Kompressorsysteme für Pannenhilfesets

Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem für ein Pannenhilfeset mit einem Kolben, der durch einen Motor über einen Kurbelmechanismus mit zwei Zahnrädern angetrieben ist und einen Zylinderhauptkörper aufweisend eine Pumpkammer, in der der Kolben von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt zum Komprimieren von Luft verfahrbar gelagert ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Pannenhilfeset umfassend ein Kompressorsystem sowie ein Verfahren zum Abdichten eines Fahrzeugreifens.

Kompressorsysteme für Pannenhilfesets der oben beschriebenen Art sind für die Anwendung von PKW-Fahrzeugreifen bekannt. Derartige Pannenhilfesets sind dazu ausgelegt das für ein PKW-Fahrzeugreifen notwendige Volumen von Druckluft in einer vorgegebenen Zeit mit einem geforderten Druck bereitzustellen. Für Fahrzeugreifen, beispielsweise eines Transporters oder eines Lastkraftwagens, die ein größeres Volumen aufweisen und beziehungsweise oder einen höheren Fülldruck haben, sind bekannte Kompressorsysteme für Pannenhilfesets nicht ausgelegt. Der bereitgestellte Volumenstrom ist zu gering, um einen derartigen Fahrzeugreifen in einer vorgesehenen Zeit zu befüllen. Die notwendige lange Betriebsdauer würde regelmäßig zu einer Überhitzung des Kompressorsystems führen, wobei die notwendigen Fülldrücke durch bekannte Kompressorsysteme nicht erreicht werden. Dies beruht darauf, dass bekannte Kompressorsysteme, mit dem Ziel ein geringes Gewicht und eine geringe Baugröße zu erreichen, aus Kunststoffen hergestellt werden.

Die US 2020/0158099 A1 offenbart ein derartiges aus Kunststoff hergestelltes Kompressorsystem, wobei die Luftauslassendkomponente des Zylinders, die lösbar mit der Auslasseinheit verbunden ist, einen Metalleinsatz aufweist, um diesen Bereich für die dort herrschenden hohen Drücke und Temperaturen zu ertüchtigen. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kompressorsystem für ein Pannenhilfeset der eingangs genannten Art in einer zuverlässigen und kosteneffizient herstellbaren Bauform mit einem geringen Gewicht und einer geringen Baugröße bereitzustellen, das ein höheren Volumenstrom und einen höheren Fülldruck beim Befüllen von Fahrzeugreifen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kompressorsystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einem Pannenhilfeset sowie einem Verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also ein Kompressorsystem für ein Pannenhilfeset vorgesehen, umfassend einen Motor, einen Kolben, der durch den Motor über einen Kurbelmechanismus angetrieben ist und einen einteiligen Zylinderhauptkörper aufweisend eine Pumpkammer, in der der Kolben von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt zum Komprimieren von Luft verfahrbar gelagert ist, und eine Aufnahmekammer zur Aufnahme der in der Pumpkammer komprimierten Druckluft durch ein Luftauslassventil, wobei der Zylinderhauptkörper ein Kunststoffbauteil ist, wobei der Zylinderhauptkörper einen Metalleinsatz im Bereich des Luftauslassventil aufweist.

Es wurde vorteilhafter Weise erkannt, dass ein einteiliger Zylinderhauptkörper, der die Pumpkammer sowie die Aufnahmekammer ausbildet bei einer geringen Baugröße und somit bei einem geringen Gewicht besonders zuverlässig ist. Durch die einteilige Ausbildung des mit einem hohen Druck und hohen Temperaturen beaufschlagten Bereichs entfällt in diesem Bereich die Notwendigkeit mehrere Komponenten miteinander zu verbinden und abzudichten. Aufgrund der vorherrschenden Drücke und der daraus resultierenden Kräfte sind Flansche aus Kunststoff bei den vorherrschenden Temperaturen groß zu dimensionieren, um eine möglichst dauerhaft dichte Verbindung zu ermöglichen.

Der Zylinderhauptkörper weist einen Metalleinsatz im Bereich des Luftauslassventil auf, da erkannt wurde, dass in diesem Bereich die höchsten Temperaturen erreicht werden sowie eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, so dass für einen Kunststoff eine hohe thermische Belastung vorliegt, bei einer gleichzeitig hohen mechanischen Belastung aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit und des anliegenden Druckes. Bekannte Kunststoffe ertragen diese Belastungen nicht längerfristig schadlos. Bekannte Kompressoren, die für die geforderten Drücke und Volumenströme ausgelegt sind, sind aus Metall hergestellt und haben daher eine größere Baugröße und ein deutlich höheres Gewicht.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein einteiliger Zylinderhauptkörper aus Kunststoff geeignet ist ein Kompressorsystem mit geringem Gewicht bereitzustellen, der höhere Fülldrücke als bei bekannten Kompressorsystemen dieser Art bei einem hohen Volumenstrom ermöglicht, wenn er im besonders beanspruchten Bereich einen Metalleinsatz aufweist. Der Metalleinsatz besteht bevorzugt aus einer Eisenlegierung, einer Zinklegierung oder einer Aluminiumlegierung.

Unter einem einteiligen Zylinderhauptkörper wird verstanden, dass der Zylinderhauptkörper nicht aus mehreren Komponenten besteht, die zueinander Dichtflächen ausbilden oder in einem Wartungsfall oder Reparaturfall zu demontieren sind. Ein einteiliger Zylinderhauptkörper besteht jedoch aus verschiedenen Werkstoffen, wie einem Kunststoff sowie einen Metalleinsatz sowie bevorzugt Glasfasern. Bevorzugter Weise ist der Metalleinsatz von dem Kunststoff des Zylinderhauptkörper umspritzt. Der Metalleinsatz kann aber alternativ mit anderen bekannten Mitteln mit dem Kunststoff dauerhaft verbunden sein, um den einteiligen Zylinderhauptkörper auszubilden.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Kunststoff zumindest des Zylinderhauptkörpers ein glasfaserverstärkter Kunststoff ist, der bevorzugt einen Glasfaseranteil von 40 % bis 60 % und weiter bevorzugt von 45 % bis 50 % aufweist, und bevorzugt ein Polyamid ist. Kunststoffe mit einem Glasfaseranteil von zumindest 40 % und höchstens 60 % sind für die Verwendung als Zylinderhauptkörper aufgrund ihrer hohen mechanischen und thermischen Belastbarkeit besonders geeignet. Insbesondere Polyamid hat sich hierbei als ein geeigneter Kunststoff herausgestellt. Bevorzugter Weise haben zumindest auch die weiteren hochbelasteten Komponenten ein derartigen Glasfaseranteil.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Metalleinsatz formschlüssig von dem Kunststoff des Zylinderhauptkörpers umschlossen ist und sich weiter bevorzugt mit Teilbereichen bis durch die äußeren Oberflächen des Kunststoffs des Zylinderhauptkörpers hindurch erstreckt. Eine formschlüssige Umschließung des Metalleinsatzes durch den Kunststoff gewährleistet, auch bei hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen, eine sichere Verbindung zwischen dem Metalleinsatz und dem Kunststoff. Teilbereiche des Metalleinsatzes, die aus dem Kunststoff des Zylinderhauptkörpers in die Umgebung herausragen, ermöglichen eine effektive Wärmeabgabe an die Umgebung. Insbesondere können die Teilbereiche als Kühlfinnen ausgeführt werden und in einem Bereich erhöhter Luftzirkulation positioniert werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Luftauslassventil ein Rückschlagventil, insbesondere ein Flatterventil, ist. Rückschlagventile sind zuverlässige sowie kostengünstig herstellbare Luftauslassventile, die sich insbesondere bis zu mittleren Frequenzen des Gasaustausches als geeignet erwiesen haben. Bevorzugt werden Flatterventile verwendet, da diese besonders effizient, also geringe Rückströmverluste erzeugen, und leicht sind. Insbesondere ermöglichen Flatterventile einen effektiven Gasaustausch auch bei höheren Frequenzen des Gasaustausches.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Kurbelmechanismus Zahnräder aufweist, wobei die Zahnräder zumindest in Teilbereichen, bevorzugt ausschließlich, aus Metall bestehen. Kunststoffzahnräder haben eine geringe Haltbarkeit bei den hohen zu erzeugenden Drücken bei einem hohen Volumenstrom und der daher hohen zu übertragenden Leistung, wenn diese die notwendige kompakte Bauform aufweisen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen die besonders beanspruchten Teilbereiche, wie die Zähne der Zahnräder, aus einem Metall zu fertigen, da hierdurch eine kompakte Bauform sowie ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb ermöglicht wird. Als besonders beständig sowie kostengünstig haben sich Zahnräder erwiesen, die nur aus Metall bestehen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Pumpkammer zum Begrenzen eines Maximaldrucks in der Pumpkammer ein Totraumvolumen ausbildet, insbesondere ein vom Druck in der Pumpkammer abhängiges, variables Totraumvolumen. Die Begrenzung des Maximaldrucks in der Pumpkammer mittels eines Totraumvolumens ermöglicht eine kostengünstige sowie zuverlässige Begrenzung des Maximaldrucks. Diese Art der Begrenzung des Maximaldrucks ist weiterhin bei hohen Drücken effizienter als das Abblasen der Druckluft über ein Entlastungsventil. Hierdurch wird insbesondere bei hohen thermischen und mechanischen Belastungen, die bei hohen Drücken vorliegen, die Temperaturbelastung in der Pumpkammer verringert. In Betriebszuständen, in denen keine Begrenzung des Drucks notwendig ist, verringert das Totraumvolumen die Effizienz. Daher wird ein Totraumvolumen, das vom Druck in der Pumpkammer abhängig ist, sich also bei hohen Drücken vergrößert, bevorzugt, da hierdurch die Effizienz bei geringeren Drücken erhöht wird, wodurch eine geringere Erwärmung der Pumpkammer erreicht wird, so dass die maximal erreichte Temperatur beim Befüllen eines Fahrzeugreifens verringert wird. Ein variabler Totraum kann beispielweise durch einen zweiten, federbelasteten Kolben, der parallel zum Luftauslassventil an die Pumpkammer angebunden ist oder mittels elastischer Seitenwände der Pumpkammer ausgebildet werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Zylinderhauptkörper geeignet ist einen Maximaldruck von zumindest 7 bar, bevorzugt von zumindest 8 bar, weiter bevorzugt von zumindest 9 bar und am meisten bevorzugt von zumindest 10 bar bereitzustellen, wobei Temperaturen von zumindest 150 °C, bevorzugt von zumindest 170 °C, weiter bevorzugt von zumindest 190 °C, weiter bevorzugt von zumindest 220 °C und am meisten bevorzugt von zumindest 250 °C in Bereichen des Zylinderhauptkörpers vorliegen. Ein Zylinderhauptkörper, der geeignet ist, zumindest einen Maximaldruck von 7 bar bei Temperaturen von zumindest 150 °C bereitzustellen, ermöglicht ein Kompressorsystem für Pannenhilfesets, das bei hohen Volumenströmen höhere Fülldrücke erzeugen kann. Ist der Zylinderhauptkörper für noch höhere Drücke und Temperaturen geeignet, können bei hohen Volumenströmen noch höhere Fülldrücke erzeugt werden. Unter höhere Fülldrücke wird insbesondere ein Fülldruck im Fahrzeugreifen von zumindest 3 bar, bevorzugt von zumindest 4 bar und weiter bevorzugt von zumindest 5 bar verstanden.

Erfindungsgemäß ist ein Pannenhilfeset umfassend ein erfindungsgemäßes Kompressorsystem und eine Dichtmittelvorrichtung vorgesehen, wobei die Dichtmittelvorrichtung ein Abdichtmittel zum Abdichten eines Fahrzeugreifens aufweist, wobei das Kompressorsystem mit der Dichtmittelvorrichtung bevorzugt verbindbar ist. Das erfindungsgemäße Pannenhilfeset ermöglicht das Abdichten sowie das Befüllen eines Fahrzeugreifens mit einem höheren Fülldruck, wobei das Kompressorsystem insbesondere in der Verwendung als Pannenhilfeset vorteilhaft ist, da Pannenhilfesets ein geringes Gewicht und eine kleine Baugröße aufzuweisen haben.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Abdichten eines Fahrzeugreifens unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kompressorsystems oder eines erfindungsgemäßen Pannensets, umfassend zumindest folgende Schritte vorgesehen: i) Aufbauen eines Überdruckes durch einen Kolben in dem Kompressorsystem, wobei der Überdruck im Zylinderhauptkörper zumindest 8 bar, bevorzugt zumindest 9 bar und weiter bevorzugt zumindest 10 bar, beträgt ii) Fördern eines Abdichtmittels mittels im Kompressorsystem aufgebauten Überdruckes in einen Fahrzeugreifen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abdichten eines Fahrzeugreifens mit einem Dichtmittel ist vorteilhaft, da durch die hohen erzeugbaren Drücke im Zylinderhauptkörper Fahrzeugreifen mit höheren Drücken bei einem hohen Volumenstrom befüllt und bevorzugt abgedichtet werden können.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 ein Kompressorsystem für ein Pannenhilfeset. Figur 1 zeigt ein Kompressorsystem für ein Pannenhilfeset mit einem einteiligen Zylinderhauptkörper 1 , der einen über eine Pleuelstange 2 angetriebenen Kolben 3 mit einem Lufteinlassventil 4 innerhalb von Seitenwänden 5 einer Pumpkammer 6 aufnimmt. Der Zylinderhauptkörper 1 besteht nimmt ein Luftauslassventil 7 auf, dass ein zurückströmen der komprimierten Luft aus der Aufnahmekammer 8 verhindert.

Treibt der Motor 9 über ein erstes Zahnrad 10 ein zweites Zahnrad 11 an verfährt die Pleuelstange 2 den Kolben 3 in Richtung des unteren Totpunkts, so dass Luft bei geschlossenem Luftauslassventil 7 durch das geöffnete Lufteinlassventil 4 in die Pumpkammer 6 strömt. Nach Durchlaufen des unteren Totpunkts wird die sich in der Pumpkammer 6 befindliche Luft bei geschlossenem Lufteinlassventil 4 komprimiert und durch das sich öffnende Luftauslassventil 7 befördert.

Die sich durch die Komprimierung erwärmende Luft erreicht ihre maximale Temperatur beim Erreichen des oberen Totpunktes, wobei durch die sich einstellende Strömung die größte thermische Belastung des Zylinderhauptkörpers 1 im Bereich der sich verengenden Pumpkammer 6 in Strömungsrichtung unmittelbar vor dem Luftauslassventil 7 einstellt. In diesem Bereich der Pumpkammer 6 herrscht aufgrund des Drucks gleichzeitig die höchste mechanische Belastung. Um dieser thermischen und mechanischen Belastung standzuhalten, weist der Zylinderhauptkörper 1 , der überwiegend aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff besteht, in diesem Bereich einen Metalleinsatz 12 auf, der in dem hochbelasteten Bereich die Oberfläche des Zylinderhauptkörpers 1 ausbildet. Der Metalleinsatz 12 ist einteilig mit dem Kunststoff des Zylinderhauptkörper 1 ausgebildet und durch ein Spritzgussverfahren formschlüssig mit diesem verbunden. Bezugszeichenliste Zylinderhauptkörper Pleuelstange Kolben Lufteinlassventil Seitenwänden Pumpkammer Luftauslassventil Aufnahmekammer Motor erstes Zahnrad zweites Zahnrad Metalleinsatz