DE1258220B

DE1258220B - Kolben fuer Kompressoren und Pumpen

Info

Publication number: DE1258220B
Application number: DEM66304A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Bauer
Original assignee: Maschinenfabrik Burckhardt AG
Current assignee: Burckhardt Compression AG
Priority date: 1964-09-23
Filing date: 1965-08-12
Publication date: 1968-01-04
Also published as: CH465344A; GB1105093A; NL6511711A; US3353456A

Description

Kolben für Kompressoren und Pumpen Zusatz zum Patent: 1235 693 Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kolben für Kompressoren und Pumpen für sehr hohe Drücke mit Kammer- und Kolbenringen, die auf einem abgesetzten, mit Gewinde versehenen Schaft der Kolbenstange oder auf einer besonders ausgebildeten Zentralschraube durch Aufschrauben einer offenen Mutter zusammengehalten werden, wobei oberhalb des zusammengesetzten Ringpakets eine den Schaft bzw. die Zentralschraube umschließende Dichtung vorgesehen ist und dieser oder die Zentralschraube derart bemessen sind, daß die Verkürzung des Schafts oder der Zentralschraube und des Ringpakets unter dem Einfluß des auf die Stirnflächen wirkenden Gasdruckes gleich groß sind, nach Patent 1235 693.
Die Anordnung des Ansaugventils im Boden des Kolbens von einfach wirkenden Kompressoren ist bekannt. Bei solchen Kompressoren wird beim Ansaugehub das Gas durch den hohlen Kolben in den Zylinderraum hineingesaugt und beim Druckhub durch das Druckventil ausgestoßen, welches im Zylinderboden angebracht ist. Diese Anordnung erweist sich in vielen Fällen als vorteilhaft. Sie ermöglicht es, sehr große Ventilquerschnitte unterzubringen, denn sowohl der Durchmesser des Ansaugventils wie auch der Durchmesser des Druckventils können so groß sein wie der Kolbendurchmesser selbst. Trotzdem können relativ kleine schädliche Räume erreicht werden, da zur Unterbringung der Ventile keine Taschen benötigt werden, und die schädliche Aufheizung des angesaugten Gases wird verhindert, die jedoch eintreten würde, wenn das Ansaugventil sich ebenfalls im Zylinderboden befinden würde, welcher durch das ausströmende, erhitzte Gas erwärmt wird.
Trotz dieser Vorteile sind derartige Ventilanordnungen bisher nur bei kleineren Kompressoren für niedrige Drücke ausgeführt worden. Die Anwendung einer derartigen Ventilanordnung in Hochdruckkompressoren war bisher nicht möglich, weil bei einem Hochdruckkompressor der ohnehin sehr hochbeanspruchte Kolben durch die Unterbringung einer Bohrung für das angesaugte Gas und eines Ventils am Kolbenende zu stark geschwächt werden würde.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer Kolbenkonstruktion, die es ermöglicht, auch bei Hochdruckkompressoren für Drücke von mehreren tausend Atmosphären das Saugventil im Kolben unterzubringen und dadurch eine besonders vorteilhafte Gestaltung des Kompressionsraumes erlaubt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Kolben die an sich bekannten Merkmale eines Ventilkolbens aufweist. Damit wird in vorteilhafter Weise die Anwendung eines eine Ventilanordnung enthaltenden Kolbens in Hochdruckkompressoren möglich.
Durch die Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, daß zur Schaffung des notwendigen freien Querschnitts für den Durchgang des angesaugten Mediums die Zetralschraube mit Abflachungen oder Nuten versehen ist und der als Ventilsitz dienende Endring Bohrungen aufweist, die durch von der Zentralschraube gehaltene Ventilplatten verschlossen werden.
Schließlich wird vorgeschlagen, daß die Querbohrung zur Zuführung des angesaugten Mediums in die Zentralbohrung in einem Teil von größerem Außendurchmesser als der Kolben selbst angeordnet ist.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
F i g. 1 zeigt im Längsschnitt eine erste Ausführungsform; F i g. 2 ist der dazugehörige Querschnitt.
Der Kolben wird durch ein hohles Rohr 1 gebildet, auf welchem am oberen Ende Zwischenringe 2 und Auflageringe 3 angeordnet sind. Da die Zwischenringe 2 und die Auflageringe 3 mit verschiedenen Durchmessern ausgeführt sind, entstehen zwischen ihnen Nuten, in welche Dichtungsringe 4 eingelegt werden. Es können Dichtungsringe bekannter Konstruktion, z. B. gewöhnliche Kolbenringe verwendet weiden. Am inneren Ende des Kolbens wird ein Ventilsitz 5 angeordnet, der ringförmige Gestalt hat und mit einer Reihe im Kreise angeordneter Bohrungen 9 versehen ist, welche das Gas unter ringförmige Ventilplatten 6 führen. Die Ringplatte 6 wird in bekannter Weise von einer Schließfeder 7 belastet, und ihr Hub wird durch einen Hubfänger 8 begrenzt. Dieser Hubfänger kann gleichzeitig als Kolbenmutter ausgebildet und auf die Zentralschraube 10 aufgeschraubt werden.
Es ist auch möglich, den Hubfänger 8 mit einer Plattenbohrung auszuführen und dahinter eine Gewindemutter anzuordnen.
Die Bohrungen 9 im Ventilsitz 5 haben die Aufgabe, das in der Zentralbohrung des Kolbenrohres 1 zuströmende angesaugte Gas unter die Ventilringe 6 zu führen. Sie sind parallel zur Zylinderachse angeordnet und mit der zentralen Zulaufbohrung durch flache Nuten verbunden, die keine Kerbwirkung darstellen. Eine schräge, zur Zentralbohrung gerichtete Anordnung der Bohrungen 9 würde Kerbwirkungen hervorrufen, die zu einem Bruch des Ventilsitzes 5 führen könnten.
Die Zuführung des Gases in die innere Bohrung des Kolbenrohres 1 kann nicht dadurch geschehen, daß man das Kolbenrohr 1 mit Querbohrungen am unteren Ende versieht, da dies wiederum bei den hohen Beanspruchungen eine zu hohe Kerbwirkung ; hervorrufen würde. Aus diesem Grund werden die notwendigen Zulaufbohrungen 12 in einem besonderen Kolbenteil 13 angeordnet, dessen Durchmesser gegenüber dem Kolbenrohr 1 vergrößert ist, so daß die Beanspruchungen hier niedriger sind. Der verstärkte Kolbenteil 13 wird durch eine Dichtung 14 gegen außen abgedichtet, und das anzusaugende Gas wird durch eine Querbohrung 15 zugeführt.
Um den in der Zentralbohrung des Kolbenrohres 1 benötigten Durchgangsquerschnitt für den Durchfluß des Gases zu schaffen, muß die Zentralschraube 10 mit Nuten oder Abflachungen versehen werden. Dies ist in F i g. 2 veranschaulicht, wo das Kolbenrohr 1 im Querschnitt dargestellt ist und wo gezeigt wird, daß die Zentralschraube 10 z. B. einen dreikantigen Querschnitt hat, um freien Gasdurchgang zu ermöglichen.
Am inneren Ende ist die Zentralschraube 10 mit einer Dichtung 16 gegen den Ventilsitz abgedichtet, die am gleichen Ende des Ventilsitzes 5 liegt wie die Ventilplatten 6. Dadurch wird eine gleichmäßige Beanspruchung des Ventilsitzes 5 erzielt, und zwar eine ausschließliche Druckbeanspruchung in jeder Achse.
Der Enddruck, welcher auf die vom Dichtungsring 16 abgedichtete Stirnfläche der Zentralschraube 10 wirkt, versucht die Zentralschraube 10 zusammenzudrücken und zu verkürzen. Der Enddruck, der auf die Stirnfläche des Ventilsitzes 5 außerhalb der Dichtung 16 wirkt, versucht den Ventilsitz 5, das aus den Zwischen- und Auflageringen 2 und 3 gebildete Paket und das Kolbenrohr 1 zusammenzudrücken und zu verkürzen. Gemäß dem erfinderischen Gedanken des Hauptpatents wird der Durchmesser des Dichtungsringes 16 so gewählt, daß die Verkürzung der Zentralschraube 10 unter diesem Einfluß genau gleich groß ist wie die Verkürzung der äußeren Kolbenteile. Dadurch tritt auch infolge Deformation unter Last keine gegenseitige Verschiebung der äußeren und inneren Kolbenteile ein, und das Gewinde, mit welchem der Hubfänger 8 auf die Zentralschraube 10 aufgeschraubt ist, ist infolgedessen keiner Wechselbeanspruchung unterworfen.
Die Vorteile, welche durch diese Kolbenkonstruktion für den Bau eines Hochdruckzylinders erreicht werden können, sind in F i g. 1 erkennbar. Der Kolben läuft in einer Zylinderbüchse 17, die eine rein zylindrische Gestalt besitzt. Diese Zylinderbüchse wird abgeschlossen durch den Druckventilsitz 18, der ebenfalls eine äußerst einfache zylindrische Gestalt mit nur einer zentralen Bohrung, d. h. ohne jede Kerbwirkung, aufweist.
Die Zentralbohrung des Ventilsitzes 18 wird durch einen Druckventilkegel 19 verschlossen, welcher wiederum in einem ringförmigen Körper 20 gelagert ist. Es ist daher möglich, sämtliche Teile eines solchen Zylinders, als Scheiben oder Zylinder, mit konzentrischen Bohrungen auszuführen und somit von Kerbwirkungen frei zu halten.
Die dem Druck ausgesetzten Teile sind aus einem Material von besonders hoher Druckfestigkeit und besonders hohem Elastizitätsmodul ausgeführt.
Auch kann der Kolbenschaft als glattes zylindrisches Rohr aus einem Material von besonders hoher Druckfestigkeit und besonders hohem Elastizitätsmodul ausgeführt sein.

Claims

Patentansprüche: 1. Kolben für Kompressoren und Pumpen für sehr hohe Drücke mit Kammer- und Kolbenringen, die auf einem abgesetzten, mit Gewinde versehenen Schaft der Kolbenstange oder auf einer besonders ausgebildeten Zentralschraube durch Aufschrauben einer offenen Mutter zusammengehalten werden, wobei oberhalb des zusammengesetzten Ringpakets eine den Schaft bzw. die Zentralschraube umschließende Dichtung vorgesehen ist und dieser oder die Zentralschraube derart bemessen sind, daß die Verkürzung des Schafts oder der Zentralschraube und des Ringpakets unter dem Einfluß des auf die Stirnflächen wirkenden Gasdruckes gleich groß sind, nach Patent 1235 693, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) die an sich bekannten Merkmale eines Ventilkolbens aufweist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung des notwendigen freien Querschnitts für den Durchgang des angesaugten Mediums die Zentralschraube (10) mit Abflachungen oder Nuten versehen ist und der als Ventilsitz dienende Endring (5) Bohrungen (9) aufweist, die durch von der Zentralschraube gehaltene Ventilplatten (6) verschlossen werden.
3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrung (12) zur Zuführung des angesaugten Mediums in die Zentralbohrung in einem Teil (13) von größerem Außendurchmesser als der Kolben (1) selbst angeordnet ist.