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Kompressor mit wenigstens drei Stufen Die Erfindung betrifft einen
Kompressor mit wenigstens drei Stufen unter- ferwendung vor. golhen mit jeweils
einer Stufe in einer Anordnung? in der der schwächere Teildes Kolbens dem Kolbenantriebselemennt
zugekehrt ist und der Kolbenkopf mit größerem Durchmesser aus der Umgebung ansaugt.
während eine höhere Druckstufe in dem Ringraum vorgesehen ist? der durch den abgesetzten
Kolben gebildet ist, und Ventile an Saug- und Druckstutzen angeordnet sind...
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf mehrstufige Kompressoren,
deren Leistung in der Größenordnuüg von 130 @ Ltr. pro Minute liegt. Dabei soll
der Bau besonders leichter und demzufolge auch transportabler Maschinen ermöglicht
werden. Bekannte Kompressoren mit abgestuftem Kolben' dessen schwächerer seil dem
Antriebselement zugekehrt ist,, sind als Einkolbenma-
| schinen- und für eine andere Größenordnung bekannt. . |
| Beispielsweise ist aus der deutschen Patentschrift
523 268 |
| ein zweistufiger Kolbenkompressor mit einem Rohrschieber zur |
| Steuerung der-Üffnungen bekannt. Der Aufbau des bekannten |
| Zylinders ist- mit einer Einsatzhülse verhältsnismäß.ig kom- |
| pliziert. Durch die Gegenwirkung aufgrund, gegenläufiger Kolben- |
| und Schfebersteuerung.en ist-die Betriebsfähigkeit der bekannten |
| Ausführung auf verhältnismäßig große Abmessungen besohränkt2... |
| bzw. ergeben. sic3i Probleme für die Schmierung. Ein- Betrieb,.
in-,-. - |
| Verbund mit mehreren Zylindern-ist nicht ohne: weiteres möglich.; |
| weil unter Umständen mehrere Hübe zur Speisung der- nächst.»-- |
| höheren Druckstufe durchgeführt werden müssen, bevor sie= in |
| jedem Arbeitstakt mit vorverdichtendem Medium Kespeist--wird. |
| An einem. anderen Zweistufenkompressor nach der deutschen Pa- |
| tentschrIft 8e 240 soll ein Verölen des Verdichtungsraumes-
. |
| vermieden werden. Dazu wird das Kolbenhemd eine bestimmte Strecke |
| nach unten verlängert-und die untere gante desselben ist als. |
| Tropfkante -ausgebildet., |
| für die oben angegebene Ausführung und der Größenordnung haben |
| bekannte Kompressoren für die erste Stufe _ einen golbendurch.... |
| messer von. etwa -20 mm., für die- zweite Stufe einen- wesentlich-. |
| verringerten Durchmesser, während der ..Kolbendurchmesserfür` |
| die dritte Stufe etwa 8 mm beträgt. Die Erfindung bezieht sich |
| nicht nur auf gompressören mit einer vergleichbaren Leistung, |
| zu der angegebenen Größenordnung, erbringt aber in diesem Zu- |
sammenhang besondere Vorteile. Auch nach diesen: bekannten Gesichtspunkten
ausgeführte Kompressoren mit größeren Leistungenhaben einen hohen Unförmigkeitsgrad
durch die große ,Unterschiede aufweisenden verschiedenen Kolbendurchmesser. Für
höhere Stufen ergibt sieh bei dem angegebenen Beispiel überhaupt das Problem der
Kolbenführung, weil ein Kolben mit einem Durchmesser von etwa 8 mm nicht in Üblicher
Weise unmittelbar durch Pleuel betätigt werden kann. Daher ist man auf Nockensteuerungen
ausgewichen? bei denen hohe Seitenkräfte auftreten, die nicht nur zu.einer Durchbiegung
von Kolben-mit so geringen .Durchmessern führen, sondern auch erhöhten Verschleiß
nach sich ziehen. Dabei wird der Kolbenrücklauf durch eine Feder gewährleistet,
die einerseits einen zusätzlichen Leistungsaufwand darstellt und andererseits auch
einen erheblichen schädlichen Luftraum bedingt.
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Gemäß einer anderen bekannten Ausweichlösung sind-für höhere Stufen
besondere Führungskolben vorgesehen, die weitaus größeren Durchmesser als die zugeordneten
Arbeitskolben haben und hinsichtlich der zu bewegenden Masse und überhaupt der baulichen
Ausführungen einen erheblichen Aufwand darstellen.
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Ein entscheidender 1Vachteil dieser bekannten Kompressoren mit Arbeitskolben
mit geringem Durchmesser, insbesondere bei höheren StÜfen" besteht darin daß Ventile
kaum oder nur mit verhältnismäßig großem Aufwand anzubringen sind. Vielfach ist
man daher auf eine Schlitzsteuerung ausgewichen. Darüber hinaus ergibtsich
an
solchen Kolben ein Schmierungsproblem, weil auch die Anordnung von Kolbenringen
problematisch wird. Man.
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sorgt bei dieser Ausführung im allgemeinen für einen gleich... bleibenden
Schmiermittelfilm, der aber im Verlauf des Kompressionsvorgangs in das zu komprimierende
Medium übergeht, so daß eine Nachfilterung des Mediums mit Spezialfiltern erforderlich
ist. Solche Spezialfilter bedingen aber wiederum einen hohen Aufwand an Wartung
und Kosten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen drei- oder mehrstufigen
Kompressor insbesondere in der oben angegebenen Größenordnung zu schaffen, der diese
Nachteile beseitigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöste daß wenigstens
zwei Zylinder vorgesehen sindl alle Kolbenköpfe aus der Umgebung ansaugen und gemeinsam
die erste Druckstufe bilden und höchstens zwei Ringräume in den Zylindern-eine höhere
Druckstufe bilden, wobei die Kolbenschäfte der Differentialkolben für höhere Stufen
zunehmend größeren Durchmesser auf- '_ weisen.
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Dabei ermöglicht die Erfindung eine Lösung2 bei der alle Druckventile
in unmittelbare Nähe der Zylinderräume angeordnet sein -können und eben gerade
auch die in der Beschreibungseinleitung angeführten Schwierigkeiten
beseitigt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform bildet jeder Ringraum
in
jedem Zylinder eine von allen anderen Druckstufen verschiedene Druckstufe.
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Zweckmäßig sind für alle Zylinder gleiche Durchmesser für den Zylinderabschnitt
vorgesehene in welchem der Kolbenteil mit größerem Durchmesser geführt ist.
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Als golbenantriebselement können dabei Kurbelwellen mit Pleuelstangen
oder Exzenter vorgesehen sein. Bevorzugt wird ein Antrieb über eine Kurbelwelle.
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Besondere Vorteile hat die Erfindung für Kompressoren mit einer Leistung
in der Größenordnung von etwa 130 Ltr, pro Min. Die. Erfindung bezieht eine Ausführungsform
ein. bei welcher für alle Zylinder gleiche Durchmesser für den Zylinderabschnitt
vorgesehen sind, in welchen der Kolbenteil mit größerem Durchmesser geführt ist,
Das ergibt besonders rationelle Ausfäh-t@smgen mit gleichen Zylinderköpfen für alle
Stufen. Die Trfindung bezieht jedoch durchaus auch Lösungen ein, bei denen de Zylinderräume
verschiedene Durchmesser haben. Dabei wird bevorzugt, daB die Zylinder im Bereich
der Kolbenköpfe einen Durchmesser in der Größenordnung von 48 mm, der Kolbenschaft
des der zweiten Stufe zugeordneten Differentialkolbens einen Durchmesser in der
Größenordnung von 40,5 mm und der Kolbenschaft des der dritten Stufe zugeordneten.
Kolbens einen Durchmesser in der Größenordnung von y-7 mm haben.
Es
ist vorteilhaft, da.8 alle Kolben mit ihrem oberen Teil ansaugen und andererseits
mit ihrem unteren Teil höher verdichten, wobei der obere Teil auch die Verdichtung
der ersten Druckstufe durchführt. Durch diese Ausf ührungsform er-.
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gibt sich ferner eine verbesserte Schmierungsmöglichkeit, weil in
üblicher Weise Schleuderöl für die Schmierung der Kolbenringe vorgesehen sein kann
und darüber hinaus mit besonderen Mitteln selbst bei schmierpumpenfreier Ausführung
leicht eine Schmierung auch der oberen Kolbenpartien gewährleistet ist.
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Die einzelnen Zylinder können bei der Ausführung des erfindungsgemäßen
Kompressors in Reihenanordnung, Boxeranordnung oder Sternanordnung vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt ist. In. der Zeichnung zeigen: Fig.
1 eine drei.-Zylinder - vier-Stufen -Kompressormisführung in Reihenanordnungs
in Seltpnan@Icht uni im Schnitt; Fig. 2 eine zwei -Zylinder - drei-Stufen -Kompressorausfu"'hrung
in Boxeranordnung.
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In allen Figuren sind nur die für die Erfindung wesentlichen
teile
schematisch im Schnitt dargestellt, soweit es zum Verständnis für
die Erfindung notwendig ist.
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Gemäß Fig. 1 sind drei Zylinder 12 29
3 auf einem Kurbel-
wellengehäuse 4 angeordnet. In
dem Gehäuse ist eine Kurbel-
welle 5 gelagert! an welcher
in bekannter Weise Pleuel-
stangen 6! ?, 8 für die Differentialkolben
9, 101 11 ange. ordnet sind. Die Kurbelwelle wird Über einen Antriebsmotor
12 angetrieben.
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Die Kurbeln der Kurbelweile 5 sind um jeweils 920o
versetzt.
Dadurch besteht die Möglichkeit$ daß mmächst einige
Hübe
zur Speisung der nächsthöheren Druckstufe durchgeführt
werden
müssen, ehe diese im Laufe des normalen Betriebes
mit jedem
Arbeitstakt mit vorverdichtetem Druckmedium gespeist
wird.
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Im Gehäuse ist ein Ölbad 13 angeordnet, in welches das Öl
aufwirbelnde
Tauchmesser 14, 15,9 16 während des Umlaufs der
Kurbelwelle
5 stoßen. Dadurch ergibt sich ein Ölnebel im Ge-
häuse,
der zur Schmierung der Ringpartien der Differential-
kolben
91 109 11 ausgenutzt werden ksnn2 wobei dIe Schmierung der unteren
Ringpartien in den Kolbenschäften in an sich be-
kannter Weise erfolgt,
während die oberen Ringpartien durch in
der Zeichnung
nicht dargestellte Verbinäungsleitungen zwischen den Gehäuseabschnitten
und den Zylinderköpfen 97, 18: 19 durch Ansaugen des Ölnebels
geschmiert werden können. Diese Schmierung ist aber kein
Teil der Erfindung und daher nicht näher darge-
stellt.
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Die Zylinder 1,» 2v 3 haben jeweils in
der ersten Druckstufe
einen ,Ansaugraum mit dem Durchmesser
D. Der Durchmesser ist beispielsweise für alle Zylinder gleich groß. In den Zylinderköpfen
sind Saugventile 201 212 22 bekannter Bauart untergebracht, desgleichen Druckventile
639 64.9 65. Die Druckventile sind durch die Druckstutzen 23, 24j 25 und.
durch Leitungen 26= 271 28 mit dem Ringraum 30 des Different. tialkolbens verbunden!
in dessen Ansaugstutzen 31 ein Ventil 66 vorgesehen ist. Der Ringraum 30
ist durch eine Rohrleitung 32 mit dem Ringraum 34 des Zylinders 2 und dieser über
eine Rohrleitung 35 mit dem Ringraum 37 des Zylinders 3 verbunden. An den
Enden der Rohrleitungen 32= 35 sind jeweils die Ventile 33! 67 und 36, 68 angeordnet.
Der Druckstutzer. des Zylinders 3 ist mit 38 bezeichnet. Auch in ihm befindet sich
ein Ventil 39 bzw. an ihm ein Wasserabscheider.
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Die in den Ansang- und Druckstutzen angeordneten Ventile sind vorteilhaft
an sich bekannte Kegelventile.
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Vorteilhaft liegen die Rohrleitungen 32, 35 in Höhe der in den Zylindern
ausgebildeten Stufen. Die Rohrleitungen 32, 35 können spiralföraig wenigstens
einmal um jeweils einen Zylinder herumgeführt werdeng um eine zusätzliche
Kühlung zu bewirken: Gleiches gilt für die Rohrleitung 26. Die Rohrleitungen sind
zweckmäBIg als Rippenrohre ausgeführt.
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Es ist erkennbar, daß die Ringräume 301 34,9 37 jeweils durch Stufen
40 ., 41 , 42 an den Differentialkolben 9 2 101 11 und den
unteren
Kolbenschäften gebildet werden. In den Zylindern sind entsprechend die Stufen
43, 441 45 vorgesehen.
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Da die Ringräume im Sinne ihrer Bezeichnung fürzunehmende Drücke ausgeführt
sind, haben sie fortschreitend kleineres Volumen. Ausgehend davon, daß die Kolbenkopfdurchmesser
D gleich sind, ergibt sich, da13 die Kolbenschaftdurchmesser dl, d2 und d3 von Kolben
zu Kolben zunehmenf'so daß die Ringräume fortschreitend entsprechend schmaler und
die Kolbenschäfte entsprechend stärker werden.
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Es ist im übrigen erkennbar, däB in den Kolbenköpfen und Kolbenschäften
Kolbenringpartien angeordnet sind,-wie sie für den Kolben 9 mit 46 bzw 47 bezeichnet
sind.
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Bei dem Betriebsbeginn kann. es sein, daß dritte oder spätere
Stufen zwecks Ansammlung von unter Druck gesetztem Medium in den Verbindungsleitungen
einige Arbeitstakte später einsetzen als die Ansaugräume. Das ist aber xbht nachteilig.
Gemäß Fig. 2 ist ein drei-Stufen-System mit zwei Zylindern 489 49 gezeigt: in denen
die Differentialkolben 502 51 mittels Pleuelstangen 52i 53 an der Kurbelwelle 54
so geführt sind, daß die Kolben aufeinander zu- oder fortbewegt werden. Die Ansaugstutzen
sind mit 559 56 bezeichnet.
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Über die Rohrleitungen 57i 58 ist der Hingraum 59 mit den
Zylinderräumen
verbunden, die die erste Druckstufe bilden. Der Ringraum 59 ist Über die Rohrleitung
62 mit dem Ring.-. rauen 60 verbunden" an welchen der Druckstutzen 61 ange. schlossen
ist.
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Es versteht sich, daß in den Ansaugstutzen 55, 56 an beiden
Enden der Rohrleitungen 57, 581 62 und im Druckstutzen 61 jeweils entsprechend der
in Fig, 1 angegebenen Weise Ventile angeordnet sind.
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In. der gezeigten Ausfährungsform sind die Kolbenköpfe beispielsweise
mit gleichen Durchmessern ausgeführt. In den oberen Zylinderräumen. befindet sich
die erste Druckstufe für eine Verdichtung auf beispielsweise 6 atüs im Ringraum
59 die zweite Stufe für eine Verdichtung auf beispielsweise 36 atü und im Ringraum
60 die dritte Stufe für eine Verdichtung auf beispielsweise 216 atü. Dazu werden
als Abmessungsangaben für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargelegte
daB die oberen Teile der Zylinder einen Durchmesser von 48 mm, der Kolbenschaft
des Kolbens 50 einen Durchmesser von 40,5 mm und der Kolbenschaft des Kolbens 51
einen Durchmesser von 47 mm haben. Diese Größenordnungen in ihrem etwaigen Bereich
stellen ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung für eine dreistufige Ausführungsform
dar, weil gerade in dieser GröBenordnung# d. h.
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auch bei einem Kompressor mit einer Leistung von etwa 130 Ltr. pro
Min., eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung liegt$ in welcher
bisher bei bekannten Ausführungen
die eingangs geschilderten Nachteile
besonders schwerwiegend ins Gewicht gefallen sind.
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Die Erfindung soll jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt
sein.
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Es wird darauf hingewiesen, daB alle Druckventile in unmittelbarer
Nähe der Zylinderräume angeordnet sind.