Vollintegrierter Zylinderkopf für einen Kompressor

GEBIET DER ERFINDUNG Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für einen Kompressor, mit einer daran angeordneten Kühleinheit zur Kühlung des Zylinderkopfs und einer Ventilplatte.

Moderne Nutzfahrzeuge, die im Schienen- oder Straßenverkehr eingesetzt werden, werden mit vielen Druckluft verbrauchenden Teilsystemen ausgerüstet. Zu diesen Teilsystemen gehören beispielsweise eine mit Druckluft betriebene Betriebsbremse und eine Luftfederung. Die Versorgung dieser Druckluftverbraucher mit Druckluft wird mit Hilfe einer Druckluftversorgungseinrichtung realisiert, die einen Kompressor umfasst. Umgebungsluft wird von dem Kompressor angesaugt, komprimiert und vor der Verwendung in den Verbrauchern von Fremdbestandteilen, wie Öl und Was- ser, in weiteren Bestandteilen der Druckluftversorgungseinrichtung gereinigt.

Moderne Kompressoren stellen infolge der stetig wachsenden Anforderung an Effizienz und definierten Druckluftaustrittstemperaturen hohe Anforderungen an Bauteile wie Ventilplatte, Kühleinheit und Zylinderkopf. Diese Bauteile werden durch die thermischen und mechanischen Lasten aus der Kompression stark beansprucht. Gemäß allgemein bekanntem Stand der Technik erfolgt die gegenseitige Abdichtung und Verschraubung von Ventilplatte, Kühleinheit und Zylinderkopf. Einzelne Lösungsvarianten integrieren die Kühlfunktion in den Zylinderkopf und verzichten auf den Einsatz einer separaten Kühleinheit. Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik gehen im Bereich der Auslassventile für Kolbenkompressoren selbsttätige Lamellenventile hervor. Sie sind entweder einseitig fixiert oder können sich entlang einer beidseitigen Führung heben. Lamel- lenventile sind in der Regel auf einer Ventilplatte mit Durchlassöffnungen genietet und umfassen einen oberen Fänger, Federelemente sowie eine Ventillamelle.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optimierten Zylinderkopf für einen Kompressor zu schaffen, der zur Leistungsverbesserung des Kompressors beiträgt und das Leckagerisiko verringert.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor.

Erfindungsgemäß sind die Kühleinheit und die Ventilplatte in einer monolithischen Bauweise im Zylinderkopf vollintegriert. Mit anderen Worten umfasst der Zylinderkopf sowohl die Kühleinheit als auch die Ventilplatte und ist als ein einziges Bauteil ausgebildet. Verfahrenstechnisch wird vorgeschlagen, den vollintegrierten Zylinderkopf, umfassend Kühleinheit und Ventilplatte in monolithischer Bauweise nach einem Lost-Foam- Verfahren oder einem generativen Verfahren herzustellen. Die Her- Stellung des monolithischen Zylinderkopfs nach generativen Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Rapid Prototyping, Stereolithografie, Lasersintern, etc., eignet sich insbesondere für Prototypen und Kleinserien. Für mittlere und größere Serien wird das Lost-Foam-Gießverfahren vorgeschlagen. Das Lost-Foam-Gießverfahren erlaubt komplexere Geometrien und eine größere Gestaltungsfreiheit als herkömmliche Gießverfahren. Diese Gestaltungsvorteile ermöglichen die gesamtleistungsorientierte Neugestaltung von Luftführungskanälen und Wasserkanälen im Zylinderkopf, mit der eine Leistungssteigerung des Gesamt- Systems Kompressor erreicht wird.

Durch die Integration von Zylinderkopf, Kühlplatte sowie Ventilplatte und die Reduktion von Schnittstellen durch die monolithische Bauweise werden nicht nur Risiken für Undichtigkeiten vollständig vermieden, sondern auch mindestens zwei Diehtungen eingespart, die bei nicht monolithischer Ausbildung des Zylinderkopfs zwischen Zylinderkopf und Kühlplatte sowie zwischen Kühlplatte und Ventilplatte angeordnet sind. Ferner erfolgt eine Material- und Gewichtseinsparung durch einen Entfall von Stütz strukturen, da durch die Integration von Zylinderkopf, Kühleinheit und Ventilplatte die Fügestellen zwischen Zylinderkopf und Kühleinheit respektive Kühleinheit und Ventilplatte entfallen und somit auch der Bedarf einer durch die Verschraubung gegebenen kontinuierlichen Flächenpressung in diesen Bereichen nicht gegeben ist. Nicht zu vernachlässigen sind auch die Reduktionen von Nachbearbeitung und Montageaufwand sowie das Kosteneinsparpotenzial durch weniger Teilenummern.

Vorzugsweise sind an einer zum Kompressor gerichteten Fläche des Zylinderkopfs mindestens zwei Aussparungen zur Aufnahme jeweils einer Auslassventileinheit ausgebildet. Die Auslassventileinheit als separater Einsatz erlaubt eine relativ freie Materialwahl unabhängig vom Material des vollintegrierten Zylinderkopfs. Da gera- de im Bereich des Auslassventils Belastungsspitzen auftreten, können hier gezielt widerstandsfähigere Werkstoffe eingesetzt werden, welches den lokalen Anforderungen genügt.

Die Auslassventileinheit wird besonders bevorzugt in die jeweilige Aussparung am Zylinderkopf eingeschweißt oder eingeschraubt. Zum Einschweißen der Auslassven- tileinheit in die jeweilige Aussparung am Zylinderkopf eignet sich insbesondere das Laserschweißverfahren. Die Vorteile sind insbesondere eine schnelle und präzise Bearbeitung, eine sehr gute Wärmeableitung sowie eine sehr hohe Dichtigkeit. Die alternative Möglichkeit des Einschraubens der Auslassventileinheit in die jeweilige Aussparung am Zylinderkopf bietet flexiblere Optionen der Materialpaarungen.

Des Weiteren bevorzugt ist, dass die Auslassventileinheit eine Ventilplatte aufweist, die in die jeweilige Aussparung am Zylinderkopf angeordnet ist. Ferner sind an der Ventilplatte mindestens zwei Führungsbolzen zur axialen Führung mindestens einer Ventillamelle angeordnet. Darüber hinaus ist an den mindestens zwei Führungsbolzen ein Fangelement im Wesentlichen parallel zur Ventilplatte angeordnet, das einen Anschlag für die mindestens eine Ventillamelle bildet. Axial zwischen der mindestens einen Ventillamelle und dem Fangelement ist mindestens ein Federelement zur Rückstellung der mindestens einen Ventillamelle angeordnet. Die mindestens eine Ventillamelle hebt sich bei Druckbeaufschlagung von der Ventilplatte entgegen des Druckes des Federelements. Dabei bleibt die mindestens eine Ventillamelle zu jedem Zeitpunkt parallel zur Ventilplatte orientiert, wodurch ein optimales Abströmen der Luft erzielt wird. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kompressors mit einem Zylinderkopf und einem aufgeschnittenen Kolbengehäuse,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes gemäß Figur 1, und Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Auslassventileinheit. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Gemäß Figur 1 umfasst ein erfindungsgemäßer Kompressor 2 ein Kolbengehäuse 13 sowie einen monolithischen Zylinderkopf 1 mit vollintegrierter Kühleinheit 3 und Ventilplatte 4. Angetrieben wird der Kompressor 2 über eine Welle 14. Das Kolbengehäuse 13 ist in der Nähe des Zylinderkopfs 1 aufgeschnitten, so dass ein Kolbenraum 15 sichtbar ist. Im Inneren des Kolbenraumes 15 bewegt sich ein - hier nicht dargestellter - Kolben axial auf und nieder. Nach Figur 2 weist der vollintegrierte, monolithische Zylinderkopf 1 an einer zum Kompressor 2 gerichteten Fläche 5 zwei Aussparungen 6a, 6b zur Aufnahme jeweils einer - hier nicht dargestellten -Auslassventileinheit 7a, 7b auf. Die beiden Aussparungen 6a, 6b dienen als Auslass der Druckluft aus einem - hier nicht dargestellten - Kompressionsraum des Kompressors 2. Ferner sind an der zum Kompressor 2 ge- richteten Fläche 5 acht luftzuführende Einlässe 16a- 16h, sechs Öffnungen 17a-17f für - hier nicht dargestellte - Zylinderkopfschrauben sowie zwei Durchbrüche 18a, 18b für einen - hier nicht dargestellten - ESS-Kolben ausgebildet. Somit ist der Zylinderkopf 1 für einen Kompressor 2 mit ESS (Energie Saving System) geeignet. Gemäß Figur 3 ist eine der beiden identisch aufgebauten Auslassventileinheiten 7a, 7b dargestellt. Die Auslassventileinheit 7a weist eine Ventilplatte 8 auf, die dazu vorgesehen ist in die jeweilige Aussparung 6a, 6b am Zylinderkopf 1 angeordnet zu werden. An der Ventilplatte 8 sind zwei Führungsbolzen 9a, 9b zur axialen Führung einer Ventillamelle 10 angeordnet. Ferner ist an den zwei Führungsbolzen 9a, 9b ein Fangelement 11 parallel zur Ventilplatte 8 angeordnet, das einen Anschlag für die Ventillamelle 10 bildet. Axial zwischen der Ventillamelle 10 und dem Fangelement 11 ist ein Federelement 12 zur Rückstellung der Ventillamelle 10 angeordnet. Die Ventillamelle 10 hebt sich bei Druckbeaufschlagung parallel von der Ventilplatte 8 entgegen der Kraft des Federelements 12, so dass ein optimales Abströmen der Luft erzielt wird.

Bezugszeichenliste

1 Zylinderkopf

2 Kompressor

3 Kühleinheit

4 Ventilplatte

5 Fläche

6a, 6b Aussparung

7a, 7b Au sl as sventil einheit

8 Ventilplatte

9a, 9b Führungsbolzen

10 Ventillamelle

11 Fangelement

12 Federelement

13 Kolbengehäuse

14 Welle

15 Kolbenraum

16a- 16h luftzuführende Einlässe

17a-17f Öffnung

18a, 18b Durchbruch