DE1910848A1

DE1910848A1 - Kompressor

Info

Publication number: DE1910848A1
Application number: DE19691910848
Authority: DE
Inventors: Kurt Braetsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-03-04
Filing date: 1969-03-04
Publication date: 1970-09-17

Description

^~ompressor Zusatz zu Patent . ... ... (tatentanmeldung P 17 03 145X7) Die Erfindung betrifft einen Kompressor mit wenigstens drei Stufen, mit im Querschnitt abgesetzten Differentialkolben, mit einem Ringraum in Verbindung mit einem abgestuften Zylinder und mit einem Hochdruckkolben, wobei gemäß :Patent *.. ... (:Eatentanmeldung P 17 03 145.) der Differentialkolben als Führungskolben für den hochdruckkolben vorgesehen ist und der Ansaugraum des Diiferentialkolbens an der von der Pleuelstange abgekehrten Seite dieses Kolbens liegt, während der Ringraum in einem Bereich zwischen dem Ansaugraum und der Pleuelstange vorgesehen ist und der Hochdruckkolben den Ansaugraum durchsetzt.
Das hauptpatent schafft in dieser Ausführung einen dreistufigen Kompressor, dessen hochdruckkolben beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 5 bis 25 mm hat und der mit einer iJleuelstange arbeitet.
Dadurch wird gegenüber bekannten Ausführungen eine Lösung geschaffen, aie betriebssicher ist und geringes Gewicht hat.
Bei bekannten Kompressoren haben alle Stufen eigene Kolben mit einer eigenen Pleuelstange, deren Abmessung sich nach den Kolbenabmessungen richten muß. Daher müssen die Pleuelstangen für die Hochdruckkolben mit sehr kleinen Abmessungen ausgeführt werden. Alle Pleuelstangen werden aber gleichmäßig belastet. Dadurch ist die schwächste Pleuelstange des Hochdruckkolbens der Gefahr von zeschädigungen durch tberlastung ausgesetzt bzw. verschleißen die Lager dieser Pleuelstange verhältnismäßig schnell.
Dieser Nachteil kann zwar auch durch Verwendung von Führungskolben beseitigt werden. Diese erhöhen aber den Aufwand erheblich und machen eine Zu- und Abführung des Druckmittels in der Zylinderstirnfläche erforderlich.
Unter Vermeidung dieses Aufwandes schafft das Hauptpatent bereits eine Lösung, die in sogen Gleichstrom im Rochdruckzylinder arbeiten kann und durch die dadurch ermöglichten Querschnitte des Abströmventils auch mit weitaus geringerer Erwärmung als bekannte Eompressoren arbeitet.
Gemäß Hauptpatent ist der Hochdruckkolben in einer bevorzugten Ausführung am Differentialkolben befestigt und an seinem sunde mit Kolbenringen versehen, die am Zylinder laufen. Es kann eine starre oder auch nachgiebige Befestigung vorgesehen sein. Ein weiteres besonderes Merkmal liegt darin, daß an der Wurzel des Zylinders für den Hochdruckkolben eine lsut vorgesehen ist, in welcher der Dichtungsring angeordnet ist, an dessen glatter Fläche der Hochdruckkolben läuft und der von einem O-Ring in der Sut federnd hinterlegt ist.
Diese Merkmale werden in die vorliegende Erfindung einbezogen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehr-, insbesondere vierstufigen Kompressor zu schaffen, welcher mit weniger Pleuelstangen, weniger Zylinderkolbenanordnungen und weniger Gewicht als bekannte derartige Kompressoren, insbesondere vergleichbarer Leistung, auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei Differentialkolben mit Hochdruckkolben an einer Kurbelwelle angeordnet sind und die Ansaugräume jeweils mit einem Ringraum verbunden sind und wenigstens zwei Hochdruckzylinderabschnisbe hintereinander angeschlossen sind.
Dadurch wird eine maßgebliche Verbesserung gegenüber bekannten Ausführungen bei geringerer Belastung durch vier Stufen erreicht, wobei darauf hingewiesen wird, daß die einzelnen Hochdruckzylinderabschnitte die jeweils entsprechenden Volumina aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Differentialkolben mit Hochdruckkolben in je einem abgestuften Zylinder vorgesehen und beide Ringräume gemeinsam an einem Hochdruckzylinderabschnitt angeschlossen, der seinerseits wieder an den anderen Hochdruckzylinderabschnitt angeschlossen ist.
Dadurch wird eine optimale Ausnutzung bei im wesentlichen gleichmäßiger Belastung erreicht. In einer anderen vorteilhaften Ausführung sind drei Differentialkolben vorgesehen, und in dieser Anordnung sind die Ringräume aller drei Zylinder mit zwei Hochdruckzylinderabschnitten gemeinsam durch eine Rohrverzweigung verbunden und diese Hochdruckzylinderabschnitte wiederum mit dem dritten Hochdruckzylinderabschnitt verbunden.
Hierdurch wird die Volumenleistung erheblich verbessert.
Es wird darauf hingewiesen, daß dies insbesondere auch dadurch möglich ist, daß die Hochdruckzylinderabschnitte in Gleichstrom durchströmt werden, so daß die Kompressoren in dieser Stufe ohne Wirbelbildung in einer Richtung in eine Abführungseinrichtung arbeiten.
Die Erfindung schafft mit der oben angegebenen Lösung einen vierstufigen Kompressor mit drei Kolben in Reihenanordnung.
In der anderen genannten Ausführung wird ein vierstufiger Kompressor mit zwei Kolben und zwei Pleuelstangen vorteilhaft in V-Anordnung geschaffen. Dabei sind jeweiLs aller Pleuelstangen unmittelbar an Arbeitskolben angelenkt und gleich ausgeführt.
Zweckmäßig ändern sich die Volumina in den Zylinderräumen jeweils als Radikand mit jeweils einem höheren wurselexponenten. auch hierdurch ergeben sich besonders günstige Verdichtungsverhältnisse.
Gemäß einem wesentlichen Merkmal ist der hochdruckkolben am Differentialkolben befestigt, und der liochdruckzylinderabschnitt weist eine Einströmöffnung über dem unteren Umkehrpunkt des xochdruckkolbens und ein Ausströmventil in der Stirnfläche auf und arbeitet im Gleichstrom, wobei, und dieses Merkmal wird als besonders wichtig hervorgehoben, das Ausströmventil im wesentlichen die gesamte Stirnfläche bildet. Dabei sieht die bevorzugte Ausführungsform vor, daß die Kolbenfläche des Hochdruckkolbens in unmittelbare Nähe des Ventilsitzes des Ausströmventils geführt ist und der Ventilkörper eine mit der unterkante des Ventilsitzes fluchtende Abdichtungsfläche bildet0 Der Ausdruck'inmittelbare lSähe"bezeichnet eine Größenordnung von ca. 1/10 mm.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen; FigB 1 eine Seitenansicht eines Kompressors mit zwei Zylinderkolbenanordnungen, teilweise in Schnitt- und schematischer Darstellung; Fig. 2 eine Seitenansicht eines Xompressors mit drei in Reihensehaltung angeordneten Zylinderkolbenanordnungen in schematischer Darstellung und teilweise im Schnitt; Fig. 3 eine Einzelheit für den Zylirderkopf des ochdruckkolbensÆ Gemäß Fig. 1 sind auf einem Kurbelgehäuse 1 mit einer Surbelwelle 2 zwei in V-Form angeordnete abgestufte Zylinder 3, 4 angeordnet, welche jeweils einen unteren gebil 5, 6, einen daran angeordneten i'eil 7, 8 mit größerem Durchmesser und einen Hochdruckzyllnderabschnitt 9, 10 mit kleinerem Durchmesser besitzen. Die Kolben sind als Differentialkolben mit einem Schaft 11, 12 und einem erweiterten Abschnitt 13, 14 ausgefahrt, so daß sich zwischen der Stufe 15, 16 des Kolbens und 17, 18 des Zylinders ein Ringraum 19, 20 bildet. Über der Kolbenfläche ist der Ansaugraum 21, 22 angeördnet. Der Hochdruckkolben 23, 24 durchsetzt die Ansaugräume 21, 22.
Bei 25, 26; 27, 28;.29, 30 sind Kolbenringe angeordnet. Die Kolben sind durch Pleuelstangen 31, 32 mit der Kurbelwelle 2 verbunden.
Die Einlässe 33, 34 zu den Änsaugräumen arbeiten über ein Ansaugventil 35, 36. Sie sind über Ausgangsventile 37, 38 und entsprechende Rohrleitungen 39, 40 mit den eingängen 41 42 zu den Ringräumen 19 20 verbunden. An den Eingängen sind Rückschlagventile 43, 44 angeordnet. Die Ausgänge 45, 46 sind über Rückschlagventile 47, 48 mit einer Rohrleitung 49 verbunden, die in die kolbengesteuerte Einlaßöffnung 50, beispielsweise des Hochdruckzylinderabschnitts 10, einspeist Diese ist über das Ausgangsventil 51 und eine Rohrleitung 52 mit der Minlaßöffnung 53 des anderen Hochdruckzylinderabschnitts 9 verbunden, so daß beide Hochdruckzylinderabschnitte 9, 10 hintereinander liegen bzw. die Hochdruckkolben 23, 24 hintereinander arbeiten. Das Auslaßventil 54 arbeitet in einer Ausgangsleitung 55, zu der es koaxial und den gesamten Querschnitt des Hochdruckzylinderabschnitts 9 erfassend angeordnet ist. Entsprechendes gilt für das Ausgangsventil 51.
In Fig. 2 sind entsprechende Zylinderkolbeneinheiten in Reihenanordnung dargestellt, so daß anhand dieser Figur lediglich der Anschluß der verschiedenen Räume aneinander beschrieben wird. Die Ansaugräume 56, 57, 58 haben jeweils einen Einlaß 59, 60, 61. Ihre ventilgesteuerten Auslässe 62, 63, 64 sind über Rohrleitungen 65, 66, 67 jeweils mit dem Einlaß 68, 69, 70 des zugeordneten Ringraums 71, 72, 73 verbunden. Die ventilgesteuerten Auslässe 74, 75, 76 aus diesen Ringräumen sind an eine gemeinsame Rohrleitung 77 angeschlossen, die über eine Rohrverzweigung 78, 79 zu den Einlaßbohrungen 80,81 zweier Hochdruckräume 82, 83 geführt ist. Die ventilgesteuerten Auslässe 84, 85 dieser Hochdruckräume sind mittels einer Rohrverzweigung 86,87 und einer gemeinsamen Leitung 88 mit der Einlaßbohrung 89 des dritten Hochdruckraumes 90 dieses Kompressors verbunden, der über das Ventil 91 in die Auslaßrohrleitung 92 arbeitet.
Es ist erkennbar, daß alle Zylinderkolbenanordnungen gleichmäßig ausgeführt sind. Sie haben jeweils einen Differentialkolben 93, 109, 110 mit einem Hochdruckkolben 94, 111,, 112, der den Ansaugraum 56 - 58 durchsetzt. Die in gleicher Weise ausgeführten Pleuelstangen 95, 96, 97 sind mit einer Kurbelwelle 98 in einem Kurbelgehäuse 99 verbunden. An der xurbelwelle befindet sich ein Antriebsmotor 100.
Fig. 3 zeigt einen Ho chdruckzylinderab s chnitt 101 mit einem liochdruckkolben 102. Es ist erkennbar, daß der Ventilsitz 103 in der Zylinderstirnfläche annähernd gleichen Durchmesser wie der Zylinderraum hate Der Ventilkörper 105 ist so eingepaßt, daß seine dem Zylinderraum zugekehrte Stirnfläche 106 mit dieser fluchtet.
Wenn der Kolben 102 beim Hub bis in die unmittelbare Nähe des Ventilsitzes 107 geführt wird, wird jeglicher tote Raum weitestgehend ausgeschlossen. In Verbindung mit dem Merkmal, daß der Einlaß durch radiale xinlaßöffnungen 107, 108 gebildet wird, liegt hierin ein wesentliches Merkmal der Erfindung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

0 Lompressor mit wenigstens drei Stufen, mit im Querschnitt abgesetzten Differentialkolben,mit einem Ringraum in Verbindung mit einem abgestuften Zylinder und mit einem nochdruckkolben, wobei gemäß latent . ... ... (Patentanmeldung P 17 03 145.7) der Differentialkolben als Führungskolben für den hochdruckkolben vorgesehen ist und der Ansaugraum des bifierentialkolbens an der von der rleuelstange abgekehrten weite dieses Kolbens liegt, während der Ringraum in einem Bereich zwischen dem Ansaugraum und der eleuelstange vorgesehen ist und der Hochdruckkolben den Ansaugraum durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Differentialkolben (11, 13, 12, 14, 93, 109, 110) mit hochdruckkolben (23, 24, 94, 111 112) an einer Bleuelturbelwelle (2, 98) angeordnet sind und die Ansaugräume (21, 22, 56-58) jeweils mit einem Ringraum (19, 20, 71-73) verbunden sind und die hochdruckzylinderabschnitte (9, 10, 82, 83, 90) hintereinander angeschlossen sind.
2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: zwei Differentialkolben (11, 13, 12, 14) mit aochdruckkolben (23, 24) vorgesehen und beide Ringräume (19, 20) gemeinsam an einen Hochdruckzylinderabschnitt (10) angeschlossen sind, der seinerseits wieder an den anderen aochdruckzylinderabschnitt (9) angeschlossen ist0 30 Kompressor nach Anspruch 1,-dadurch gekennzeichnet, daß drei Differentialkolben (93, 109, 110) vorgesehen sind und in dieser Anordnung die Ringräume (71-73) aller drei Zylinder mit zwei Rochdruckzylinderabschnitten (82, 83) gemeinsam durch eine Rohrverzweigung (77, 78, 79) verbunden md diese Rochdruckzylinderabschnitte wiederum mit dem dritten iio'chdruckzylinderabschnitt (90) verbunden sind.

4c Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeiclmet, dab ein vierstufiger Kompressor mit drei Kolben (93, 94; 109, 111; 110, 112) in Reihenanordnung angeordnet ist.

5. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierstufiger Kompressor mit zwei Kolben (11, 13, 23; 12, 14, 24) und zwei Pleuelstangen (31, 32) vorteilhaft in V-Anordnung ausgeführt ist.

6e Kompressor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle sJleuelstangen (31, 32; 95-97) unmittelbar an Arbeitskolben gelagert und gleich ausgeführt sind.

7. Kompressor nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Volumina in den Zylinderräumen jeweils als Radikand mit jeweils einem höheren Wurze lexponenten ändern.

8. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckkolben (23, 24) am Differentialkolbenabschnitt (11, 13, 12, 14) befestigt ist, der Hochdruckzylinderabschnitt (9, 10, 102) eine Einströmöffnung (50, 53, 107 108) über dem unteren 'ilmkehrpunkt des Hochdruckkolbens und ein Ausströmventil (51, 54, 103, 105) in der Stirnfläche aufweist und im Gleichstrom arbeitet und daß das Ausströmventil (103, 105) im wesentlichen die Gesamtstirnfläche bildet.

9. Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfläche des Hochdruckkolbens (102) in unmittelbare iu'ähe des Ventilsitzes (103) des-Ausströmventils geführt ist und der Ventilkörper (106) eine mit der Unterkante des Ventilsitzes (103) fluchtende hbdichtungsfläche bildet.