DE102023103388A1 - Radial piston compressor - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialkolbenverdichter, umfassend eine Antriebseinrichtung (1) und eine Verdichtereinrichtung (2), wobei die Verdichtereinrichtung (2) eine Antriebswelle (21) mit einem Exzenter (22) umfasst, wobei sich mindestens eine, vorzugsweise mehrere, Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen (25-25''''''') radial von der Antriebswelle (21) erstrecken, wobei jede Kolben-Arbeitsraum-Kombination einen Arbeitsraum (231) und einen in dem Arbeitsraum verschiebbaren Kolben (232) umfasst, wobei der Kolben (232) eine Längsachse (A) umfasst, der sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass jeder Kolben (232) einen Kolbenfuß (2321) umfasst, wobei jeder Kolbenfuß (2321) mit einer umlaufenden Fase (F) oder zwei Fasen (F1, F2) ausgestattet ist, wobei die Fase (F) bzw. die Fasen (F1, F2) einen Fasenwinkel (α bzw. α1, α2) in Bezug auf die Längsachse (A) des Kolbens (232) einnehmen, wobei der Fasenwinkel (α bzw. α1, α2) derart eingerichtet ist, dass er im Bereich des engsten Kontaktes zum benachbarten Kolben die größtmögliche Führungslänge (L) des Kolbens (232) innerhalb des Arbeitsraumes (231) ermöglicht, und/oder bestimmte zu bevorzugende Kombinationen aus Kolbenanzahl (V), Polpaarzahl (3) der E-Maschine und Anzahl (V) inkl. der Dimensionen (M) der Verschraubungen (4) ausgewählt werden, bei denen zu erwarten ist, dass sie das akustische Verhalten des Gesamtsystems verbessern, und/oder die Anregungsevents pro Umdrehung aus den verschiedenen Anregungskomponenten verschieden sind, und/oder eine geeignete Kombination aus Kolbenanzahl (Z), Durchmesser (D) und Hub (H) der Kolben (232) ausgewählt wird, bei der die anregende Kraftkomponente aus den Druckverläufen der Verdichtungsvorgänge ein Optimum darstellt.The present invention relates to a radial piston compressor, comprising a drive device (1) and a compressor device (2), wherein the compressor device (2) comprises a drive shaft (21) with an eccentric (22), wherein at least one, preferably several, piston-working chamber combinations (25-25''''''') extend radially from the drive shaft (21), wherein each piston-working chamber combination comprises a working chamber (231) and a piston (232) displaceable in the working chamber, wherein the piston (232) comprises a longitudinal axis (A), which is characterized in particular in that each piston (232) comprises a piston foot (2321), wherein each piston foot (2321) is equipped with a circumferential chamfer (F) or two chamfers (F1, F2), wherein the chamfer (F) or the chamfers (F1, F2) have a chamfer angle (α or α1, α2) in relation to the longitudinal axis (A) of the piston (232), wherein the chamfer angle (α or α1, α2) is set up such that it enables the greatest possible guide length (L) of the piston (232) within the working space (231) in the area of closest contact with the adjacent piston, and/or certain preferred combinations of the number of pistons (V), the number of pole pairs (3) of the electric machine and the number (V) including the dimensions (M) of the screw connections (4) are selected, which are expected to improve the acoustic behavior of the overall system, and/or the excitation events per revolution from the various excitation components are different, and/or a suitable combination of the number of pistons (Z), diameter (D) and stroke (H) of the pistons (232) is selected, in which the exciting force component from the pressure curves of the compression processes represents an optimum.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialkolbenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a radial piston compressor according to the preamble of
Ein Radialkolbenverdichter ist ein Element der Fluidtechnik. Bei diesem Verdichter ist mindestens eine Kolben-Arbeitsraum-Kombination im Gegensatz zu einer Axialkolbenpumpe radial und senkrecht zur Antriebswelle angeordnet. Die Förder- bzw. Hubbewegung des Kolbens wird zumeist durch eine Exzenterwelle hervorgerufen. In der Regel umfasst der Radialkolbenverdichter mehrere Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen, die sich sternförmig und radial von der Antriebswelle, insbesondere Exzenterwelle, erstrecken.A radial piston compressor is an element of fluid technology. In this compressor, in contrast to an axial piston pump, at least one piston-working chamber combination is arranged radially and perpendicular to the drive shaft. The delivery or lifting movement of the piston is usually caused by an eccentric shaft. The radial piston compressor usually comprises several piston-working chamber combinations that extend in a star shape and radially from the drive shaft, in particular the eccentric shaft.
Radialkolbenverdichter finden beispielsweise als Radialkolbenverdichter für Kühlmittel in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, insbesondere auch in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, Verwendung.Radial piston compressors are used, for example, as radial piston compressors for coolants in air conditioning systems of motor vehicles, especially in electrically powered motor vehicles.
Eine Kolben-Arbeitsraum-Kombination umfasst im Wesentlichen einen Arbeitsraum, auch Zylinder genannt, und einen Kolben, der in dem Arbeitsraum auf und ab bewegt wird. Der Kolben weist eine mittige geometrische Kolbenachse auf, die mit der Verschieberichtung des Kolbens übereinstimmt. Bei einem Radialkolbenverdichter mit einer Exzenterwelle umfasst der Kolben auf seiner der Exzenterwelle zugewandten Seite eine Kontaktfläche, auf welche die Exzenterscheibe während der Drehung der Exzenterwelle auftrifft bzw. anliegt. Die Exzenterwelle weist eine Drehachse auf, um welche die Exzenterwelle gedreht wird. Mit dem Auftreffen des Exzenters auf die Kontaktfläche kommt es zu einer Kolbenaufwärtsbewegung und zur Verdichtung eines in dem Arbeitsraum befindlichen Mediums und somit zu einem Druck- und Kraftanstieg.A piston-working chamber combination essentially comprises a working chamber, also called a cylinder, and a piston that is moved up and down in the working chamber. The piston has a central geometric piston axis that corresponds to the direction of displacement of the piston. In a radial piston compressor with an eccentric shaft, the piston has a contact surface on its side facing the eccentric shaft, onto which the eccentric disk strikes or rests during rotation of the eccentric shaft. The eccentric shaft has an axis of rotation around which the eccentric shaft is rotated. When the eccentric strikes the contact surface, the piston moves upwards and compresses a medium in the working chamber, thus increasing pressure and force.
Insbesondere im Zusammenhang mit dem Einsatz des Radialkolbenverdichters im Kraftfahrzeug ist eine kompakte Bauweise von Vorteil.A compact design is particularly advantageous when using radial piston compressors in motor vehicles.
Soll der radiale Bauraum des Radialkolbenverdichters weiter verringert werden, ohne die Förderleistung zu verringern, könnte die Kolbenanzahl beispielsweise auf 7 erhöht werden. Bei gleichem Fördervolumen (wie mit 6 Kolben) kann der Kolbendurchmesser verringert werden. Mit Erhöhung der Anzahl an Kolben kommt es im Punkt des engsten Kontaktes benachbarter Kolben zu einem Kollisionsproblem.If the radial installation space of the radial piston compressor is to be further reduced without reducing the delivery capacity, the number of pistons could be increased to 7, for example. With the same delivery volume (as with 6 pistons), the piston diameter can be reduced. As the number of pistons increases, a collision problem occurs at the point of closest contact between adjacent pistons.
Für eine möglichst gleichmäßige Erzeugung des Förderstromes - mit geringen Druckpulsationen - ist eine Kolbenanzahl mit mindestens fünf oder mehr Kolben anzustreben. Da der radiale Bauraum des gesamten Radialkolbenverdichters jedoch möglichst klein bleiben soll, muss der Durchmesser des Exzenters, durch den die Kolben ihre Hubfunktion erfahren, auch möglichst klein bleiben. Für einen Kolben nach dem Stand der Technik, der einen durchgehenden Außendurchmesser aufweist, ist diese Restriktion mit der Forderung nach einem gleichzeitig größeren Kolbendurchmesser oder einer Erhöhung der Kolbenanzahl nicht umsetzbar, da die Kolben dann in der Stellung nahe des unteren Totpunktes miteinander kollidieren würden.To ensure that the flow rate is generated as evenly as possible - with minimal pressure pulsations - a piston count of at least five or more pistons is desirable. However, since the radial installation space of the entire radial piston compressor should remain as small as possible, the diameter of the eccentric through which the pistons perform their lifting function must also remain as small as possible. For a state-of-the-art piston with a continuous outer diameter, this restriction with the requirement for a larger piston diameter or an increase in the number of pistons cannot be implemented, since the pistons would then collide with one another in the position close to bottom dead center.
Es sind Lösungen nach dem Stand der Technik bekannt, die der Kolbenkollision in der „kritischen Stellung“ durch eine Fase am Kolbenfuß entgegenwirken. Das Einbringen der Fase verringert jedoch gleichzeitig die Länge der Führung des Kolbens in der Zylinderbohrung. Um die Führungslänge wieder zu vergrößern müsste der Kolben und dementsprechend die Zylinderbohrung vergrößert werden, was wiederum zu einer Vergrößerung des radialen Bauraumes führt.State-of-the-art solutions are known that counteract piston collision in the "critical position" by means of a chamfer on the piston base. However, the introduction of the chamfer simultaneously reduces the length of the piston guide in the cylinder bore. In order to increase the guide length again, the piston and therefore the cylinder bore would have to be enlarged, which in turn leads to an increase in the radial installation space.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe einen verbesserten Radialkolbenverdichter vorzuschlagen, insbesondere einen Radialkolbenverdichter vorzuschlagen, der bei gleichen oder ähnlichen Leistungsdaten kompakter ausgestaltet sein kann.This is where the present invention comes in and sets itself the task of proposing an improved radial piston compressor, in particular a radial piston compressor that can be designed more compactly with the same or similar performance data.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Radialkolbenverdichter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass jeder Kolben einen Kolbenfuß umfasst, wobei jeder Kolbenfuß mit mindestens einer umlaufenden Fase oder zwei Fasen ausgestattet ist, wobei die Fase bzw. Fasen einen Fasenwinkel in Bezug auf die Längsachse des Kolbens einnehmen, wobei der Fasenwinkel derart eingerichtet ist, dass er im Bereich des engsten Kontaktes zum benachbarten Kolben die größtmögliche Führungslänge des Kolbens innerhalb des Arbeitsraumes ermöglicht, kann ein verbesserter Radialkolbenverdichter, insbesondere kompakter Radialkolbenverdichter, bereitgestellt werden. Kern der Idee ist, die Fase am Kolbenfuß mit einem „optimalen“ Fasenwinkel zu versehen, welcher im Bereich des engsten Kontaktes benachbarter Kolben zu einem gleichmäßig minimalem Abstand führt und dabei die größtmögliche Führungslänge des/der Kolben ermöglicht.According to the invention, this object is achieved by a radial piston compressor with the characterizing features of
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.Further advantageous embodiments of the proposed invention result in particular from the features of the subclaims. The objects or features of the various claims can in principle be combined with one another as desired.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Fasenwinkel = 360°/Kolbenanzahl/2 entspricht. Eine vorteilhafte Lösung für Länge und Winkel der Kolbenfußfaße also ein optimaler Fasenwinkel am Kolbenfuß ergibt sich entsprechend zu <<Optimaler Fasenwinkel = 360°/Kolbenanzahl/2>>. Wird ein optimaler Fasenwinkel umgesetzt, sind die Flächen der Fasen benachbarter Kolben - im engsten Schnitt - parallel zueinander. Es ergibt sich eine sichere Kolbenführung bei gleichzeitig kleinem radialen Bauraum.In an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the bevel angle = 360°/number of pistons/2. An advantageous solution for the length and angle of the piston base chamfer, i.e. an optimal chamfer angle on the piston base, is <<Optimal chamfer angle = 360°/number of pistons/2>>. If an optimal chamfer angle is implemented, the surfaces of the chamfers of neighboring pistons - in the narrowest section - are parallel to each other. This results in reliable piston guidance with a small radial installation space.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Längsachsen der Kolben in einer Ebene liegen.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the longitudinal axes of the pistons lie in one plane.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass auf den Umfang gleichverteilte Kolben/Zylinder vorgesehen sind.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that pistons/cylinders are evenly distributed around the circumference.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zusätzliche Kantenverrundung am Übergang der Kolbenfußfase zum Kolbenfuß vorgesehen sind.In a further advantageous embodiment of the invention, additional edge rounding can be provided at the transition from the piston base chamfer to the piston base.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Radialkolbenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 und/oder 7.The present invention further relates to a radial piston compressor according to the preamble of
Im Zusammenhang mit Radialkolbenverdichten sind weitere Nachteile bekannt geworden.Further disadvantages have become known in connection with radial piston compression.
Bei einem elektrisch angetriebenen Radialkolbenverdichter ist die Auswahl einer geeigneten Kolbenanzahl nicht nur vom gewünschten Fördervolumen (Kolbenhub, Kolbendurchmesser, Kolbenanzahl) abhängig, sondern auch von weiteren Komponentengruppen mit einer „Vielzahl“ von Einzelkomponenten.In an electrically driven radial piston compressor, the selection of a suitable number of pistons depends not only on the desired displacement volume (piston stroke, piston diameter, number of pistons), but also on other component groups with a “multiplicity” of individual components.
Diese sind durch die Geometrie/Bauart des Elektromotors bestimmt, beispielsweise Anzahl an Spulen/Wicklungen; Anzahl an Polpaaren, Anzahl an Magneten. Beispielsweise acht Polpaare, es sind jedoch immer ein geradzahliges Vielfaches von zwei.These are determined by the geometry/design of the electric motor, for example the number of coils/windings; number of pole pairs, number of magnets. For example, eight pole pairs, but they are always an even multiple of two.
Eine weitere Größe mit einer Vielzahl von Einzelkomponenten ist die Gehäuseverschraubung. Die Gehäuseverschraubung soll die bauartbedingten Gehäuseteile axial miteinander verspannen, sodass unter allen Betriebsbedingungen und Testanforderungen kein Kältemittel an die Umgebung abgegeben wird. Sie muss also eine Dichtfunktion erfüllen. Die erforderliche Anpresskraft durch die Verschraubung muss dabei so groß sein, dass sie der Druckkraft, die die Gehäuse auseinander drücken will, entgegenwirkt. Sinnvollerweise werden die Verschraubungen in der Winkelhalbierenden „zwischen“ den Kolben bzw. Zylindern, einzeln oder paarweise, platziert. Im Beispiel eines Radialkolbenverdichters mit 7 Kolben sind 2x7=14 Schrauben M6x100 angeordnet, um die Aufgabe zu erfüllen. 7x Schrauben M8 erreichen nicht die erforderliche Anpresskraft, 7x Schrauben M10 erreichen zwar die erforderliche Anpresskraft, erhöhen aber den radialen Bauraum enorm. D.h., die Anzahl an Gehäuseverschraubungen ist gekoppelt an die Anzahl an Kolben/Zylindern (gleich oder ein Vielfaches der Kolbenanzahl), und die Anzahl der Polpaare. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um eine geradzahlige Größe.Another size with a large number of individual components is the housing screw connection. The housing screw connection is intended to axially clamp the design-related housing parts together so that no coolant is released into the environment under all operating conditions and test requirements. It must therefore fulfill a sealing function. The required contact force through the screw connection must be so great that it counteracts the pressure force that wants to push the housings apart. It makes sense to place the screw connections in the bisector "between" the pistons or cylinders, individually or in pairs. In the example of a radial piston compressor with 7 pistons, 2x7=14 M6x100 screws are arranged to fulfill the task. 7x M8 screws do not achieve the required contact force, 7x M10 screws do achieve the required contact force, but increase the radial installation space enormously. This means that the number of housing screw connections is linked to the number of pistons/cylinders (equal to or a multiple of the number of pistons) and the number of pole pairs. As the name suggests, it is an even-numbered size.
Es ist also vorgesehen, dass der Radialkolbenverdichter eine Anzahl von Kolben umfasst, wobei die Antriebseinrichtung als elektrische Maschine ausgestaltet ist, umfassend eine Anzahl von Polpaaren, wobei der Radialkolbenverdichter ein mindestens zweiteiliges Gehäuse umfasst, deren Gehäusekomponenten durch eine Anzahl von Gehäuseverschraubungen verbunden sind. Vorzugweise umfasst der Radialkolbenverdichter ein Gehäuse und einen Gehäusedeckel, die mit den Gehäuseverschraubungen miteinander verbunden sind.It is therefore provided that the radial piston compressor comprises a number of pistons, the drive device being designed as an electric machine comprising a number of pole pairs, the radial piston compressor comprising at least a two-part housing, the housing components of which are connected by a number of housing screw connections. The radial piston compressor preferably comprises a housing and a housing cover, which are connected to one another by the housing screw connections.
Bei den Kolben-Arbeitsraumkombinationen und der Polzahl der elektrischen Maschin, handelt es sich um Anregungskomponenten, die durch Anregungsevents, wie beispielsweise Druckspitzen im Arbeitsraum, Wechsel zwischen den Polpaaren, etc. Einfluss auf das akustische Verhalten des Radialkolbenverdichters haben.The piston-working chamber combinations and the number of poles of the electrical machine are excitation components that influence the acoustic behavior of the radial piston compressor through excitation events such as pressure peaks in the working chamber, changes between the pole pairs, etc.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen verbesserten Radialkolbenverdichter vorzuschlagen, insbesondere einen Radialkolbenverdichter vorzuschlagen, der bei gleichen oder ähnlichen Leistungsdaten geräuschärmer während des Betriebes ausgestaltet ist.A further object of the present invention is to propose an improved radial piston compressor, in particular to propose a radial piston compressor which is designed to be quieter during operation with the same or similar performance data.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Radialkolbenverdichter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6 und/oder 7 gelöst. Dadurch, dass bestimmte zu bevorzugende Kombinationen aus Kolbenanzahl, Polpaarzahl der E-Maschine und Anzahl inkl. der Dimensionen der Gehäuseverschraubungen ausgewählt werden, bei denen zu erwarten ist, dass sie das akustische Verhalten des Gesamtsystems verbessern. Kern der Idee ist hierbei, eine geeignete Kombination aus Kolbenanzahl, Anzahl an Gehäuseverschraubungen sowie Polpaarzahlen zu definieren, die bezüglich der akustischen Auswirkungen bzw. des akustischen Abstrahlverhaltens des gesamten Verdichters günstig sind.According to the invention, this object is achieved by a radial piston compressor with the characterizing features of
Neu ist insbesondere, dass bestimmte zu bevorzugende Kombinationen aus Kolbenanzahl, Polpaarzahl der E-Maschine und Anzahl inkl. der Dimensionen der Gehäuseverschraubungen definiert werden, bei denen zu erwarten ist, dass sie das akustische Verhalten des Gesamtsystems verbessern.What is new in particular is that certain preferred combinations of the number of pistons, the number of pole pairs of the electric machine and the number including the dimensions of the housing screw connections are defined. which are expected to improve the acoustic behavior of the overall system.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Anregungsevents pro Umdrehung aus den verschiedenen Anregungskomponenten verschieden sind, kann ein Radialkolbenverdichter bereitgestellt werden, der bei gleichen oder ähnlichen Leistungsdaten geräuschärmer während des Betriebes ausgestaltet ist. Mit anderen Worten, sollten, zur Vermeidung von akustischen Auffälligkeiten, die Anregungsevents pro Umdrehung aus den verschiedenen Anregungskomponenten (beispielsweise Druckverläufe bei 7 Kolben = 7x pro Umdrehung; Anregung aus elektrischem Antrieb - Polpaarzahl 8= 8x pro Umdrehung) möglichst verschieden sein.Alternatively or additionally, it can be provided that the excitation events per revolution from the various excitation components are different, a radial piston compressor can be provided that is designed to be quieter during operation with the same or similar performance data. In other words, to avoid acoustic abnormalities, the excitation events per revolution from the various excitation components (for example, pressure curves with 7 pistons = 7x per revolution; excitation from electric drive - number of
Hierdurch kann eine Verringerung der akustischen Auswirkungen (Schalldruckpegel) des Gesamtsystems und damit zu einem verbesserten akustischen Verhalten im Fahrzeug erreicht werden.This can reduce the acoustic impact (sound pressure level) of the overall system and thus lead to improved acoustic behavior in the vehicle.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.Further advantageous embodiments of the proposed invention result in particular from the features of the subclaims. The objects or features of the various claims can in principle be combined with one another as desired.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei der dem Radialkolbenverdichter um einen elektrisch angetriebenen Radialkolbenverdichter handelt.In an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the radial piston compressor is an electrically driven radial piston compressor.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die als elektrische Maschine ausgestaltete Antriebseinrichtung eine Nut-Polpaar-Kombination umfasst, es sich insbesondere um permantenteregte, fremderregte oder selbsterregte Elektromotoren handelt.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the drive device designed as an electric machine comprises a slot-pole pair combination, in particular permanently excited, separately excited or self-excited electric motors.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen gleichverteilt über den Umfang des Radialkolbenverdichters angeordnet sind, insbesondere gleichverteilte Kolben des Radialkolbenverdichters vorhanden sind.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the piston-working chamber combinations are arranged evenly distributed over the circumference of the radial piston compressor, in particular that evenly distributed pistons of the radial piston compressor are present.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anordnung der Gehäuseverschraubungen einzeln oder paarweise in der Winkelhalbierenden zwischen den Kolbenachsen vorgesehen sind.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the housing screw connections are arranged individually or in pairs in the bisector between the piston axes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein möglichst gleicher, insbesondere gleicher, Abstand, auf den Umfang des Schraubenlochkreises gesehen der Schrauben untereinander, vorgesehen ist, um eine gleichmäßige Anpresskraft auf die Flächendichtung (axial zwischen den Gehäusebauteilen) zu erzeugen.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the distance between the screws is as equal as possible, in particular the same, as seen on the circumference of the screw hole circle, in order to generate a uniform contact pressure on the surface seal (axially between the housing components).
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass weitere Kombinationen von Kolbenanzahl, Polpaarzahl und/oder Schraubenanzahl verwendet werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that further combinations of number of pistons, number of pole pairs and/or number of screws are used.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass von der Norm abweichende Verschraubungen (Größe M7, oder Gewindesteigung) verwendet werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that screw connections deviating from the standard (size M7, or thread pitch) are used.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Festigkeitsklasse der Schrauben (8.8; 10.9; 12.9 o.a.) variiert werden können.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the strength class of the screws (8.8; 10.9; 12.9 or others) can be varied.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Art der Gehäuseverschraubung (Schraubenkopfform, Schraubenschaft, Dehnschrauben, Stehbolzen mit Mutter...) variiert werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the type of housing screw connection (screw head shape, screw shaft, expansion screws, stud bolts with nuts...) can be varied.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Art und Material der Magnete der E-Maschine variiert werden können.In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the type and material of the magnets of the electric machine can be varied.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Art der elektrischen Maschine (wahlweiße auch Asynchronmaschine oder fremderregte Synchronmaschine)In a further advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the type of electrical machine (optionally also asynchronous machine or separately excited synchronous machine)
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Radialkolbenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 19.The present invention further relates to a radial piston compressor according to the preamble of claim 19.
Im Zusammenhang mit Radialkolbenverdichten sind weitere Nachteile bekannt geworden.Further disadvantages have become known in connection with radial piston compression.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen verbesserten Radialkolbenverdichter vorzuschlagen, insbesondere einen Radialkolbenverdichter vorzuschlagen, der bei gleichen oder ähnlichen Leistungsdaten geräuschärmer während des Betriebes ausgestaltet ist.A further object of the present invention is to propose an improved radial piston compressor, in particular to propose a radial piston compressor which is designed to be quieter during operation with the same or similar performance data.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Radialkolbenverdichter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine geeignete Kombination aus Kolbenanzahl, Durchmesser und Hub des Kolbens vorzuschlagen, bei der die anregende Kraftkomponente aus den Druckverläufen der Verdichtungsvorgänge ein Optimum darstellt. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass bestimmte zu bevorzugende Kombinationen aus Kolbenanzahl, Durchmesser Kolben und Hub des Kolbens in ausgewählten Betriebspunkten zu einer optimalen Anregungsfunktion am Exzenter führen sollen. Es sollte ein spezifisches Hub-/Durchmesserverhältnis mit zugehöriger Kolbenanzahl angepasst auf den Verdichtungsprozess ausgewählt werden.According to the invention, this object is achieved by a radial piston compressor with the characterizing features of claim 19. According to the invention, a suitable combination of the number of pistons, diameter and stroke of the piston is proposed, in which the exciting force component from the pressure curves of the compression processes represents an optimum. In other words, it is provided that certain preferable combinations of the number of pistons, diameter This piston and the stroke of the piston should lead to an optimal excitation function on the eccentric at selected operating points. A specific stroke/diameter ratio with the corresponding number of pistons should be selected, adapted to the compression process.
Hierdurch wird eine Verringerung der akustischen Auswirkungen, insbesondere des Schalldruckpegels, des Gesamtsystems erreicht und damit zu einem verbesserten akustischen Verhalten im Fahrzeug beigetragen. Es ergibt sich insbesondere auch eine höhere Lagerlebensdauer des Exzenterlagers und/oder eine geringere Drehmomentschwankungen des Verdichters und damit bessere Regelbarkeit.This reduces the acoustic impact, particularly the sound pressure level, of the entire system and thus contributes to improved acoustic behavior in the vehicle. In particular, this also results in a longer service life of the eccentric bearing and/or lower torque fluctuations of the compressor and thus better controllability.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
-
1 ein Radialkolbenverdichter in einer seitlichen geschnittenen Ansicht; -
1a ein Radialkolbenverdichter in einer geschnittenen Ansicht; -
2 eine schematische Darstellung eines Radialkolbenverdichters, zur Darstellung der Kolben mit größerem Durchmesser und kleinem Exzenter und der hieraus resultierenden Kollision; -
3a bis 3e eine schematische Darstellung eines Radialkolbenverdichters und Details eines Radialkolbenverdichters, insbesondere Fase am Kolbenfuß; -
4 mögliche Kombinationen von Kolbenanzahl, Polpaarzahl der E-Maschine und erforderliche Anzahl/Dimension an Gehäuseverschraubungen; -
5 sinnvolle Kombinationsvarianten mit der Kolbenanzahl „5“; -
6 sinnvolle Kombinationsvarianten mit sieben und acht Kolben; -
7 sinnvolle Kombinationsvarianten mit neun Kolben; -
8 Zylinderdruckverlauf über Zylindervolumen - Verdichtungsphasen, -
9 Druckverlauf je Kolben; -
10 überlagerte Kolbendruckverläufe eines Fünf-Kolben Radialkolbenkompressors; -
11 resultierende Radiallast aus der Überlagerung derDruckverläufe von 5und 6 Kolben; -
12 resultierende Radialkraft in einem Betriebspunkt für verschiedene Kolbenzahlen; -
13 Prinzip-Darstellung Exzenterlagerlasten bei verschiedenen Betriebsbedingungen.
-
1 a radial piston compressor in a side sectional view; -
1a a radial piston compressor in a sectional view; -
2 a schematic representation of a radial piston compressor, showing the pistons with larger diameter and small eccentric and the resulting collision; -
3a to 3e a schematic representation of a radial piston compressor and details of a radial piston compressor, in particular chamfer on the piston base; -
4 possible combinations of number of pistons, number of pole pairs of the electric machine and required number/dimension of housing screw connections; -
5 useful combination variants with the number of pistons “5”; -
6 sensible combination variants with seven and eight pistons; -
7 sensible combination variants with nine pistons; -
8 Cylinder pressure curve over cylinder volume - compression phases, -
9 Pressure curve per piston; -
10 superimposed piston pressure curves of a five-piston radial piston compressor; -
11 resulting radial load from the superposition of the pressure curves of 5 and 6 pistons; -
12 resulting radial force at an operating point for different numbers of pistons; -
13 Principle representation of eccentric bearing loads under different operating conditions.
Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:
- A
- Kolbenachse
- R
- Drehachse
- F
- Fase
- F1
- erste Fase
- F2
- zweite Fase
- α
- Fasenwinkel
- φ
- Antriebswinkel AW
- L
- Führungslänge
- Z
- Zylinderanzahl / Kolbenanzahl
- V
- Anzahl an Verschraubungen
- P
- Anzahl Polpaare
- M
- Dimension der Verschraubung
- D
- Kolbendurchmesser
- H
- Kolbenhub
- K
- Kolbenkollision
- 1
- Antriebseinrichtung
- 2
- Verdichtungseinrichtung
- 3
- Pol
- 4
- Verschraubung
- 5
- Gehäuse
- 6
- Koppelglied / Schwenksegment
- 21
- Antriebswelle
- 22
- Exzenter
- 25-25''''
- Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen
- 41
- Schraube
- 42
- Durchgangsbohrung
- 43
- Gewindebohrung
- 51
- Gehäusedeckel
- 52
- Rumpfgehäuse
- 231
- Arbeitsraum (Zylinderbohrung)
- 232
- Kolben
- 2321
- Kolbenfuß
- 2322
- Kantenverrundung
- A
- Piston axis
- R
- Rotation axis
- F
- chamfer
- F1
- first phase
- F2
- second phase
- α
- Chamfer angle
- φ
- Drive angle AW
- L
- Guide length
- Z
- Number of cylinders / number of pistons
- V
- Number of screw connections
- P
- Number of pole pairs
- M
- Dimension of the screw connection
- D
- Piston diameter
- H
- Piston stroke
- K
- Piston collision
- 1
- Drive system
- 2
- Compaction device
- 3
- pole
- 4
- Screw connection
- 5
- Housing
- 6
- Coupling link / swivel segment
- 21
- Drive shaft
- 22
- eccentric
- 25-25''''
- Piston-working chamber combinations
- 41
- screw
- 42
- Through hole
- 43
- Threaded hole
- 51
- Housing cover
- 52
- Fuselage housing
- 231
- Working space (cylinder bore)
- 232
- Pistons
- 2321
- Piston foot
- 2322
- Edge rounding
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.Features and details that are described in connection with a method naturally also apply in connection with the device according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other. In addition, a method according to the invention that may be described can be carried out with the device according to the invention.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke „weist auf“ und/oder „aufweisend“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder“ jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the disclosure. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It will also be understood that the terms “comprises” and/or “comprising,” when used in this specification, specify the presence of the recited features, integers, steps, operations, elements, and/or components, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and/or groups thereof. As used herein, the term “and/or” includes any and all combinations of one or more of the associated listed elements.
Zunächst wird auf die
Ein Radialkolbenverdichter umfasst im Wesentlichen eine Antriebseinrichtung 1 und eine Verdichtungseinrichtung 2.A radial piston compressor essentially comprises a
Bei der Antriebseinrichtung 1 kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor handeln.The
Die Verdichtungseinrichtung 2 umfasst eine Antriebswelle 21 mit einem Exzenter 22, sowie radial um die Antriebswelle angeordnete Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 23-23''''. Die Antriebswelle 21 mit dem Exzenter 22 kann auch als Exzenterwelle angesprochen werden.The
Eine Kolben-Arbeitsraum-Kombination 23 umfasst im Wesentlichen einen Arbeitsraum 231, auch Zylinder genannt, und einen Kolben 232, der in dem Arbeitsraum 231 auf und ab bewegt wird. Der Kolben 232 weist eine mittige geometrische Kolbenachse A auf, die mit der Verschieberichtung des Kolbens 232 übereinstimmt. Bei einem Radialkolbenverdichter mit einer Exzenterwelle 21, 22 umfasst der Kolben 232 auf seiner der Exzenterwelle zugewandten Seite eine Kontaktfläche, auf welche die Exzenterscheibe 22 während der Drehung der Exzenterwelle auftrifft bzw. anliegt. Die Exzenterwelle weist eine Drehachse R auf, um welche die Exzenterwelle gedreht wird. Mit dem Auftreffen des Exzenters auf die Kontaktfläche kommt es zu einer Kolbenaufwärtsbewegung und zur Verdichtung eines in dem Arbeitsraum 231 befindlichen Mediums und somit zu einem Druck- und Kraftanstieg.A piston-working
Nachfolgend wird insbesondere auf die
In der
Nachfolgend wird insbesondere auf die
Die hier verwendeten Kolben 232 weisen einen Kolbenfuß 2321, also einen der Antriebswelle 21 zugewandten Bereich des Kolbens 232, auf. Der Kolbenfuß 2321 ist mit einer umlaufenden Fase F oder zwei Fasen, insbesondere einer ersten Fase F1 und einer zweiten Fase F2, ausgestattet, die einen Winkel, nachfolgend als Fasenwinkel α bezeichnet, zur Längsachse K des Kolbens einnimmt bzw. einnehmen. Entsprechend nimmt die erste Fase F1 einen Fasenwinkel α1 und die zweite Fase F2 - im Falle zweier Fasen - einen Fasenwinkel α2 zur Kolbenachse A ein.The
Im Falle einer umlaufenden Fase ergibt sich im Wesentlichen ein konusförmiger Kolbenfuß. Der Fasenwinkel ist hier entsprechend als Fasenwinkel α bezeichnet. Im Fall der zwei Fasen ergeben sich im Wesentlichen zwei im entsprechenden Winkel angestellte Flächen.In the case of a circumferential chamfer, the result is essentially a conical piston base. The chamfer angle is referred to here as chamfer angle α. In the case of two chamfers, the result is essentially two surfaces set at the corresponding angle.
Die Fase als solches ist vorzugsweise als ebene Fläche ausgestaltet. Die Fasenwinkel α1 und α2 sind vorzugsweise gleich, so dass nachfolgend stellvertretend auf einen Fasenwinkel α Bezug genommen wird.The chamfer as such is preferably designed as a flat surface. The chamfer angles α1 and α2 are preferably equal, so that in the following reference is made to a chamfer angle α.
Erfindungsgemäß ist ein optimaler Fasenwinkel α am Kolbenfuß 2321 vorgesehen, der im Bereich des engsten Kontaktes benachbarter Kolben 232 eine größtmögliche Führungslänge L des Kolbens innerhalb der Zylinderbohrung 231 erlaubt.According to the invention, an optimal chamfer angle α is provided on the
Die Führungslänge L des Kolbens 232 ist derjenige Abschnitt bzw. diejenige Länge des Kolbens 232 mit welcher der Kolben in dem Arbeitsraum geführt werden kann.The guide length L of the
Die beste Lösung für Länge und Winkel der Kolbenfußfase F1, F2 also ein optimaler Fasenwinkel α am Kolbenfuß 2321, ergibt sich entsprechend zu <<Optimaler Fasenwinkel α = 360°/Kolbenanzahl/2>>. Die Kolbenanzahl ist entsprechend die Anzahl der in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Kolben des Radialkolbenverdichters. Wird ein optimaler Fasenwinkel α umgesetzt, sind die Flächen der Fasen F1, F2 benachbarter Kolben - im engsten Schnitt - parallel zueinander. Es ergibt sich eine sichere Kolbenführung bei gleichzeitig kleinem radialen Bauraum.The best solution for the length and angle of the piston base chamfer F1, F2, i.e. an optimal chamfer angle α on the
In den
In der
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass die Längsachsen der Kolben, also deren Kolbenachsen A, in einer Ebene liegen.It is further preferably provided that the longitudinal axes of the pistons, i.e. their piston axes A, lie in one plane.
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass auf den Umfang gleichverteilte Kolben/Zylinder, also Kolben-Arbeitsraumkombinationen vorgesehen sind, d.h. dass der Winkel zwischen benachbarten Kolbenachsen A für alle gleich ist.It is further preferably provided that pistons/cylinders, i.e. piston-working chamber combinations, are evenly distributed over the circumference, i.e. that the angle between adjacent piston axes A is the same for all.
Es sind ferner vorzugsweise geringe Bauraumanforderungen vorgesehen, die die Kollisionsgefahr benachbarter Kolben hervorruft.Furthermore, preferably small installation space requirements are provided, which causes the risk of collision between adjacent pistons.
Es können vorzugsweise zusätzliche Kantenverrundungen 2322 am Übergang der Kolbenfußfase F1 bzw. F2 zum Kolbenfuß 2321 vorgesehen sein.Preferably, additional edge roundings 2322 can be provided at the transition of the piston base chamfer F1 or F2 to the
Es können vorzugsweise die Größe der jeweiligen Kolbendurchmesser / Zylinderbohrungsdurchmesser, Kolbenanzahl und/oder Fasenlänge am Kolbenfuß variieren.Preferably, the size of the respective piston diameter/cylinder bore diameter, number of pistons and/or chamfer length at the piston base can vary.
Es können auch unterschiedliche Fasenlängen am Kolbenfuß 2321 auf beiden Seiten bei Schränkung der Kolbenachse A vorgesehen sein, insbesondere also bei Versatz der Zylinderbohrungen derart, dass die Achsen sich nicht schneiden bzw. die einander gegenüberliegenden Zylinder nicht auf einer Achse liegen, oder wenn der Kolbenfuß 2321 im Schnitt längs der Exzenterachse eine andere Fase aufweist, als im Querschnitt.Different chamfer lengths can also be provided on the
Nachfolgend wird auf die
Es kann hinsichtlich der grundsätzlichen Merkmale des Radialkolbenverdichters auf die
Ein Radialkolbenverdichter umfasst dabei eine als elektrische Maschine ausgestaltete Antriebseinrichtung 1 mit einer entsprechenden Anzahl von Polen 3, sprich einer Polzahl. Jeweils zwei Pole sind üblicherweise zu Polpaaren zusammengefasst. Zudem umfasst der Radialkolbenverdichter Verschraubungen 4. Die Verschraubungen umfassen in der Regel eine Schraube 41, eine Durchgangsbohrung 42 und eine entsprechende Gewindebohrung 43, in welche die Schraube 41 durchgesteckt bzw. eingeschraubt werden kann. Über die Verschraubung 4 wird ein mindestens zweiteiliges Gehäuse 5 des Radialkolbenverdichters miteinander verbunden. Vorzugsweise umfasst das Gehäuse einen Gehäusedeckel 51 und ein Rumpfgehäuse 52, welches über die Verschraubungen 4 miteinander verbunden werden.A radial piston compressor comprises a
Die Gehäuseverschraubung 4 soll die bauartbedingten Gehäuseteile 51, 52 axial miteinander verspannen, sodass unter allen Betriebsbedingungen und Testanforderungen kein Kältemittel an die Umgebung abgegeben wird. Sie muss also eine Dichtfunktion erfüllen. Die erforderliche Anpresskraft durch die Verschraubung 4 muss dabei so groß sein, dass sie der Druckkraft, die die Gehäuseteile 51, 52 auseinander drücken will, entgegenwirkt. Sinnvollerweise werden die Verschraubungen 4 in der Winkelhalbierenden „zwischen“ den Kolben bzw. Zylindern, also den Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 23, einzeln oder paarweise, platziert.The
Auch weist der Radialkolbenverdichter eine Anzahl von Kolben-Arbeitsraumkombinationen 23, dementsprechend eine entsprechende Anzahl von Kolben 232 bzw. Arbeitsräumen 231 auf. The radial piston compressor also has a number of piston-working
Zusätzlich oder alternativ kann hier vorgesehen sein, dass der Radialkolbenverdichter durch die Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 23 und die Pole 3 der elektrischen Maschine Anregungskomponenten ausbildet, wobei sich die Anregungskomponenten durch Anregungsevents, wie Druckspitzen im Arbeitsraum 231 und einen Wechsel zwischen den Polpaaren 3 auszeichnen, die einen Einfluss auf das akustische Verhalten des Radialkolbenverdichters haben.Additionally or alternatively, it can be provided here that the radial piston compressor forms excitation components through the piston-working
Nachfolgend, insbesondere in den
Das kgV ergibt sich als Produkt aus Kolbenanzahl bzw. Zylinderanzahl Z und der Anzahl P der Polpaare der als elektrische Maschine ausgestalteten Antriebseinrichtung, insbesondere bei Primzahlen. Bei 6 Schrauben und 8 Polpaaren ist das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV), nicht 6x8=48 sondern 24 (4×6=24 und 3×8=24).The LCM is the product of the number of pistons or cylinders Z and the number P of pole pairs of the drive device designed as an electric machine, especially for prime numbers. With 6 screws and 8 pole pairs, the least common multiple (LCM) is not 6x8=48 but 24 (4×6=24 and 3×8=24).
Dem entgegen steht, dass einige dieser Varianten eine große Anzahl von Bauteilen hat (Kolben; Polpaare) und somit seitens der Herstellkosten eher nicht zu bevorzugen sind.On the other hand, some of these variants have a large number of components (pistons, pole pairs) and are therefore not preferable in terms of manufacturing costs.
In der
In der
Die
Die
Erfindungsgemäß ist hier vorgesehen, dass bestimmte zu bevorzugende Kombinationen aus Kolbenanzahl bzw. Zylinderanzahl Z, Polpaarzahl P der E-Maschine und Anzahl V inkl. der Dimensionen M der Gehäuseverschraubungen ausgewählt werden, bei denen zu erwarten ist, dass sie das akustische Verhalten des Gesamtsystems verbessern.According to the invention, it is provided here that certain preferable combinations of the number of pistons or cylinders Z, the number of pole pairs P of the electric machine and the number V including the dimensions M of the housing screw connections are selected, which are expected to improve the acoustic behavior of the overall system.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Anregungsevents pro Umdrehung aus den verschiedenen Anregungskomponenten verschieden sind.Alternatively or additionally, it can be provided that the excitation events per revolution from the different excitation components are different.
Hierdurch kann ein Radialkolbenverdichter bereitgestellt werden, der bei gleichen oder ähnlichen Leistungsdaten geräuschärmer während des Betriebes ausgestaltet ist. Mit anderen Worten, sollten, zur Vermeidung von akustischen Auffälligkeiten, die Anregungsevents pro Umdrehung aus den verschiedenen Anregungskomponenten (beispielsweise Druckverläufe bei sieben Kolben = 7x pro Umdrehung; Anregung aus elektrischem Antrieb - Polpaarzahl 8= 8x pro Umdrehung) möglichst verschieden sein.This makes it possible to provide a radial piston compressor that is designed to be quieter during operation with the same or similar performance data. In other words, to avoid acoustic abnormalities, the excitation events per revolution from the various excitation components (for example, pressure curves with seven pistons = 7x per revolution; excitation from an electric drive - number of pole pairs 8 = 8x per revolution) should be as different as possible.
Der hier beschriebene Radialkolbenverdichter zeichnet sich insbesondere durch folgende Merkmale aus.The radial piston compressor described here is characterized in particular by the following features.
Es handelt sich vorzugsweise um einen elektrisch angetriebenen Radialkolbenverdichter, sprich die Antriebseinrichtung ist als elektrische Maschine ausgestaltet.It is preferably an electrically driven radial piston compressor, i.e. the drive device is designed as an electrical machine.
Es handelt sich vorzugsweise um eine elektrische Maschine mit einer Nut-Polpaar-Kombination wahlweiße permantenteregte, fremderregte oder selbsterregte Elektromotoren.It is preferably an electrical machine with a slot-pole pair combination of either permanently excited, separately excited or self-excited electric motors.
Es sind vorzugsweise gleichverteilte Kolben bzw. Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen für den Radialkolbenverdichter vorgesehen.Preferably, evenly distributed pistons or piston-working chamber combinations are provided for the radial piston compressor.
Es ist vorzugsweise eine Anordnung der Gehäuseverschraubungen 4 einzeln oder paarweise in der Winkelhalbierenden zwischen den Kolbenachsen A vorgesehen.Preferably, the
Es ist vorzugsweise ein möglichst gleicher Abstand, vorzugsweise gleicher Abstand, auf den Umfang des Schraubenlochkreises gesehen, der Schrauben 41 untereinander vorgesehen, um eine gleichmäßige Anpresskraft auf die Flächendichtung, insbesondere axial zwischen den Gehäusebauteilen 51, 52 zu erzeugen.Preferably, a distance as equal as possible, preferably the same distance, seen on the circumference of the screw hole circle, is provided between the screws 41 in order to generate a uniform contact pressure on the surface seal, in particular axially between the
Es sind insbesondere Variationen bzw. weitere Kombinationen von Kolbenanzahl Z, Polpaarzahl P und/oder Schraubenanzahl V denkbar.In particular, variations or further combinations of the number of pistons Z, the number of pole pairs P and/or the number of screws V are conceivable.
Es sind insbesondere von der Norm abweichende Verschraubungen 4, insbesondere Größe M7, oder Gewindesteigung, denkbar.In particular,
Es sind insbesondere Variationen hinsichtlich der Festigkeitsklasse der Schrauben 41, beispielsweise Festigkeitsklasse 8.8; 10.9; 12.9 o.a., denkbar.In particular, variations with regard to the strength class of the screws 41, for example strength class 8.8; 10.9; 12.9 or others, are conceivable.
Es sind insbesondere Variationen hinsichtlich der Art der Gehäuseverschraubung 4, insbesondere Schraubenkopfform, Schraubenschaft, Dehnschrauben, Stehbolzen mit Mutter, etc., denkbar.In particular, variations with regard to the type of
Es sind Variationen hinsichtlich Art und Material der Magnete der E-Maschine denkbar.Variations in the type and material of the magnets of the electric motor are conceivable.
Es sind Variationen hinsichtlich der Art der elektrischen Maschine, insbesondere wahlweiße auch Asynchronmaschine oder fremderregte Synchronmaschine, denkbar.Variations in the type of electrical machine are conceivable, in particular either an asynchronous machine or a separately excited synchronous machine.
Nachfolgend wird auf die
Es kann hinsichtlich der grundsätzlichen Merkmale des Radialkolbenverdichters auf die
Der hier skizzierte Radialkolbenverdichter zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Radialkolbenverdichter eine Anzahl von Kolben 232 aufweist, wobei die Kolben 232 einen Kolbendurchmesser D aufweisen, wobei die Kolben einen Kolbenhub H aufweisen.The radial piston compressor outlined here is characterized in particular in that the radial piston compressor has a number of
In der
In der
In der
In der
In der
In den
Weiterhin sinkt aufgrund der geringeren Amplituden die Lagerbelastung am Exzentertrieb. Das ermöglicht entweder den Einbau eines kleineren Lagers oder eine höhere Lebensdauer des Exzenterlagers.Furthermore, the bearing load on the eccentric drive is reduced due to the lower amplitudes. This enables either the installation of a smaller bearing or a longer service life of the eccentric bearing.
Besonders bei niedrigen Druckverhältnissen zeigt sich, dass sieben Kolben durch die günstige Überlagerung der Zylinderdruckverläufe ein Optimum darstellt. Das begünstigt den Betrieb des Kompressors bei niedrigem Druckverhältnis, da rein mechanisch mit einer daraus resultierenden niedrigen Drehmomentschwankung zu rechnen ist. Die elektrische Maschine hat aufgrund der geringen Drehmomentschwankung des Verdichters besser Regelungsmöglichkeiten und wird weniger stark angeregt.Particularly at low pressure ratios, it is clear that seven pistons represent an optimum due to the favorable overlap of the cylinder pressure curves. This favors the operation of the compressor at a low pressure ratio, since purely mechanically a resulting low torque fluctuation can be expected. Due to the low torque fluctuation of the compressor, the electric machine has better control options and is stimulated less.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine geeignete Kombination aus Kolbenanzahl Z, Kolbendurchmesser D und Hub H des Kolbens vorzuschlagen, bei der die anregende Kraftkomponente aus den Druckverläufen der Verdichtungsvorgänge ein Optimum darstellt. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass bestimmte zu bevorzugende Kombinationen aus Kolbenanzahl Z, Kolbendurchmesser und Hub H des Kolbens 232 in ausgewählten Betriebspunkten zu einer optimalen Anregungsfunktion am Exzenter 22 führen sollen. Es sollte ein spezifisches Hub-/Durchmesserverhältnis H/D mit zugehöriger Kolbenanzahl Z angepasst auf den Verdichtungsprozess ausgewählt werden.According to the invention, it is intended to propose a suitable combination of number of pistons Z, piston diameter D and stroke H of the piston, in which the exciting force component from the pressure curves of the compression processes represents an optimum. In other words, it is intended that certain preferred combinations of number of pistons Z, piston diameter and stroke H of the
Hierdurch wird eine Verringerung der akustischen Auswirkungen, insbesondere des Schalldruckpegels, des Gesamtsystems erreicht und damit zu einem verbesserten akustischen Verhalten im Fahrzeug beigetragen. Es ergibt sich insbesondere auch eine höhere Lagerlebensdauer des Exzenters bzw. eines auf der Exzenterscheibe angeordneten Lagers, insbesondere Rollenlagers und/oder eine geringere Drehmomentschwankungen des Verdichters und damit bessere Regelbarkeit.This reduces the acoustic effects, particularly the sound pressure level, of the entire system and thus contributes to improved acoustic behavior in the vehicle. In particular, this also results in a longer bearing life of the eccentric or a bearing arranged on the eccentric disk, particularly a roller bearing, and/or lower torque fluctuations of the compressor and thus better controllability.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Radialkolbenverdichter um einen elektrisch angetriebenen Radialkolbenverdichter im Zweitaktbetrieb. Als Antriebseinrichtung kommt bevorzugt eine elektrische Maschine zum Einsatz. Es sind ferner gleichverteilte Kolben 232 für den Radialkolbenverdichter bevorzugt vorgesehen.The radial piston compressor is preferably an electrically driven radial piston compressor in two-stroke operation. An electric machine is preferably used as the drive device. Furthermore, evenly distributed
Es sind ferner vorzugsweise weitere Kombinationen von Kolbenanzahl/Durchmesser zu Kolbenanzahl denkbar. Auch sind andere Kältemittel außer CO2 als Fluid für den Radialkolbenverdichter denkbar.Furthermore, further combinations of number of pistons/diameter to number of pistons are preferably conceivable. Refrigerants other than CO2 are also conceivable as a fluid for the radial piston compressor.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der hier vorgeschlagenen Radialkolbenverdichter liegt im Bereich von Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen. Entsprechend ist der Radialkolbenverdichter bevorzugt zum Verdichten eines Kältemittels bzw. Fluids, wie beispielsweise CO2 eingerichtet. Es sind aber auch andere Einsatzzwecke bzw. Fluide denkbar.A preferred application area for the radial piston compressors proposed here is in the area of air conditioning systems in motor vehicles. Accordingly, the radial piston compressor is preferably designed to compress a coolant or fluid, such as CO2. However, other applications or fluids are also conceivable.
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