Un nuevo compresor para la climatización de autobuses

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1 KV-0401-E-P Un nuevo compresor para la climatización de autobuses Um novo compressor para a climatização de autocarros edición especial edicão especial

2 Un nuevo compresor para la climatización de autobuses Um novo compressor para a climatização de autocarros 1 Introducción 1 Introdução En base a la experiencia con más de compresores en uso de las series 4UFCY a 4NFCY ( ccm), una alternativa más económica está desarrollado para sistemas de aire acondicionado de potencias pequeña y media para autobuses. Convence gracias a sus particulares innovaciones, conservando en todo momento la mayor durabilidad en comparación con compresores de disco oscilante. Baseando-se na experiência com mais de compressores em uso da série 4UFCY até 4NFCY ( ccm) foi desenvolvido para climatizadores de autocarros de pequena e média potência um alternativo compressor mais barato. Este convence por sua construção inovadora, onde também é conservada a elevada duração de vida em relação à compressores de disco oscilante. 2 Estado de la técnica 2 Estado da técnica En el mercado de autobuses de tamaño pequeño a mediano con accionamiento por motor trasero que crece rápidamente aparecen distintas soluciones para compresores de climatizadores. Todas las soluciones tienen en común que el cigüeñal del motor diesel acciona los compresores por medio de correas. Las soluciones cuyo objetivo principal es de reducir los costes, se basan en el montaje bastante complicado de compresores de climatizadores para automóviles, por ejemplo en "grupos de dos", que pueden proporcionar el rendimiento necesario (figura 1). Los compresores para automóviles son muy económicos gracias a las grandes cantidades producidas. Sin embargo, no cumplen los requisitos para la utilización en autobuses: El uso en autobuses requiere una vida útil de horas. Además, el estado actual energético de los compresores para automóviles no corresponde al de los componentes montados en autobuses. Los compresores para automóviles utilizados para autobuses fallan frecuentemente al cabo de un año y originan gastos mayores que si se hubiera utilizado desde el principio No mercado em constante expansão para autocarros pequenos até médios com tracção traseira se deixam encontrar diferentes soluções para o compressor de climatização. Todos coincidem no ponto que o compressor da cambota do motor Diesel é accionado por correias. Soluções já mais orientadas ao custo baseiam-se em compressores de climatização de automóveis ligeiros, que por ex. são instalados de modo dispendioso em "pacote duplo" para poder ser alcançada a necessária potência (figura 1). Os compressores de climatização de automóveis ligeiros são devido à quantidade de produção baratos na compra, mas não preenchem as requisições para a montagem do autocarro: aqui é requisitada uma duração de vida de horas como também a energética de compressores de climatização de automóveis ligeiros não estão no actual estado para a montagem em autocarros. Geralmente surgem as primeiras falhas em compressores de climatização de automóveis ligeiros usados em autocarros após um ano de uso, causando assim maiores custos do que ter investido desde o início no Fig. 1 Montaje en autobús con compresor para automóviles de 2 x 170 ccm Fig. 1 Montagem em um autocarro com 2 x 170 ccm compressores de climatização de automóveis ligeiros Fig. 2 Montaje en autobús con 4UFCY (400 ccm) con balanceador, rodillo intermedio y generador Fig. 2 Montagem em autocarro com 4UFCY (400 ccm) com báscula e rolo intermediário como também gerador 2 Um novo compressor para a climatização de autocarros

3 el producto "correcto". La causa del fallo es casi siempre la lubricación insuficiente como consecuencia de la utilización con demasiado refrigerante líquido. El refrigerante R134a (tetrafluoretano) se comporta como un disolvente y frega la película lubricante. Así se producen daños prematuros debido a que los compresores para automóviles carecen de una separación del aceite y del refrigerante y a que el compresor no dispone de un circuito de aceite. Estos daños prematuros no tienen tan gran efecto al utilizarlos en automóviles gracias al volumen de llenado del refrigerante y a los tiempos de funcionamiento más breves. Por lo tanto, se utilizan como alternativa los modelos más pequeños de los compresores clásicos de climatizadores de autobuses (figura 2). Varios fabricantes ofrecen estos compresores de 400 o 460 ccm que contienen normalmente un engrase a presión en circuito cerrado con una separación adecuada del aceite y del refrigerante. Se conectan y desconectan por medio de un acoplamiento electromagnético y se caracterizan por su rendimiento isentrópico de hasta 0,8. Dichos compresores responden perfectamente a las exigencias del montaje al lado de motores traseros, pero constituyen un obstáculo particular debido a los gastos elevados del primer equipamiento en comparación con los compresores para automóviles: un compresor con acoplamiento puede resultar mucho más caro que los compresores para automóviles utilizados en "grupos de dos". Partiendo desde esta situación, surgió la siguiente exigencia: desarrollar una generación de compresores que produzcan menos gastos y que mantengan toda su fiabilidad para la utilización en autobuses. produto "certo". Em grande parte ocorrem as falhas devido a insuficiente lubrificação ocasionado com pela operação com demasiado refrigerante líquido. O refrigerante R134a (Tetrafluoretano) comporta-se como um meio solvente e lava a camada lubrificante. Devido a falta da separação do óleo e refrigerante nos compressores de automóveis ligeiros e a falta de um circuito para o óleo no compressor ocorrem as antecipadas falhas que na utilização em automóveis ligeiros não chegam a ser de relevância em vista à menor quantidade do refrigerante como também o reduzido tempo de funcionamento. Como alternativa são por isto empenhados os modelos menores de clássicos compressores de climatização de autocarros (figura 2). Este compressor com 400 ou 460 ccm são oferecidos por vários fabricantes e possuem geralmente uma lubrificação sob pressão em circuito fechado com adequada separação do óleo e refrigerante. Estes são activados e desactivados sobre uma embraiagem magnética e se qualificam pelam eficiência isentrópica de até 0,8. Estes compressores preenchem idealmente as requisições para a montagem al lado do motor de tracção traseira, mas ocasionam o especial obstáculo de maiores custos na primeira montagem em comparação a compressores de automóveis ligeiros: um compressor com embraiagem pode ser bem mais caro do que o uso de compressores de automóveis ligeiros em "pacote duplo". Assim surgiu desta situação a exigência de desenvolver uma geração de compressores que tenham um preço bem mais acessível e que continuem garantindo o ideal empenho para a montagem em autocarros. F? E F Fig. 3 Compresor anterior, corte longitudinal Fig. 3 Compressor anterior em corte longitudinal Un nuevo compresor para la climatización de autobuses 3

4 3 Concepto de la nueva serie F400 3 Conceito do novo modelo de série F400 Al principio del desarrollo hubieron dos consideraciones: por una parte, realizar un volumen desplazado máximo de 400 ccm mediante un nuevo diseño para liberarse de los costes básicos las máquinas más grandes. Por otra parte, se quería construir un compresor que dependiera menos del circuito de aceite y que aprovechara por completo sus recursos de aceite antes de pasar a la marcha en seco. En los compresores desarrollados hasta ahora siempre queda una cantidad de aceite restante en la carcasa del cigüeñal imposible de utilizar o de ser suministrada por la bomba de aceite porque ya que se ha mezclado gas en la corriente de aceite aspirado. Otra desventaja de los compresores de la generación precedente es el transporte excesivo de aceite en caso de elevada velocidad de giro del compresor, que no puede evitarse por completo, incluso con la válvula de rebose incorporada en la bomba de aceite. El aceite excedente transportado entra en parte en la corriente de gas transportada y aumenta el porcentaje de aceite en circulación, lo que constituye una situación no deseada y que aumenta el riesgo de una lubricación insuficiente al aspirar refrigerante no evaporado. Qué hacer? No início do desenvolvimento existiam 2 ideias a serem consideradas: de um lado realizar um modelo novo com um volume de elevação de no máximo 400 ccm, para não obter os custos básicos para uma máquina maior como obstáculo inicial. De outro lado construir um compressor que não seja tão dependente do circuito de óleo e que possa gastar sua completa reserva de óleo antes de passar para a marcha em seco. Em compressores até então desenvolvidos deve ser observado, que sempre fica uma quantidade restante de óleo no cárter da manivela que não consegue mais ser transportado pela bomba de óleo por já ter ocorrido a mistura de gás na corrente de óleo aspiração. Uma adicional desvantagem dos compressores anteriores é o excessivo transporte de óleo com um alto número de rotações, que não é completamente evitada pela válvula de descarga instalada na bomba de óleo. O óleo transportado em excesso entra por parte na transportada corrente de gás e aumenta assim a quota de circulação do óleo, um estado que não é desejado e com a aspiração de refrigerante não vaporizado aumenta o risco de insuficiente de lubrificação. O que fazer? 3.1 Concepto de lubricación Después del éxito fulminante de los compresores con lubricación centrífugal sin bomba (que hasta ahora seguramente habrán alcanzado un 50% de los compresores BITZER semiherméticos), surgió la pregunta si también sería posible equipar un compresor para vehículos propulsado con velocidades de giro muy variables y inadecuadas con el sistema de lubricación centrífugal. La respuesta fue: Es posible! En la gama de velocidad de giro entre 500 y min -1 se controló 3.1 Conceito de lubrificação Após o enorme sucesso dos compressores com lubrificação centrifuga sem bomba alcançaram estes com alta segurança até agora uma quota acima de 50% com compressores BITZER semi-herméticos se questiona, se é possível equipar um compressor de veículo com este sistema de lubrificação centrifuga mediante um número de rotações com grandes variações e não apropriado. A resposta foi: se pode! O novo sistema foi amplamente testado no regime da velocidade Fig. 4 F400 Compresor en perfil transversal Fig. 4 Compressor F400 na secção 4 Um novo compressor para a climatização de autocarros

5 ampliamente el nuevo sistema con el resultado de que el transporte de aceite era suficiente en toda parte y que era posible evitar por completo el transporte excesivo. Añadiendo la centrífuga de aceite, el nuevo compresor fue igualmente equipado con una carcasa con punta cónica que permite utilizar perfectamente los restos de aceite en el compresor y que proporciona además la inclinación necesaria. Ya antes se redujeron drásticamente las cantidades de aceite para los compresores para autobuses. Esto se realizó al pasar de una serie precedente a la actual, reduciendo el contenido de aceite en el compresor de 4 a 2 litros con el mismo volumen desplazado. Ya en aquel tiempo no aparecieron desventajas, teniendo en cuenta que la cantidad de aceite constituye un riesgo debido a la solubilidad del refrigerante. La cantidad de aceite necesaria para lubricar este tipo de compresor es inferior a 0,2 l. Para poder utilizar el circuito de aceite en el compresor de forma fiable en el caso de lubricación con bomba, se necesitan aproximadamente 0,8-1 l. La cantidad de aceite que se encuentra en la instalación es de aproximadamente 0,5 l según la expulsión de aceite y el estado de saturación. Por lo tanto, siempre tiene sentido pensar sobre la reducción de la cantidad de aceite, sobre todo, si esto reduce la expulsión de aceite de los compresores en la instalación. Por eso se redujo la cantidad de aceite de 2 l a menos de 1 l para el compresor F400. de rotação entre 500 e min -1 com o resultado que a quota do transporte de óleo foi suficiente em todo o regime e o excesso de transporte foi completamente evitado. Com a centrífuga de óleo foi provido o novo compressor com um cárter com afluência cónica, que permite um óptimo aproveitamento das reservas restantes de óleo no compressor proporcionando além disto a necessária inclinação. As quantidades de óleo para o compressor do autocarro já foram anteriormente reduzidas de modo drástico: isto foi durante a comutação de uma série de fabricação anterior para a série actual; nesta época foi diminuído para a metade o conteúdo de óleo para o compressor de 4 para 2 litros com o mesmo volume de elevação. Já nesta época não se podem constatar desvantagens, mesmo guardando a quantidade de óleo em si, devido à solubilidade do refrigerante um próprio factor de risco. A quantidade de óleo para lubrificar um compressor deste tipo corresponde menos do que 0,2 l. Para o seguro funcionamento do circuito de óleo no compressor são necessários em lubrificadores a bomba cerca 0,8-1 l, dependente da expulsão de óleo e do estado de saturação corresponde a quantidade de óleo na instalação cerca 0,5 l. Sendo assim é sensato pensar sobre uma redução da quantidade de óleo, em especial, se isto reduz a expulsão de óleo do compressor na instalação. Para o F400 foi por isto novamente reduzida pela metade a quantidade de óleo de 2 para menos de 1 l. 3.2 Concepto de accionamiento Es posible utilizar la serie precedente de forma universal con y sin acoplamiento electromagnético. Por este motivo, se ha centrado y montado el acoplamiento electromagnético sobre el eje, cosa que no solamente tiene ventajas. Por una parte, esta solución requiere un cojinete ampliamente dimensionado en el lado del accionamiento (figura 3, cojinete de ruedas cilíndricas), tanto en el acoplamiento como en el compresor, cosa que aumenta los gastos. Además, el cojinete del acoplamiento está parado cuando el acoplamiento está conectado, cosa que acorta la vida útil del rodamiento con su sensibilidad a las vibraciones debido a la posible formación de picaduras en las superficies de rodadura. Por este motivo, se desarrolló junto con un gran fabricante un acoplamiento apoyado por la carcasa (figura 4) para el F400. Esta construcción no es nueva, corresponde al estado de los compresores para automóviles que contienen acoplamiento. Sin embargo, ahora tiene un nuevo significado: las posibilidades de economizar respecto al compresor utilizando cojinetes deslizantes (figura 4). 3.2 Conceito de accionamento A série anterior é empenhavel universalmente com ou sem embraiagem magnética. Por isto foi a embraiagem magnética centrada e montada no eixo, um estado que não tem somente vantagens. Por um lado necessita esta solução de um grande dimensionado mancal no lado de accionamento (figura 3, rolamento de rolos cilíndricos), isto na embraiagem, como também no compressor, o que aumentaria os custos enormemente. Além disto o mancal no lado da embraiagem estaria paralisado estando a embraiagem activa, o que diminuiria a duração da vida útil do mancal de rolamento com sua sensibilidade de oscilação devido ao possível surgimento de covinhas na superfície de rolamento. Por isto foi para o F400 desenvolvido junto com um estabelecido fabricante uma embraiagem apoiada no cárter (figura 4). Esta construção não é nova, e preenche também o estado de compressores de automóveis ligeiros equipados com embraiagens. Juntamente com a possibilidade de economizar no compressor pelo uso de mancais de rolamento (figura 4) surge a esta um novo significado. 3.3 Sello del eje Está claro que en todos los compresores abiertos, el sello del eje constituye uno de los componentes problemáticos que determina los intervalos de mantenimiento y predetermina la cantidad de fugas posible para el compresor entero. Básicamente, todos los cierres de anillo deslizante se ven afectados 3.3 Vedação do eixo A vedação do eixo é conhecido em todos os compressores abertos como um dos componentes mais críticos, qual dita os intervalos de manutenção e determina o débito de fuga do completo compressor. Adicionalmente estão todas as juntas do anel deslizante providas com fuga mínima de óleo, que se Un nuevo compresor para la climatización de autobuses 5

6 por una fuga de aceite mínima que resulta del principio de funcionamiento y de la necesidad de lubricar las superficies frontales hermetizadas. Esto puede acarrear una salida de aceite visible al sello del eje después de un tiempo de funcionamiento relativamente corto que entonces requiere un mantenimiento. Por eso, incluso los compresores precedentes disponen de un sistema colector de aceite con una arandela de fieltro que puede absorber aproximadamente 40 ccm de aceite (figura 5). Ventajoso para la utilización en autobuses es además que un sistema de bloqueo refinado impide el acceso de aire atmosférico a la zona de obturación. Esto evita la oxidación y posibilita un funcionamiento que casi no requiere mantenimiento. Para evitar cualquier mantenimiento prematuro, incluso en caso de condiciones de funcionamiento complicadas, el F400 ha sido equipado además con una cámara separada cerrada colectora de aceite (figura 6). En la cámara aireada caben unos 100 ccm de aceite. Es posible vaciarla mediante una conexión de servicio durante el mantenimiento normal del vehículo, cosa que reduce el trabajo. Al aspirar el refrigerante no evaporado hay un riesgo considerable de que se produzcan fugas (golpes de ariete) que producen momentos de punta en los compresores accionados por correas y acarrean una flexión más fuerte en el eje. Además de la alimentación insuficiente con aceite y de la lubricación del cierre de anillo deslizante, aparecen en estas condiciones variaciones mecánicas debido a la "no-excentricidad" del eje aún más flexionado. En pruebas se ha demostrado que la fuga de aceite puede multiplicarse en tales casos. En el F400, las fuerzas de las correas no se transmiten al eje debido al concepto de accionamiento, sino que a la tapa delantera de la carcasa, de forma que es prácticamente imposible que se produzcan perjuicios mecánicos. Las experiencias hechas hasta ahora confirman que aún no han aparecido fugas de aceite en los compresores F400. resulta do princípio de funcionalidade e necessidade de lubrificar as vedantes superfícies exteriores. Por isto pode ser visível já após um relativo curto tempo de funcionamento a saída de óleo na vedação do eixo, que torna necessária uma medida de manutenção. Devido a isto têm os compressores até o presente um sistema de colecta de óleo com anel de feltro, o qual pode colectar cera de 40 ccm de óleo (figura 5). De vantagem para o empenho em autocarros é além disto, o refinado sistema de bloqueio que impede a entrada de ar atmosférico na área de vedação. Isto impede a oxidação e possibilita o funcionamento quase sem manutenções. Para evitar deste do início cada medida antecipada de manutenção também em condições críticas de funcionamento, recebeu o F400 além disto uma fechada e separada câmara de colecta de óleo (figura 6). A câmara ventilada pode armazenar até 100 ccm de óleo e através da conexão de serviço pode esta ser esvaziada durante uma normal manutenção do veículo, o que reduz o esforço. Existe um risco que não pode ser subestimado para fugas na aspiração de refrigerante não vaporizado (golpes de óleo) que conduzem os compressores accionados por correias a momentos de máxima velocidade e uma reforçada flexão no eixo. À insuficiente alimentação de óleo e lubrificação da vedação do anel de deslize ocorrem nestas condições adicionais divergências mecânicas pela "rotação descentrada" do eixo com reforçada flexão. Em testes no banco de ensaio foi comprovado que abaixo destas circunstâncias a fuga de óleo pode multiplicar-se. No F400 são as forças das correias devido ao conceito de accionamento, não dirigidas para o eixo mas sim para a tampa dianteira do cárter, do modo que aqui é por grande parte evitado a influência na mecânica. Experiências feitas até agora também comprovam, que ainda não foram averiguadas fugas de óleo em compressores F400.! " 1: Arandela de fieltro Anel de feltro 2: Taladro de conexión Perfuração de ligação 3: Ranura circular Ranhura anular 4: Sistema de bloqueo Sistema de bloqueio con recipiente de com alimentação aceite (sifón) de óleo (sifão) Fig. 5 Cierre de anillo deslizante y sistema colector de aceite utilizado hasta ahora Fig. 5 Junta do anel deslizante e sistema de colecta de óleo até o presente Fig. 6 F400 con cámara colectora de aceite Fig : Cámara colectora de aceite Câmara de colecta de óleo 2: Conexión de servicio para Conexão de serviço para el vaciado de aceite esvaziamento de óleo F400 com câmara de colecta de óleo 6 Um novo compressor para a climatização de autocarros

7 3.4 Estructura total, ventajas relativas a los gastos El esquema seccional muestra que ha sido posible facilitar la estructura total con la lubricación centrífugal: no solamente se suprime la bomba de aceite con sus instalaciones adicionales para la aspiración y la presión, sino que aquí incluso ha sido posible renunciar a la utilización de un cárter de aceite (figuras 4 y 5). De esta forma, es poco sorprendente que haya sido posible alcanzar inmediatamente la gran reducción de costes planeada frente a la serie actual. 3.4 Construção completa, vantagens no preço Como já pode ser reconhecido na figura de secção, pode com a lubrificação centrifugada ser simplificada a completa construção: não é mais necessária a bomba de óleo com suas instalações adicionais de aspiração e pressão, como também não é mais necessário o completo cárter inferior (figura 4 e 5). Assim não é muito surpreendente, que as planejadas reduções no preço em relação a já existe série puderam logo ser alcançadas. 3.5 Posibilidades de montaje El compresor contiene un pie de montaje con un dimensionado conforme a VDA. Este pie de montaje posibilita el montaje convencional con sujeción por debajo y además el montaje lateral en ambos lados, por ejemplo (principalmente) directamente en el motor diesel. 3.5 Possibilidades de montagem O compressor possui um pé de montagem com dimensões conforme-vda. Este possibilita a montagem convencional com fixação em baixo, como também a montagem lateral nos dois lados, por ex. (preferido) directo no motor Diesel. 4 Dimensiones y peso 4 Dimensões e peso La serie precedente ya se caracteriza por su estructura compacta y su peso reducido, por lo que tenía que resultar difícil obtener una serie aún más compacta y de menos peso. En comparación con el compresor 4UFCY con la misma cilindrada, el F400 tiene un peso reducido del 33% y con el adaptador de montaje abajo dimensiones reducidas del 20%. Es posible ahorrar mucho más espacio durante el montaje, por ejemplo si es posible realizar un montaje directamente en el motor diesel con el adaptador de brida lateral. En este caso, los costes de montaje también se reducen considerablemente, cosa que mejora aún más la situación de competencia respecto a los sistemas con compresores para automóviles. Também a série de fabricação anterior já é bem compacta e leve, do modo que se tornou difícil reduzir as dimensões e o peso. Em comparação com os compressores 4UFCY é o F400 33% mais leve e com adaptador de montagem em baixo cerca de 20% menor nas dimensões angulares. As possíveis reduções da área de montagem podem crescer consideravelmente, se por ex. com o flange de adaptação se tornar possível a montagem directamente no motor Diesel. Então os custos de montagem também são nitidamente menores, do modo que a situação de concorrência em relação a sistemas com compressores de climatização de automóveis ligeiros são novamente melhorados. F400 4UFCY Peso [kg] Long. x anch. x alt. [mm] 387 x 290 x x 307 x 377 F400 4UFCY Peso [kg] Comp. x Larg. x Altu. [mm] 387 x 290 x x 307 x 377 Fig. 7 Compresor F400 con acoplamiento y adaptador de montaje VDA Fig. 7 Compressor F400 com embraiagem e adaptador de montagem-vda Fig. 8 F400 (izquierda) y 4UFCY con comparación de tamaños Fig. 8 F400 (a esquerda) e 4UFCY em comparação no tamanho Un nuevo compresor para la climatización de autobuses 7

8 5 Experiencias de funcionamiento hechas hasta ahora y introducción en el mercado 5 Presente experiência de operação e introdução no mercado La prueba de control efectuada en el banco de ensayo se extendió a una gama de velocidad de giro entre 500 y min -1. El nuevo compresor funciona sin el mínimo problema y puede ser utilizado para una gama de velocidad de giro más amplia que la serie precedente. Un factor digno de atención es el poco ruido durante el funcionamiento especialmente en la gama de elevadas velocidades de giro. Los datos de rendimiento y la expulsión mínima de aceite responden perfectamente a las exigencias. Desde junio de 2004 se están realizando primeras pruebas de campo con resultados muy positivos. Después de más pruebas intensivas, está prevista la producción en serie a partir de principios de Os testes no banco de ensaio foram actuados no regime da velocidade de rotação entre 500 e min -1. O novo compressor se comporta de modo bem bondoso e é adequado para um número de rotações maior do que a série de fabricação anterior. Notável é o baixo ruído de funcionamento mesmo e justamente com um número de rotações mais elevado. Os dados de potência e a reduzida expulsão de óleo preenchem as expectativas por completo. Desde Junho 2004 estão sendo feitos testes de campo com resultados muito positivos até agora. Após intensivos testes futuros esta planejada a fabricação em série a partir do início de Fig. 9 Primer montaje de un F400 en un autobús de 8 m Fig. 9 Primeira montagem de um F400 em um autocarro de 8m Bitzer Kühlmaschinenbau GmbH Eschenbrünnlestr Sindelfingen (Germany) Tel. +49(0) Fax +49(0) & -147 bitzer@bitzer.de Reservadas modificaciones / Modifiçacões reservadas 08.04