zahnräder der Zahnradstufe mit Schwungmassen versehen sind. Hierdurch lässt sich die bei einem vollständigen Kompressionstakt noch im System steckende Energie in Form von komprimierter Luft auf einfache Weise in kinetische Energie umwandeln und im System speichern. Eine weitere vorteilhafte und sehr elegante Ausbildung besteht darin, dass der Freilauf durch eine Schaltung innerhalb einer elektronischen Motorsteuerung erzeugt wird. Hierbei wird der Motor bei einer Richtungsumkehr der Drehmomente so in den„elektronischen Freilauf' geschaltet, dass kein Bremsmoment entstehen kann und der Motorläufer ggf. selbst als Schwungmasse zur Verfügung steht. Eine solche Ausbildung lässt sich besonders leicht bei einem„bürstenlosen" Motor realisieren, bei dem die Umschaltung des elektrischen Feldes nicht mehr durch einen

althergebrachten Kommutator, sondern durch eine Steuerungselektronik erfolgt.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung besteht darin, dass eine solche Kompressoreinheit zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände genutzt wird, insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen, wobei die Kompressoreinheit über eine Einlassleitung und eine Auslassleitung aufweisende Ventil- und Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas sowohl mit einem Behälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel verbunden ist, als auch mit einem über Verbindungsmittel zwischen Ventil- und Verteilereinheit anschließbaren und aufblasbarem Gegenstand

Die erfindungsgemäße Kompressoreinheit ist natürlich auch für eine große Anzahl anderer Anwendungsfälle bestens geeignet, also auch für nicht tragbare und in Fahrzeugen fest eingebaute Kompressoren, wie sie beispielsweise eingesetzt werden als Druckquellen für Luftfedersysteme bzw. Niveauregelanlagen oder auch für Reifendruckregelanlagen in Kraftfahrzeugen. In solchen Bereichen sind dann Kompressoren eingesetzt, die einen Druck von 30 bar und mehr erzeugen.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher gekennzeichnet werden. Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Kompressoreinheit mit Freilauf

Fig. 2 den Drehmomentenverlauf einer Kompressoreinheit gemäß Fig. 1

Die Fig. 1 zeigt als Prinzipskizze eine Kompressoreinheit 1 , welche einen Kolbenverdichter 2 aufweist sowie eine Getriebeeinheit 3. Die Getriebeeinheit 3 umfasst abtriebsseitig einen

Schubkurbeltrieb 4, nämlich bestehend aus einem Kurbelrad 5 und einer angelenkten Pleuelstange 6 als Koppelglied zum Kolben bzw. Schubglied 7.

Zwischen dem als Antrieb eingesetzten Elektromotor 8 und dem Schubkurbeltrieb 4 sind in Kraftflußrichtung zunächst eine Zahnradstufe 9 zur Untersetzung der Motordrehzahl und schließlich der Klemmrollen-Freilauf 10 angeordnet, welcher die Übertragung eines

Drehmomentes vom Motor auf das Kurbelrad nur in eine Richtung, nämlich in Drehrichtung ω zulässt. Fig. 2 zeigt den Drehmomentenverlauf 11 einer Kompressoreinheit gemäß Fig. 1 für eine tragbare Vorrichtung zum Abdichten und Aufpumpen von Fahrzeugreifen über dem Kurbelwinkel Φ.

Der Kurbelwinkel Φ von 180° bis 360° kennzeichnet dabei den Kompressionshub und stellt den Bereich dar, in dem sich der Kolben vom oberen Totpunkt (OT, Φ = 180 °) in den unteren Totpunkt (UT, Φ = 360°) bewegt, in dem also die Luftsäule im Zylinder komprimiert wird.

Vom Antriebsmotor 8 ausgehend muss die entsprechende Arbeit über die Zahnradstufe 9 in den Schubkurbeltrieb 4 eingeleitet werden, um die Luft zu komprimieren. Der Kurbelwinkel Φ von 0° bis 180° stellt dabei den Leerhub dar, bei welchem der Kolben des Verdichters vom unteren Totpunkt UT wieder in den oberen Totpunkt OT fährt, also den Bereich, in dem die Luftsäule im Zylinder entspannt wird. In diesem Winkelbereich muß der Motor 8 keine Antriebsarbeit leisten. Das negative Moment wird aufgrund der komprimierten Restluft im Kolben über die Pleuelstange auf das Kurbelrad ausgeübt.

Aufgrund des Freilaufs 10 kann das Antriebs-Drehmoment vom Motor auf das Kurbelrad nur in eine Richtung, nämlich in Kurbel-Drehrichtung ω übertragen werden, wobei der Freilauf eine Drehung des Kurbelrades 5 entgegen der Drehrichtung verhindert. Das Kurbelrad 5 kann aber in Drehrichtung ω schneller drehen als es der Motor 8 antreibt. Dies führt dazu, dass nach Verlassen des unteren Totpunktes die verbleibende Restkompression im Zylinder zu einer schnellen

Aufwärtsbewegung des Kolbens 7 führt und damit zu einer schnellen Drehung des Kurbelrades 5 ohne Erzeugung eines Bremsmomentes im Motor 8.

Der Freilauf 10 kann natürlich auch zwischen dem Antriebsmotor 8 und der Vorgelege - Zahnradstufe 9 angeordnet sein. Das ist dann vorteilhaft, wenn die Masse der Zahnräder der Zahnradstufe 9 auch noch als Schwungmasse dienen sollen.

Eine merkliche„Restkompression" entsteht natürlich überhaupt erst gegen Ende Füllvorganges, insbesondere in dem Extremfall, dass der maximale vom Kompressor erzeugbare Druck von 10 bar schon in einem hier nicht näher dargestellten Reifen erreicht ist und der Kompressor weiter gegen den gefüllten Reifen anpumpt. Bereits weit vorher würde jedoch ohne den erfindungsgemäßen Freilauf aufgrund einer langsam und mit zunehmendem Fortschreiten eines Füllvorganges größer werdenden Restkompression der Wirkungsgrad verschlechtert.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

1 Kompressoreinheit 2 Kolbenverdichter

3 Getriebeeinheit

4 Schubkurbeltrieb

5 Kurbelrad

6 Pleuelstange

7 Schubglied

8 Elektromotor

9 Zahnradstufe

10 Freilauf

11 Drehmomentenverlauf

Claims

Patentansprüche Kompr essor einheit 1. Kompressoreinheit, insbesondere zur Luftverdichtung innerhalb tragbarer / transportabler

Geräte, welche aus einem Motor und einem Hubkolbenverdichter, sowie einer zwischen Motor und Kolbenverdichter angeordneten Getriebeeinheit besteht, wobei die Getriebeeinheit im Wesentlichen aus einer Zahnradstufe und einem Schubkurbeltrieb besteht, der ein Kurbelrad und eine mit Kurbelrad und einem Kolben verbundenen Pleuelstange aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Antriebstranges der Kompressoreinheit ein Freilauf (10) so angeordnet ist, dass kein Bremsmoment des Motors (8) erzeugt wird.

2. Kompressoreinheit gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf innerhalb der Getriebeeinheit (3) des Kompressors angeordnet ist.

3. Kompressoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf in der Zahnradstufe (9) angeordnet ist und das vom Motor (8) erzeugte Drehmoment nur in einer Drehrichtung überträgt.

4. Kompressoreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelrad (5) oder einzelne Zahnräder der Zahnradstufe (9) mit Schwungmassen versehen sind.

5. Kompressoreinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf durch eine Schaltung innerhalb einer elektronischen Motorsteuerung erzeugt wird.

6. Kompressoreinheit nach den Ansprüchen 1 bis 5 zum Abdichten und Aufpumpen aufblasbarer Gegenstände, insbesondere zum Abdichten und Aufpumpen von Kraftfahrzeugreifen dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressoreinheit über eine Einlassleitung und eine Auslassleitung aufweisende Ventil- und Verteilereinheit für Dichtmittel und Druckgas sowohl mit einem Behälter für ein in den aufblasbaren Gegenstand einfüllbares selbsttätiges Dichtmittel verbunden ist, als auch mit einem über Verbindungsmittel zwischen Ventil- und

Verteilereinheit anschließbaren und aufblasbarem Gegenstand.