DE638340C - Elektromagnetisch betriebener Verdichter - Google Patents

Elektromagnetisch betriebener Verdichter

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DE638340C DES116903D DES0116903D DE638340C DE 638340 C DE638340 C DE 638340C DE S116903 D DES116903 D DE S116903D DE S0116903 D DES0116903 D DE S0116903D DE 638340 C DE638340 C DE 638340C
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Description

  • Elektromagnetisch betriebener Verdichter Die Erfindung betrifft und verbessert jene Gattung elektromagnetisch betriebener Verdichter oder gleichartiger Vakuumpumpen, bei der das Verdichterorgan mit dem Anker eines wechselstromgespeisten Elektromagneten ein gefedertes, genau oder angenähert auf Resonanz mit dem schwingungserzeugenden magnetischen Wechselfeld abgestimmtes Schwingsystem bildet und der Druckhub während der Entspannung eines federnden Gliedes erfolgt. Diese Verdichter hatten bisher den Nachteil, daß der gewünschte Resonanzzustand nur bei Förderung auf einen bestimmten Enddruck auftritt und die Schwingleistung schon bei geringen Abweichungen von diesem günstigsten Druck erheblich abnimmt, was vor allem dem resonanzstörenden Einfluß des der Krümmung der Verdichtungslinie entsprechenden Druckanstieges des`Arbeitsmediums zuzuschreiben ist, der bei der bisher üblichen Verwendung eines einem linearen Federgesetz folgenden federnden Gliedes zu voller Geltung kommt.
  • Verwendet man aber gemäß der Erfindung ein federndes Glied, das einem passend gewählten nichtlinearen Federgesetz folgt, so ist es möglich, diesen resonanzstörenden Einfluß annähernd auszugleichen und einen Schwingungszustand herbeizuführen, der sich auch bei veränderlichem Enddruck dem Idealzustand har= monischer Schwingungen mehr nähert als der Schwingungszustand, der bei Verwendung von Federn mit linearem Federgesetz zustande kommt. Die Erfindung ergibt also einen günstigeren Schwingungscharakter und erweitert außerdem jenen Bereich der Enddrücke, innerhalb dessen die Resonanz des Schwingsystems erhalten bleibt; d. h. jenen Leistungsbereich, in dem ein günstiger Betriebszustand herrscht. .
  • Um den Vorteil eines richtig gewählten nichtlinearen Federgesetzes besser verständlich zu machen, sei auf die Diagramme der Abb.5 und 6 Bezug genommen, in welchen die Ordinaten die auf das Schwingsystem einwirkenden elastischen Kräfte und die Abszissen die Schwingungswege des Förderorgans darstellen, wobei die zum Punkt A gehörige Abszisse der bei Verdichtungsbeginn erreichten äußersten Lage des Förderorgans entspricht. Der Linienzug A-B-C D deutet das Druckdiagramm des Verdichters an.
  • Während der Entspannung der Schwingfeder, also während des Druckhubes des Förderorgans, wirken auf das Schwingsystem (wenn von magnetischen Kräften abgesehen wird) die Federkraft f (Ordinaten der Linie F) und der ihr entgegenwirkende Druck p des Arbeitsmediums (Luftdruck), dessen Größe den Ordinaten der Verdichtungslinie A-B-C des Druckdiagramms entspricht und daher der Krümmung dieser Linie folgt (die Kurve ist zwischen A und B adiabatisch, weicht aber zwischen B 'und C wegen Ausströmens von Luft durch die. Druckventile von der Adiabate ab). Die algebraische Summe der Kräfte f und P ergibt die resultierende Kraft h (Ordinaten der Linie H). Die Linie H, die den Zusammenhang zwischen rücktreibender Kraft h und Schwingungsweg angibt, ist für den Schwingungscharakter maßgebend.
  • Wird nun, wie dies bisher üblich war und in Abb. 5 dargestellt ist, eine Schwingfeder verwendet, die einem linearen Federgesetz folgt, ist also F eine Gerade, so ist H eine krumme Liriie, 'da in der Summe h = f -E- P zu dem linearen Glied f das Glied P hinzutritt, dessen Größenänderungen dem gekrümmtenVerlaufder Verdichtungslinie A-B-C entsprechen. Es liegt daher nicht der stets anzustrebende harmonische Schwingungsfall vor.
  • Verwendet man dagegen im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Schwingfeder mit nichtlinearem Federgesetz, so kann man dem harmonischen Schwingungszustand viel näherkommen, indem man das Federgesetz F so wählt, daß sich die Linie H dem geradlinigen Verlauf möglichst nähert, jedenfalls mehr als dies bei einem linearen Federgesetz der Fall ist. Der theoretisch günstigste Fall ist in Abb. 6 dargestellt, wo H eine Gerade ist und das hierzu erforderliche nichtlineare Federgesetz F aus der Beziehung f = lt - p ermittelt wurde. In der Praxis wird man trachten, die Schwingfeder so auszubilden und zu bemessen, daß ihr Federgesetz sich zumindest einem Teil dieser Linie F möglichst anschmiegt, natürlich unter Berücksichtigung der zu beobachtenden konstruktiven und technologischen Bedingungen, die die Grenze der zulässigen Annäherung an den theoretischen Idealfall jeweils bestimmen werden.
  • Fördert der Verdichter auf verschiedene Enddrücke, so wird bei jedem dieser Enddrücke die Verdichtungslinie und daher auch die Linie H der resultierenden Schwingkraft anders verlaufen. Es ergibt sich. so statt einer Linie H eine Kurvenschar, die das Verhalten des Schwingsystems kennzeichnet. Im Falle der Abb. 6 (nichtlineares Federgesetz) verläuft nun diese Kurvenschar bedeutend günstiger als im Falle der Abb. 5 (lineares Federgesetz), weil im 'ersten Fall (Abb. 6) die mittlere Neigung der Kurven H, welche die Schwingungsfrequenz bestimmt, bei einer Veränderung des -Gegenenddruckes viel geringere .Änderungen erleidet. Das bedeutet, daß ein passend gewähltes .nichtlineares Federgesetz den Druckbereich erweitert, in welchem der Resonanzzustand mit genügender'Annäherung besteht.
  • Als Schwingfedern, die einem nichtlinearen Federgesetz folgen, empfiehlt es sich, Kegelfedern zu .verwenden, die so ausgeführt sind, daß sich die unteren Windungen bei Belastung allmählich auf die Federstützfläche auflegen, wodurch die Zahl der wirksamen Windungen vermindert und die Kraftzunahme je Einsenkungseinheit erhöht wird. Es sei bemerkt, daß man kegelförmige ' Federn bereits bei andersgearbeiteten elektromagnetischen Verdichterantrieben-vorgesehen hat, bei denen sie jedoch weder -die Aufgabe hatten noch in der Lage waren, zur Aufrechterhaltung eines Resonanzzustandes des Schwingsystems und zur Verringerung des resonanzstörenden Einflusses der Verdichtungslinie des Druckdiagramms zu dienen.
  • Statt einer Kegelfeder kann man auch einen passend geformten Gummiblock verwenden, wie überhaupt jedes federnde Glied, das sich für die Zwecke der Erfindung eignet.
  • Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verdichters, und zwar Abb. x im wesentlichen einen Längsschnitt und Abb. 2 den Grundriß ; Abb. 3 zeigt die abgeänderte Ausbildung des federnden Gliedes; Abb. 4 ist ein Diagramm zur Darstellung von Leistungskennlinien.
  • Im Ausführungsbeispiel der Zeichnung ist i der Elektromagnet, dessen Wicklung 2 vom Netzwechselstrom durchflossen wird und dadurch auf den Anker 3 eine ihrer Intensität nach periodisch sich ändernde Anziehungskraft ausübt. Der Elektromagnet = besitzt einen möglichst geschlossenen Eisenkreis, um bei geringstem Gewicht und Raumbedarf eine möglichst große elektromagnetische Leistung zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grunde ist auch die Zahl und Größe der den Eisenkreis unterbrechenden Luftspalte 4, 4', 4" auf ein Mindestmaß beschränkt, wozu auch die zur Schwingungsrichtung des Ankers 3 schräge Lage der Luftspalte 4' und 4" beiträgt.
  • Im Anker 3 ist das untere Ende .der gabelförmigen, aus plattenförmigem Material zusammengesetzten Kolbenstange 5 befestigt, welche an ihrem oberen Ende die gewölbte Unterplatte 6 des Kolbens trägt. Mit dieser Platte 6 ist der aus Gummi hergestellte Kolbenkörper 7 durch den einvulkanisierten Ring 8 und die Klauen g verbunden. Der Randteil 7d des Kolbenkörpers 7 hat eine geringere Stärke, so daß er membranartig wirkt, und ist zusammen mit den übrigen Teilen des Verdichters .in einem Ring io eingespannt, der von den Streben ii des Verdichtergestells getragen wird. Die bisher beschriebenen Teile des schwingenden Systems, nämlich der Anker 3, der Kolben 7 und die Kolbenstange 5, sollen, um die Trägheitswiderstände möglichst herabzusetzen, so leicht wie möglich sein, was auch bei ihrer .Formgebung zu berücksichtigen ist.
  • Die Unterplatte 6 des Arbeitskolbens 7 ist durch einen Gummiklotz 13, der auf dem die Streben ii verbindenden Querhaupt 12 aufgesetzt ist, gegen den ruhenden Teil der Maschine abgefedert. Dieser Gummiklotz 13 ist ein federnder, blockartiger Körper aus elastischem Material, der durch geeignete Formgebung auf -die gewünschte Frequenz abgestimmt werden kann und eine nichtlineare Charakteristik besitzt, deren Verlauf gleichfalls durch richtige Formgebung beeinflußt werden kann. Statt des elastischen Körpers 13 kann eine kegelförmige Feder 13a als Stütze oder Tragfeder des schwingenden Systems verwendet werden, wie dies Abb.3 andeutet. Bei der Ausbildung der Federung des schwingenden Kolbens ist auch darauf zu achten, daß die Feder ein möglichst geringes Gewicht besitzt. Um im Laufe des Betriebes stattfindende Veränderungen der Vorspannung der Federung 13 bzw. 13a und damit Veränderungen ihrer Eigenfrequenz oder Charakteristik zu beseitigen oder auch um eine genaue Justierung der Federvorspannung zu ermöglichen, ist das Querhaupt 12 mittels Schrauben 14 auf den Streben il verstellbar. Unerwünschte Lagenänderungen des Gummikörpers 13 werden durch die zentrierenden Dorne 15 und 15' verhindert.
  • Der Arbeitskolben 7 schließt mit dem ihm gegenüberliegenden, gleichfalls im Ring io eingespannten Gehäusedeckel 16 den Arbeitsraum 17 des Verdichters ein. Im Deckel 16 sind das Saug- und das Druckventil des Verdichters angeordnet, so daß der schwingende Membrankolben 7 keine Ventilbestandteile enthält, die seine Masse vergrößern. Die Verwendung eines selbsttätig arbeitenden Saugventils verlangt aber, daß dessen bewegliche Teile so ausgeführt werden, daß sie dein schnellen Arbeitsrhythmus des erfindungsgemäßen Verdichters folgen können. Es empfiehlt sich daher, die Saugventilklappe - und das gleiche gilt auch für die Druckventilklappe - möglichst leicht im Gewicht auszubilden und ihr eine solche Form zu geben, daß sie sich mit der Frequenz der Kolbenschwingung oder mit einer noch höheren Frequenz öffnen und schließen kann. Im Ausführungsbeispiel der Zeichnung wird dies durch eine in der Mitte linsenförmig verdickte Saugventilklappe 18 aus Gummi erreicht, deren Randteil die im Deckel 16 angeordneten Saugöffnungen 19 bedeckt. Die Saugventilklappe 18 wird im Deckel 16 durch eine die erforderliche Vorspannung der Klappe sichernde Schraube 2o festgehalten. Das Druckventil 21 ist als ringförmige Membran ausgebildet, die öffnungen 22 besitzt, welche gegenüber entsprechenden Öffnungen 23 des Deckels 16 versetzt angeordnet sind.
  • Der Gehäusedeckel 16 ist so geformt, daß bei eingesetzter Saugventilklappe 18 der schädliche Raum, falls der Hub des Membrankolbens genügend groß ist, auf ein Minimum verringert wird. Es kann bei einer solchen Ausbildung des Arbeitsraumes durch entsprechende Abstimmung der- Eigenfrequenz .des schwingenden Systems auf die Frequenz der magnetischen Kraft und durch richtige Bemessung der hubbegrenzenden Gegenkräfte ein Hubraum des Verdichterorgans eingestellt werden, der den Arbeitsraum fast ganz ausfüllt. Oberhalb des Deckels 16 befinden sich der Saugraum 27 mit dem Saugstutzen 24 und der Druckraum 25 mit dem Druckstutzen 26. Die diese Räume begrenzenden Hauben 28 und 29 sind am Deckel 16 bzw. am Ring io befestigt und können durch Lösen der Schrauben 30 mitsamt dem Deckel 16 leicht abgehoben werden. Der Elektromagnet 1 und die Streben 11 stehen auf Füßen 31 und 32, die aus einem geräusch- und stoßdämpfenden Material bestehen.
  • Das nichtlineare Verhalten der Kolbenfederung verbessert nicht nur den Charakter der Schwingungen, sondern trägt auch dazu bei, daß im allgemeinen die Größe des Membrankolbenhtibes von der Größe der Arbeitsleistung des Verdichters wenig beeinflußt wird, da die eingestellte Resonanz in den verschiedenen Betriebszuständen des Verdichters gewahrt bleibt.
  • Dies läßt sich deutlich aus Abb. q. erkennen, in welcher die Ordinaten die geförderte Luftmenge (in Liter pro Stunde), bezogen auf den Ansaugezustand, und die Abszissen den Endüberdruck (in Atm.) der verdichteten Luft angeben. Die gestrichelte Linie I veranschaulicht die Leistungscharakteristik, die sich in einem speziellen Fall bei einem Verdichter mit linearer Federcharakteristik ergab; nach Ersatz dieser Feder durch eine solche mit nichtlinearer Charakteristik erhielt man die durch die vollausgezogene Linie II dargestellte günstigere Kennlinie.
  • In Abb. i der Zeichnung ist die tiefste Lage des schwingenden Systems (Kolben und Anker) für normalen Betrieb eingezeichnet. Wird unter außergewöhnlichen Betriebsbedingungen die maximale Schwingungsamplitude überschritten, so verhindert das Anschlagen der unteren Ankerfläche 33 an die ihr gegenüberliegende Fläche 3¢ des Elektromagnetkernes bzw. das Anschlagen des Kolbenkörpers 7 an den Deckel 16 ein unzulässig großes Ausschwingen des Membrankolbens.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCIIE r. Elektromagnetisch betriebener Verdichter, dessen insbesondere als Membran oder Kolbenmembran ausgebildetes Förderorgan mit dem Anker eines durch Wechselstrom gespeisten Elektromagneten ein gefedertes Schwingsystem bildet, das genau oder angenähert auf Resonanz mit dem schwingungserzeugenden magnetischen Wechselfeld abgestimmt ist und dessen Druckhub während der Entspannung eines federnden Gliedes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß dieses federnde Glied einem nichtlinearen Federgesetz folgt, welches den resonanzstörenden EinfluB des der Krümmung der 'Verdichtungslinie des Arbeitsmediums entsprechenden Druckes auf die Schwingung annähernd ausgleicht. z. Elektromagnetisch betriebener Verdichter nach Anspruch x, gekennzeichnet durch die Verwendung einer kegelförmigen Feder oder eines Gummiblocks als federndes Glied.
DES116903D 1934-02-26 1935-01-24 Elektromagnetisch betriebener Verdichter Expired DE638340C (de)

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DE (1) DE638340C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE849706C (de) * 1940-04-09 1952-09-18 Teves Kg Alfred Schwingungsverdichter
DE916726C (de) * 1951-11-22 1954-08-16 George Szekely Luftkompressor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE849706C (de) * 1940-04-09 1952-09-18 Teves Kg Alfred Schwingungsverdichter
DE916726C (de) * 1951-11-22 1954-08-16 George Szekely Luftkompressor

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