DE2334461A1

DE2334461A1 - Kolbenmaschine zum verdichten oder verdraengen eines gasfoermigen mediums

Info

Publication number: DE2334461A1
Application number: DE19732334461
Authority: DE
Inventors: John Maximilian Jules Varga
Original assignee: Carding Specialists Canada Ltd
Current assignee: Carding Specialists Canada Ltd
Priority date: 1972-07-11
Filing date: 1973-07-06
Publication date: 1974-01-24
Also published as: CH583853A5; SE424663B; SE388914B; IN139636B; SE424662B; NL7309484A; SE7600207L; CH581266A5; JPS4950220A; SE7600206L; FR2192619A5; ES416680A1; CH583854A5; HK39777A; US3930762A; GB1438488A; BR7305028D0; CA1013323A; BE802046A

Description

HEINZ H. PUSCHMANN · PATENTANWALT

8024DE1SENHOFEN b. MönAen Am Sccis 8 · Telefon 0811/6133297

Deisenhofen, den 3.JuIi

CARDINQ SPECIALISTS (CANADA) LIMITED ^⁷³ Toronto 1

King Street West 44
Kanada

Kolbenmaschine zum Verdichten oder Verdrängen eines gasförmigen Mediums

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine zum Verdichten oder Verdrängen eines gasförmigen Mediums mit einem Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisenden Zylinder und einem in diesem beweglichen, über eine Kolbenstange angetriebenen Kolben sowie mit Steuerorganen für die Einlaß- und Auslaßöffnungen des Zylinders, der gemeinsam mit dem Kolben mindestens eine an einer Seite des Kolbens liegende Kammer bildet.

Aufgabe der Erfindung ist es eine neue Kolbenmaschine zu schaffen, mit der ein Verdichten oder Verdrängen eines gasförmigen Medium, inabesondere von Luft möglich ist, die billig herzustellen ist, eine höhere Leistung al» bisher

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erbringt .und geringe Wartung benötigt.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kolben dreh- und hin-und herbeweglich im Zylinder gelagert ist, daß Steuerkurven vorgesehen sind; durch die dem Kolben wHhrend seiner Drehbewegung eine hin- und hergehende Bewegung aufzwingbar ist, und daß die Zuordnung der Steuerorgane zu den Einlaß- und Auslaßöffnungen derart gewählt ist, daß noch während der Dreh- und translatorlschen Bewegung des Kolbens das Medium in die Kammer einströmt, komprimiert und ausgestoßen wird.

In Abhängigkeit von der jeweils gewählten Größe des Kolbens sowie der Offnungen und Steuerorgane kann die Kolbenmaschine als Gebläse oder Kompressor eingesetzt werden. Werden zwei Zylinder koaxial zueinander angeordnet und wird nur eine, die beiden Zylinder durchsetzende Kolbenstange gewählt mit Kurvenstücken an jedem äußersten Ende der Anordnung, so entsteht ein zweistufiger Kompressor oder ein sogenanntes Doppelgebläse, die jeweils nur von einer einzigen Welle angetrieben werden.

Auch kann auf diese Weise ein mehrstufiger Verdichter mit einem einzigen Antrieb erhalten werden.

Die Kolbenmaschine weist vorzugsweise die als Einlaß- und Auslaßventile wirkenden Steuerorgane zu beiden Selten des Kolbens auf. Es. ist jedoch auch möglich, die Maschine so auszubilden, daß nur eine einzige Druckkammer an einem Ende des Kolbens vorhanden ist, insbesondere bei einem zweistufigen Kompressor, bei dem die Anordnung der Steuerorgane so gewählt ist, daß die Kompression in einem Zylinder stattfindet, während in dem anderen Zylinder die Ausdehnung erfolgt.

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Die Einlaß- und Auslaßventile bestehen aus am Umfang des Kolbens vorgesehenen Ausnehmungen oder Nuten. Wahlweise können die Steuerorgane auch aus bekannten druckbetätigten in einer geeigneten Anordnung auf dem Zylinder bzw. den Zylindern vorgesehenen Einlaß- und Auslaßventilen bestehen oder es können andere an sich bekannte Ventilanordnungen eingesetzt werden.

Zur Stabilisierung der Maschine ist eine einen Massenausgleich der Kolbenstange in axialer Richtung bewirkende Vorrichtung vorgesehen, welche Halterungen aufweist, die auch den Zylinder derart aufnehmen, daß dieser in axialer Richtung frei beweglich ist. Die Kolbenstange und der Zylinder bewegen sich auf diese Weise in entgegengesetzten Richtungen, wobei ein Massenausgleich der Kolbenmaschine in axialer Richtung erzielt ist.

Die Kolbenstange ist zweckmäßig als Hohlwelle ausgebildet und die Massenausgleichsvorrichtunfi besteht aus einem in der Hohlwelle beweglichen Kolben, wobei zu beiden Seiten der Hohlwelle je eine ein strömendes Medium enthaltende Kammer vorgesehen ist; außerdem sind Steuerorgane für das Abfließen des Mediums aus den Kammern in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Kolbens in bezug auf die Hohlwelle vorgesehen, die eine Vorrichtung zum Auffüllen der Kammern mit strömendem Medium aufweist. Die Kolbenstange wirkt nunmehr als Gegengewicht und bei jedem Auswandern in eine äußere Lage werden durch Ablassen von strömendem Medium aus der jeweiligen Endkammer Unwuchten ausgeglichen und aufgehoben.

Die dem Kolben der Maschine während seiner Drehbewegung eine hin- und hergehende Bewegung aufzwingenden Steuerkurven bestehen aus jeweils an den Stirnseiten des Zylinders angeordneten Kurvenstücken. Wahlweise können auch zwei einander

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gegenüberliegende Kurven oder Flächen eines einzigen Kurvenstücks an ein und demselben Ende des Zylinders angeordnet sein,

Jedes Kurvenstück weist eine Plankurve aui; die mit dem Kolben fest verbunden ist und mit an dem jeweils zugeordneten Ende des Zylinders angeordneten Rollen in Wirkverbindung steht. Hierdurch wird das Auftreten von senkrecht auf die Kolbenstange wirkenden Kräften vermieden.

Eine in ähnlicher Weise in ihrer Massenwirkung ausgeglichene Kurvenanordnung kann gewählt werden, wenn die Hin- und Herbewegung von zwei einander gegenüberliegenden Kurven oder Kurvenflächen an ein und demselben Zylinderende erzeugt wird.

Die Mittel zur Übertragung der Drehbewegung auf den Kolben weisen Vorsprünge auf, die an einem am Kolben tfefestigten Endstück in Richtung der Kolbenlängsachse verlaufend und radial im Abstand voneinander liegend angeordnet sind, darüberhinaus weisen sie eine Antriebswelle und von dieser mitgenommene Teile auf, die mit den Vorsprüngen im Eingriff stehen, um die Kolbenwelle im gleichen Sinn wie die Antriebswelle anzutreiben, wobei jedoch die Kolbenwelle in bezug auf die Antriebswelle axial beweglich ist. Die Vorsprünge auf jeder Seite der Kolbenstange sind in gleichem Abstand voneinander liegend angeordnet und die von der Antriebswelle mitgenommenen Teile übertragen auf jeden Vorsprung jeweils die gleiche Kraft.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Steuerkurven sowie des Antriebs treten keinerlei störende Seitenkräfte am Kolben und an der Kolbenstange auf, so daß die Lagerbelastung gering wird. Wird die Kolbenstange in ungeschmierten oder abgedichteten Lagern an

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den Stirnseiten des Zylinders geführt und wird das Spiel zwischen Kolben und Zylinder sehr klein gehalten, kann die Kolbenmaschine ohne Schmierung innerhalb des Zylinders betrieben werden. Es kann also jedes Gas ohne die Gefahr einer Verschmutzung durch öl verdichtet werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigenj_

Pig. 1 schematisch einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Maschine;

Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie II-II aus Fig. Ij Fig. 3 die Ausbildung einer Kurvenscheibe in der Vorrichtung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen zweistufigen Kompressor gemäß der Erfindung;

.Fig. 5 eine Ansicht auf den Kompressor nach Fig. 4 in Richtung des Pfeiles V;

eine Stirnansicht nach Pfeil VI aus Fig. 4; ein Schnitt durch den in Fig. 4 innerhalb der gestrichelten Linie VII liegenden TeilsÜ ein Schnitt durch einen Teil des Kompressors nach Fig.4; eine Ansicht und ein Teilschnitt eines Teils des Kompressors in Richtung des Pfeils IX in Fig.4;

Fig.Io eine schematische Darstellung eines Teils einer anderen Ausführungsform und

Fig. 11 und Fig. 12 axiale bzw. radiale Teilschnitte eines Teils einer weiteren Ausführungsform.

Der Mantel 2 eines in den Fig. 1 bis 3 mit _1 bezeichneten Zylinders weist in axialer Richtung Endplatten 3 und 4 auf. Im Zylindermantel 2 befinden sich an einander gegenüberliegenden Seiten je eine Einlaßöffnung 5 bzw. 6 sowie zwei einander diametral gegenüberliegende Austrittsöffnungen 7 und 8 (Fig.2). Die Mittellinien der auf jeweils einem Durchmesser liegenden öffnungen stehen senkrecht auf den

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Mittellinien der anderen beiden auf einem gemeinsamen Durchmesser liegenden öffnungen.

Der Zylindermantel 2 umschließt mit ganz geringem Spiel einen Kolben 9. Der Kolben 9 weist einander diametral gegenüberliegende als Ventil wirkende Nuten lo,ll auf, die sich zu einer Oberfläche 12 des Kolbens hin öffnen sowie zwei weitere einander diametral gegenüberliegende als Ventil wirkende Nuten 13,14, die sich zur gegenüberliegenden Oberfläche I5 des Kolbens hin öffnen. Die Mittellinien dieser Nuten schließen mit denen der beiden jeweils benachbarten Nuten einen Winkel von 90° ein.

Der Kolben 9 ist mit einer Kolbenstange 16 fest verbunden, die in Gleit- oder Rollenlagern 17 und l8 in den Endplatten 3 und 4 gelagert ist. An den freien Enden der Kolbenstange l6 ist jeweils ein Kurvenstück I9 bzw. 2o angeordnet, dessen Konfiguration in Fig. 3 dargestellt ist. Aus der abwicklung nach Fig. j5 geht hervor, daß jede Kurve zwei diametral gegenüberliegende Wellenberge und im Abstand von 9o° hierzu zwei diametral gegenüberliegende Wellentäler aufweist. Die Kurvenstücke sind an der Kolbenstange l6 relativ zueinander um 90° gedreht angeordnet, d.h. die Wellenberge einer Kurve liegen koaxial zu den Wellentälern der gegenüberliegenden Kurve.

Mit der Stirnplatte 3 des Zylinders 1_ sind Arme 21,22 verbunden, die einen Stift 25 tragen, um den eine Rolle 24 drehbar gelagert ist sowie Arme 25,26 mit einem Stift 27 zur drehbaren Lagerung einer Rolle 28. Die beiden Rollen 24 und 28 stehen mit dem Kurvenstück 19 in Wirkverbindung. Die gleiche Anordnung ist an dem gegenüberliegenden Ende des Zylinders vorgesehen, bei der Rollen 29 und Jo mit dem Kurvenstück 2o in Wirkverbindung stehen.

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Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

Bei Drehung der Kolbenstange 16 durch eine nicht dargestellte ■Antriebsvorrichtung bewegt sich der Kolben 9 infolge des Zusammenwirkens der sich mit ihren Wellenbergen bzw. - tälern gegenüberliegenden Kurven und der zugeordneten Rollen in dem Zylinder hin und her. Die Nuten Io und 11 geben die Einlaßöffnungen 5 und 6 frei, sobald der Kolben seine rechte Endlage erreicht hat und Gas strömt in die rechte Kammer ein und zwar auch während der Rückbewegung des Kolbens so lange, bis die Nuten Io und 11 sich aus dem Bereich der Einlaßöffnungen hinausbewegt haben. Bei der Rückbewegung des Kolbens nach links wird das in die linke Kammer bei der vorhergehenden Rechtsverschiebung eingeströmte Gas komprimiert bis im Verlaufe einer weiteren Drehung des Kolbens die Nuten 14 und 15 die Austrittsöffnungen 7 und 8 freigeben. Das verdichtete Medium, also die Druckluft, strömt nun aus. Dieser Vorgang des wechselseitigen Einströmens und Komprimierens wiederholt sich bei jeder Umdrehung des Kolbens zweimal, wobei also während einer vollen Umdrehung von J>60° des Kolbens auf jeder Seite des Kolbens zwei Ansäugvorgänge und zwei Kompressionen erfolgen.

An Hand der Beschreibung der Kolbenmaschine nach den Figuren 1 bis J5 ist das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich gemacht worden. Es folgt nun die Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels für einen zweistufigen Kompressor.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 ist auf einer Grundplatte 51 angeordnet, an deren Enden zwei bügeiförmige Halterungen 52,55 vorgesehen sind, zwischen denen sich zwei Führungsstäbe 54,55 mit kreisförmigem Querschnitt erstrecken. Auf der Grundplatte 51 ist eine Zylinderanordnung 56 angeordnet, die zwei Halterungen 57*58 aufweist, an denen

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Hülsen 59#6o bzw» 61,62 tragende Arme vorgesehen sind. Die Hülsen gleiten jeweils auf den Führungsstaben 54,55. Zwischen den Hülsen und den bUgelförmigen Halterungen 52,55 sind Druckfedern 63 bis 66 vorgesehen. Die Zylinderanordnung enthält zwei Stufen, einen Niederdruckzylinder 6¹J und einen Hochdruckzylinder 68. Der Niederdruckzylinder 67 ist mit einem Lufteinlaß 69 versehen, den flexible Leitungen 7o,71 mit nicht näher bezeichnen Einlaßöffnungen im Niederdruckzylinder 67 verbinden. Ebenfalls nicht näher bezeichnete Austrittsöffnungen dieses Zylinders stehen mit einer flexible Leitung 76 in Verbindung, die mit einem nicht dargestellten Zwischenkühler verbunden ist. Von diesem Zwischenkühler strömt die Druckluft aus der ersten Stufe durch flexible Leitungen 77#78 zu nicht näher bezeichneten Einlaßöffnungen im Hochdruckzylinder 68. Aus den Austritts« öffnungen strömt Druckluft mit dem gewünschten Druck zu einer Auslaflöffnung 83.

An jeder Seite der Zylinderanordnung 56 befindet sich eine Rollenanordnung 84 bzw. 85. Da diese Anordnungen gleich ausgebildet sind, ist die Beschreibung auf die Anordnung beschränkt (Fig· 5)· Die Anordnung besteht aus einer in nicht näher dargestellter Weise mit oberen und unteren · Laschen 87,88 drehbar verbundenen Halterung 86. Die Halterung 86 weist die eigentlichen Rollenträger bildenden Seitenteile 89,90 auf. Die beiden Rollen 91,92 (sowie die Rollen 93,94 der Anordnung 85) sind gleich, so daß lediglich die Rolle 91 im einzelnen beschrieben wird. Das Seitenteil 89 hat die Form einer Gabel mit Armen 95#96 (Fig.4) zwischen denen sich ein Stift 97 erstreckt, der die inneren Laufringe von drei Lagern 98 bis loo aufnimmt. Eine Lagerbuchse XoI ist an den äußeren Laufringen der Lager vorgesehen. Die Lager und die Lagerbuchse werden in ihrer Lage jeweils durch Sprengringe Io2 bis Io4, Abstandshülsen Io5#lo6 und eine Schulter Io7 im Lager Xoo gehalten.

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Die Zylinderanordnung 56 ist im einzelnen in dem Schnitt gemäß Pig, 8 dargestellt. Die Anordnung ist zur Mittellinie A-A symmetrisch, so daß der Einfachheit halber in der Figur nur eine Hälfte dargestellt ist. Die Anordnung enthält ein Gehäuse I08, dessen Teil Io9 den Njfederdruckzylinder umschließt, während ein Gehäuseteil Ho den Hochdruckzylinder 68 aufnimmt. Der eigentliche Niederdruckzylinder besteht aus einer zylindrischen Hülse 111 und Stirnplatten 112 und 113· Der Hochdruckzylinder besteht aus einer zylindrischen Hülse 114 mit Stirnplatten 112 und 115. Die Hülsen 111 und 114 sind durch Verschweißen mit einem Ring 116 miteinander verbunden, der mit der gemeinsamen Stirnplatte 112, beispielsweise durch die Schraube 117, verschraubt ist. Die Stirnplatte 113 ist mit dem Gehäuse I08, beispielsweise durch die Schraube 118, verschraubt, während die Stirnplatte 115 mit dem Gehäuse bespielsweise durch Schrauben 119 verbunden ist. Zwischen den Zylinderhülsen und den Stirnplatten sind Dichtringe 12o bis 12J vorgesehen.

Am Umfang des Niederdruckzylinders 67 sind im Abstand von jeweils 90° vier öffnungen aufweisende Teile, nämlich beispielsweise das zwei Einlaß« und Äuslaßöffnungen aufweisende Teil 124 vorgesehen, das mit dem Gehäuse Io8 beispielsweise durch eine Schraube 125 verschraubt ist. Zwischen den die öffnungen aufweisenden Teilen und der Hülse 111 ist ein Dichtring 126 angeordnet. In gleicher Ausbildung und Anordnung weist der Hoohdruckzylinder 68 vier öffnungen aufweisende Teile, z.B. das Teil 128 auf, das mit dem Gehäuse I08 beispielsweise durch die Schraube 129 versohraubt ist. Zwischen dem Teil 128 und der Hülse 114 befindet sich ein Dichtring I30, Der zwischen dem Gehäuse I08 und den Hülsen 111 bzw. 114 befindliche Raum 1J2 kann zur Aufnahme von Kühlwasser dienen. In anderer konstruktiver Ausgestaltung der Vorrichtung kann das Gehäuse I08 entfallen, wenn die Zylinder aus in geeigneter Weise montierten Hülsen 111, 114 bestehen, die mit Kühlflächen für eine Luftkühlung versehen sind.

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Innerhalb der Zylinderanordnung ist eine drehbare und hin- und hergehende als Hohlwelle ausgebildete Kolbenstange 133 angeordnet. Die Hohlwelle ist in zwei Lagern 134, 135 gelagert, von denen jedes eine ringförmige Lauffläche und eine Anzahl von darin in gleichen Winkelabständen vorgesehenen Kugeln aufweist. In einer bevorzugten Ausfertigung wurden achtzehn Kugeln in jedem Laufring verwendet. Die Kugeln stehen sowohl mit der Hohlwelle 133 als auch mit einer besonders gehärteten Lauffläche 136,137 an den Stirnplatten 112 und 115 in Wirkverbindung. Das Lager 134 kann in bezug auf die Lauffläche I36 zwischen als Begrenzung dienenden Sprengringen Ι38_#ί39 sich hin- und herbewegen. Das Lager ist in bezug auf die Lauffläche 137 zwischen als Begrenzung dienenden Sprengringen 14o,l4l hin- und herbeweglich.

Zwischen der Hohlwelle I33 und den Stirnplatten 112,113 und sind jeweils Dichtungen 142 bis 144 vorgesehen. Die Dichtungen sind untereinander gleich und jede von ihnen enthält eine mit einem gewissen Spiel zwischen sich und dem Hohlkolben einerseits und der zugeordneten Stirnplatte andererseits angeordnete Hülse 145 sowie Ausgleichsringe 146,147 und an jedem Ende der Hülse 145 Sprengringe 148, 149, auf denen die Ausgleichsringe aufliegen und Packungen 15c>l5l zwischen der Hülse und der zugeordneten Stirnplatte.

Die Hohlwelle I33 trägt zwei gleich ausgebildete Kolben 152,153. Der Kolben 152 im Niederdruckzylinder 67 enthält einan mit der Hohlwelle 133 über einen Keil 155 in Antriebsverbindung stehenden Spulenkörper 154, der durch Ausgleichsringe 156,157 und Sprengringe 158,159 die Hin- und Herbewegung der Hohlwelle 133 mitmachen maß. Mit dem Spulenkörper 154 und radial zu diesem angeordneten Trägerplatten I60 veschweißt ist ein äufleres Teil 161, das im wesentlichen aus einem Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt besteht, jedoch als Ventil wirkende Nuten, beispielsweise dfe Nut 162, aufweist.

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Im Abstand von 18O° ist auf dem Zylinder 161 eine weitere Nut vorgesehen. Der Nut 162 entsprechende Nuten sind auf der gegenüberliegenden Seite des Zylinders 161 vorgesehen, und zwar gegenüber den zuvorgenannten Nuten jeweils um 90° zu diesen versetzt. Entsprechende als Ventil wirkende Nuten im Kolben können um einen bestimmten Winkelbetrag gegenüber denen des Kolbens 152 versetzt angeordnet sein. Alle Teile des Kolbens 153 im Hoöhdruckzylinder 68 , die denen des Kolbens 152 entsprechen, tragen dieselben Bezugszeichen mit dem Zusatz a·

Koaxial zur Hohlwelle 133 ist ah jedem ihrer Enden je ein Endstück 163, 164 angeordnet (Fig. 4), das mit der Welle antriebsmäßig verbunden ist. An jedem Endstück ist ein zylindrisches Kurvenstück 165 bzw. 166 angeschweißt, das eine bestimmte Außenkontur aufweist. Die Kante de» Kurvenstücks 165 liegt auf der Lagerbuchse lol des Lagers 84 auf, während die Kante des Kurvenstücks 166 an der entsprechenden Lagerbuchse des Lagers 85 aufliegt« Bei Drehung der Hohlwelle wird durch das Ablaufen der Kurven 165, 166 auf den Lagern 84,85 zusätzolich eine hin- und hergehende Bewegung der Welle erzeugt.

Die Welle I33 wird durch eine Antriebsvorrichtung I67 (Fig· 4) über eine Welle 168 angetrieben. Die Welle 168 ist in nicht näher bezeichneten Lagern in der Halterung 53 und in einer weiteren senkrechten Halterung 169 gelagert. Mit der Welle 168 ist eine Riemenscheibe I70 verbunden, die über einen nicht dargestellten Motor angetrieben ist.

Die Antriebsübertragung enthält gemäß Fig. 9 zwei einander gegenüberliegende Vorsprünge 171*172 am Ende 164 der Hohl*, welle 133· Diese Vorsprünge weisen gehärtete Lagerflächen 173 bzw I74 auf. Ein Winkelhebel 175 mit jeweils einem ersten und einem zweiten axial im Abstand voneinander liegenden Armpaaren ist mit der Welle 168 verkellt. Zwischen dem ersten Armpaar, beispielsweise dem Armpaar I80, des

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Winkelhebels ist ein Hebel 179 gelenkig angeordnet, während ein zweiter Hebel 182 zwischen dem genanten zweiten Armpaar, beispielsweise dem Armpaar I83 gelenkig angeordnet ist. Der Hebel I82 umgreift die Welle 168 teilweise und weist eine gehärtete Spitze I85 auf, die mit einer gehärteten Auflage an einem Ende des Hebels 179 zusammenwirkt. An ihren jeweils freien Enden tragen die Hebel 179,182 jeweils eine drehbar angeordnete Rolle I87, 188, die jeweils in Lagerflächen bzw. I74 eingreifen»

Die Antriebsübertragung enthält außerdem einen weiteren Winkelhebel I89, der in Lagern der Welle 168 gelagert ist. Ein Hebel 192 ist zwischen ersten Armen, beispielsweise den Armen 193 des Winkelhebels I89 drehbar angeordnet, während * ein weiterer Hebel 195 drehbar zwischen den zweiten Armen, beispielsweise den Armen I96, des Winkelhebels I89 angeordnet ist. Der Hebel 195 umgreift die Welle 168 teilweise und weist eine gehärtete Spitze I98 auf, die mit einer gehärteten Auflage I99 an einem Ende des Hebels 192 zusammenwirkt. Die Hebel 192 und 195 weisen an ihren jeweils nicht angreifen den Enden eine drehbar angeordnete Rolle loo bzw. 2ol auf, die mit den Lagerflächen 175 bzw. 174 an den gegenüberliegenden Seiten dieser beiden Rollen I87 bzw, I88 angreifen. Die beiden Winkelhebel 175 und I89 sind durch eine Zugfeder 2o2 miteinander verbunden (Fig. 9)·

Die beschriebene Hebelanordnung ist so ausgelegt, daß die Hebelarme des Hebels 179 * d.h. die Abstände vom Drehpunkt zur Mittellinie der Rolle I89 und zum Angriffspunkt der Hebel 179, l82 gleich sind (Abstand A in Fig. 9); auch die entsprechenden Hebelarme des Hebels 182 sind gleich (Abstand B in Fig. 9). Ein gleiches Verhältnis herrscht bei den Hebelarmen der Hebel 192 und 195.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

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Beim Antrieb der Welle 168 wird der Winkelhebel 175 ebenfalls angetrieben, wodurch gleichzeitig auch die Hebel 179 und 1&7 angetrieben sind, so daß die Rollen I87 und 188 gegen die Auflagen 173 und 174 gedrückt werden. Infolge der gleichen Hebelkräfte ist gewährleistet, daß bei Drehung der Welle 168, wenn der Hebel 179 die Rolle I87 auf die Auflage 173 bewegen sollte, ehe die Rolle I88 mit der Auflage 174 in Berührung gelangt ist, durch die Berührung der Rolle I87 der Hebel 179 um seinen Drehpunkt am Arm I80 bewegt wird, so daß der Eingriff der Auflage 186 mit der Spitze I85 herbeigeführt wird und der Hebel I82 auf diese Weise um seinen Drehpunkt zur Bewegung der Rolle 188 auf die Auf· lage I74 gebracht wird. Dasselbe geschieht, wenn die Rolle 188 die Auflage 174 zuerst berührt. Hieraus ist ersichtlich, daß der Antrieb auf die Vorsprünge 173* 174 immer ausgeglichen ist und keine seitliche Auslenkkraft auftritt. Auf die gleiche Weise werden die Rollen 2oo und 2ol mit den Auflagen 173 und 174 in Wirkverbindung gehalten, so daß kein Schlupf im Antrieb auftritt und eine gleichmäßige Kraftübertragung stattfindet.

Durch die auf die Auflagen 173,174 Übertragene Antriebskraft werden, wie aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht, auch die Hohlwelle I33 in Drehung versetzt (Fig. 4). Bei ihrer Drehung laufen die Kurvenstücke I65, I66 auf den Lagern 91 bis 94 ab, wodurch die Welle 133 eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Die Hin- und Herbewegung der Welle I33 in bezug auf die Welle 168 ist ohne Einfluß auf den Drehantrieb durch die Bollen 187,188, 2oo und 2ol möglich.

Bei der Dreh- und Hin- und Herbewegung der Hohlwelle 133 werden die Kolben 152 und 153 ebenfalls in Drehung versetzt und führen in den Zylindern 67 und 68 eine hin- und hergehen- · de Bewegung aus. Das Medium strömt wechselseitig in die Kammern im Niederdruckzylinder 67 zu beiden Seiten des Kolbens 152 ein und wird , wie im Zusammenhang mit den

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Figuren 1 bis 3 beschrieben komprimiert, wobei das kompri-

mierte Medium dann ausgestoßen und durch die Leitung 76 dem Zwischenkühler zugeführt wird und von dort über die Einlaßöffnungen in den Hochdruckzylinder 68, wo es wiederum die einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 153 beaufschlagt. Das Medium wird im Zylinder 68 weiter komprimiert und das weiter komprimierte Medium kann schließlich über den Auslaß 83 austreten.

Während der Hin- und Herbewegung der Hohlwelle I33 bewegt sich die Zylinderanordnung in einander entgegengesetzten Richtungen auf den Führungsstäben 54, 55, so daß auf die Grundplatte 51 keine axialen Kräfte übertagen werden. Die Hohlwelle I33 bleibt also frei von axialen Kräften und Drehmomenten, so daß bei der Vorrichtung keine das Gleichgewicht beeinträchtigenden Kräfte auftreten können.

Der Kräfteausgleich in axialer Richtung führt jedoch zu einer unerwünschten Vibration in axialer Richtung der Zylinderanordnung. In Fig. Io ist ein anderes Ausführungsbeispiel für einen axialen Kräfteausgleich dargestellt, das bei einer Anordnung benutzt werden kann, in der die Zylinderanordnung mit einer festen Grundplatte verbunden ist, oder die bei der in Längsrichtung schwimmenden zuvor beschriebenen Zylinderanordnung eingesetzt werden kann, wodurch axiale Schwingungen der Anordnung vermindert werden können.

Eine solche Massenausgleichsvorrichtung umfaßt ein Ausgleichsgewicht 2o3 mit einer Hohlwelle 2o4 (entsprechend der Hohlwelle 133). Das Ausgleichsgewicht ist in der Hohlwelle 2o4 mit Hilfe von Hülsen 2o5 und 2o6 zentriert, die für ein Lauf- und Leckspiel sorgen.

Zwischen dem Ausgleichsgewicht 2o3 und der Hohlwelle 2o4 ist eine Ringkammer 2o7 gebildet. An jedem Ende der Welle sind

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an ihren Enden offene Zylinder 2o8 und 2o9 angeordnet, und die Welle kann in den Zylindern frei rotieren und sich hin- und herbewegen, wobei ihr Antrieb in der vorbeschriebenen -Weise erfolgt. In jedem Zylinder 2o8 und 2o9 ist eine Einlaßöffnung 21o,211für ein strömendes Medium vorgesehen, das über ein Rückschlagventil 214 von einer Pumpe 215 zufließt. Die Enden des Ausgleichsgewichts 2oj5 verlaufen konisch, wie mit den Bezugszeichen 126, 127 angegeben.

Wenn sich die Welle 2o4 nach einer Seite bewegt, wird das strömende Medium in dem zugeordneten Zylinder verdrängt und bewegt dadurch das Ausgleichsgewicht in die entgegengesetzte Richtung, wodurch die axialen Kräfte ausgeglichen werden. Das strömende Medium gelangt über die Hülsen 2o5, 2o6 in die Kammer 2o7, von wo es in einem Sumpf fließt. Das den Ausgleich herbeiführende Medium wird den Zylindern über die Einlaßöffnungen 21o,211 zugeführt. Sollte sich das Ausgleichsgewicht zu weit entfernt vom Mittelpunkt einpendeln, dann kann infolge der abgeschrägten Enden 216, 217 äas Medium schneller aus den Zylindern 2o8 oder 2o9 am anderen Ende in die Kammer 2o7 einströmen, so daß diese Abweichung verringert, wird.

Die beschriebene Vorrichtung ist auch bei einem Kompressor mit drei oder mehr Stufen oder mit mehr als einem Zylinder pro Welle anwendbar. Alle Bauteile wie Kurvenstück, Antrieb, Kolben und Ausgleichsvorrichtung können leicht im jeweils gewünschten Maß abgeändert werden.

Es ist nicht zwingend, daß an jedem Zylindenande getrennte Kurvenstücke vorgesehen sind und die Kolbenstange kann an ihrem einen Ende oder in dessen Bereich ein Kurvenstück mit einander entgegengesetzten Flächen tragen. Zwei Rollensteueranordnungen wie 84 oder 85 werden in diesem Fall beweglich an einer gemeinsamen oder jeweils an getrennten Halterungen angeordnet, so daß jeweils eine an jeder Kurvenfläche angreifen kann.

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Die Rollensteuerungen für die Hohlwelle 1J>J> können durch die Vorrichtung nach den Figuren 11 und 12 ersetzt werden. Hierin weist die Hohlwelle YJJ ein Kugellager 218 auf, das axial zur Hohlwelle mit Hilfe von Sprengringen 219,22o befestigt ist und außerhalb der Stirnplatte 112 liegt. Der äußere Laufring des Lagers 218 ist von einer gehärteten Hülse 22o a umschlossen, die auf drei jeweils im Abätand von 18*0° am Umfang der Welle angeordneten Mitnehmern aufliegt. Jeder Mitnehmer weist ein Trägerteil 221 auf, das mit Schrauben 222 an der Stirnplatte befestigt ist und ein Joch bildet (Fig. 12). Eine Spindel 225 erstreckt sich zwischen den Armen des Jochs und wird von Sprengringen 224 gehalten. Ein an der Hülse angeordneter Mitnehmer 225 ist in einem Lager 226 auf der Spindel 223 drehbar gelagert und greift an der Hülse 22o a an. über das Lager 218 kann sich, wie aus der Zeichnung hervorgeht, die Hohlwelle 132 drehen, während die Mitnehmer eine hin- und hergehende Bewegung des Lagers in bezug auf die Zylinderanordnung gestatten.

Da während des Betriebes selbstverständlich Wärme erzeugt. wird, muß dafür gesorgt werden, daß sich der Kolben in bezug auf den Zylinder nicht so weit ausdehnt, daß kein Spiel mehr bleibt. Aus diesem Grunde ein zu großes Spiel vorzusehen, ginge auf Kosten der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung. Um dies zu vermeiden, kann eine Heizvorrichtung, beispielsweise ein elektrisches Heizgerät oder ein Konvektionsgerät, an den Außenflächen der Hülsen 111,114 vorgesehen werden, so daß sich die Außenflächen stärker ausdehnen als die Kolben. Wahlweise kann auch für die Kolben ein Material gewählt werden, dessen Ausdehnungskoeffizient geringfer ist als der der Zylinder.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1./ Kolbenmaschine zum Verdichten oder Verdrängen eines gasförmigen Mediums mit einem Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweisenden Zylinder und einem in diesem beweglichen, über eine Kolbenstange angetriebenen Kolben sowie mit Steuerorganen für die Einlaß- und Auslaßöffnungen des Zylinders, der gemeinsam mit dem Kolben mindestens eine an einer Seite des Kolbens liegende Kammer bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) dreh- und hin- und herbeweglich im Zylinder (l) gelagert ist, daß Steuerkurven (19,2o) vorgesehen sind, durch die dem Kolben während seiner Drehbewegung eine hin- und hergehende Bewegung aufzwingbar ist, und daß die Zuordnung der Steuerorgane (lo,ll) zu den Ein- und Auslaßöffnungen (5*6 bzw. 7*8) derart gewählt ist, daß noch während der Dreh- und translatorischen Bewegung des Kolbens das Medium in die Kammer einströmt, komprimiert und ausgestoßen wird.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-¹ ne t, daß die als Ein- und Auslaßventile wirkenden Steuerorgane (lo,ll) zu beiden Seiten des Kolbens (9) vorgesehen sind.

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3. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Ein- und Auslaßventile wirkenden Ausnehmungen oder Nuten (lo,ll) am Umfang des Kolbens (9) vorgesehen sind.

4. Kolbenmaschine nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Steuernuten für den Einlaß und den Auslaß vorgesehen sind, die sich jeweils diametral gegenüberliegen und im Winkel von 90° angeordnet sindi und daß die erste Kammer mit den ihr zugeordneten ersten Einlaß und Auslaßöffnungen verbindbar ist, und daß die zweite Kammer mit den ihr zugeordneten zweiten Einlaß- und Auslaßöffnungen verbindbar ist.

5. Kolbenmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Massenausgleich der Kolbenstange in axialer Richtung bewirkende Vorrichtung (2o3) vorgesehen ist.

6. Kolbenmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die die Kolbenstange stabilisierende Ausgleichsvorrichtung (2o3) Halterungen aufweist, die auch den Zylinder (1) derart aufnehmen, daß dieser in axialer Richtung frei beweglich ist.

7. Kolbenmaschine nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange eine Hohlwelle (133, 204t ist, daß die Massenausgleichsvorrichtung aus einem in der Hohlwelle beweglichen Kolben besteht, daß zu beiden Seiten der Hohlwelle je eine ein strömendes Mediums enthaltende Kammer (2o7) vorgesehen ist und daß Steuerorgane für das Abfließen des Mediums aus den Kammern in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Kolbens in bezug auf die Hohlwelle vorgesehen sind, die eine Vorrichtung (21o,211) zum Auffüllen der Kammern mit sitömendem Medium aufweist.

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8. Kolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane aus einer konischen Abschrägung (216,217) der Stirnseiten des Kolbens (2o3) bestehen.

9»Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten ddes Zylinders jeweils ein Kurvenstück vorgesehen ist, das den Kolben jeweils in einer axialen Richtung bewegt.

10. Kolbenmaschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kurvenstück (165,166) eine Plankurve aufweist und mit dem Kolben fest verbunden ist und mit an dem jeweils zugeordneten Ende des Zylinders angeordneten Rollen (187,188, 2oo,2ol) in Wirkverbindung steht.

11. Kolbenmaschine nach Anspruch lo, dadurch gekenn zeichil e t, daß die Rollensteuerung aus zwei Rollenanordnungen (84,85) besteht, die kraftschlüssig mit einer gemeinsamen Kurve verbindbar sind , und die um l8o° relativ zueinander versetzt und jeweils im gleichen Abstand zur Längsachse des Kolbens (168) angeordnet sind, und daß beide Rollenanordnungen an einer am Zylinder um eine senkrecht zur Kolbenlängsachse liegenden Achse beweglich angeordneten Halterung vorgesehen sind.

12. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g-ekennzeichnet, daß die Mittel zur Übertragung der Drehbewegung auf den Kolben (133) Vorsprünge (171,172) aufweisen, die an einem am Kolben (133) befestigten Endstück (164) in Richtung der Kolbenlängsachse verlaufend und radial im Abstand voneinander liegend angeoönet sind, sowie eine Antriebswelle (168) und von dieser Welle mitgenommene Teile, die mit den Vorsfirüngen im Eingriff stehen, um die Kolbenwelle im gleichen Sinn wie die Antriebswelle (168) anzutreiben, wobei jedoch die Kolbenwelle (133) in

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bezug auf die Antriebswelle (168) axial beweglich ist.

Ij5. Kolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (171,172) auf jeder Seite der Kolbenstange (135) in gleichem Abstand voneinander liegend angeordnet sind,, und daß die von der Antriebswelle mitgenommenen Teile auf jeden Vorsprung jeweils die gleiche Kraft übertragen.

14. Kolbenmaschine nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Antriebswelle (I68) antriebsmäßig verbundenen Teile aus einem Winkelhebel (I89) sowie einem gelenkig mit einem Arm des Winkelhebels verbundenen ersten Hebel (192) besteht, der sich an einem Ende de» zugeordneten Vorsprungs abstützt, und aus einem zweiten gelenkig mit einem zweiten Arm des Winkelhebels (I89) verbundenen Hebel (195)» der sich an einem Ende des zugeordneten Vorsprunges abstützt, wobei die Hebel mit ihren von den Vorsprüngen abgewandten Enden sich gegeneinander abstützen, und daß der Vektor vom Drehpunkt jedes Hebels (192,195) zum Auflagepunkt an dem jeweils zugeordneten Vorsprung gleich dem Vektor von diesem Gelenkpunkt zu dem Auflagepunkt des anderen Hebels ist.

15. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Zylinder koaxial zueinander angeordnet sind, und daß alle Zylinder von einer einzigen Kolbenstange durchsetzt sind, die zwei oder mehr Kolben trägt, von denen jeweils einer in einem Zylinder vorgesehen ist.

16. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder an jedem Ende ein Endstück (16^,164) aufweist, in dem

ein Lager in axialer Richtung freibeweglich angeordnet ist, in dem die Kolbenstange drehbar gelagert ist.

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17. Kolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder an jedem Ende eine Stirnplatte aufweist sowie drei in gleichen Winkelabständen zueinander liegende Mitnehmer, die an jeweils einer in axialer Richtung außen liegenden Fläche jeder Stirnplatte angeordnet sind, und daß die Kolbenstange in zwei im Abstand voneinander liegenden Lagern drehbar gelagert ist, von denen jedes von den jeweils zugeordneten Mitnehmern abgestützt wird, so daß die Lager relativ zu den Mitnehmern axial beweglich sind.

18. Kolbenmaschine nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Zylinder eine mehrstufige Maschine bilden, und das Medium über mindestens eine Verbindungsleitung vom Zylinder der einen Stufe zum Zylinder der nachfolgenden Stufe strömt.

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