DE9303680U1

DE9303680U1 - Zwei- oder mehrstufiger Kompressor

Info

Publication number: DE9303680U1
Application number: DE9303680U
Authority: DE
Original assignee: Elcon Elektrotechnik 8150 Holzkirchen De GmbH
Current assignee: Elcon Elektrotechnik 8150 Holzkirchen De GmbH
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2003-03-13

Description

Zwei- oder mehrstufiger Kompressor

Die Erfindung betrifft einen zwei- oder mehrstufigen Kompressor mit einem ersten und zweiten Zylinder, in denen sich ein erster bzw. zweiter Kolben bewegt, die durch einen Antrieb, z.B. ein Kurbeltriebwerk, angetrieben werden. Über ein Einlaßventil wird dem ersten Zylinder das zu komprimierende Gas zugeführt. Ein Überleitungsventil leitet das im ersten Zylinder vorkomprimierte Gas in den zweiten Zylinder. Das komprimierte Gas wird durch ein Auslaßventil aus dem zweiten Zylinder abgeleitet.

Herkömmliche Kompressoren dieser Bauart sind auf hohe Leistung ausgelegt. Die durch die Gaskomprimierung entwickkelte Wärme wird durch Kühlrippen an der Außenwand der Zylinder abgeleitet. Derartige Kompressoren haben daher ein hohes Gewicht und sind sehr laut. Sie werden z.B. in Tauch-Stationen an Urlaubszentren eingesetzt, um die Preßluftflaschen von Tauchern zu füllen. Die Preßluftflaschen werden mit einem Druck von etwa 200 bar gefüllt, wobei sie sich sehr stark erwärmen. Beim Abkühlen sinkt der Druck. Zum Füllen der Preßluftflaschen müssen die Freizeittaucher dabei im allgemeinen täglich zu der Tauchstation zurückkehren.

München - Bogenhausen Posdiinyerstraße 6

Telefon:

+ 49-89-99 89 04-0 + 49-89-98 32 22

TeIo-: 5 23 992 (alvtz d)

Telefax (Il & 111 - automat.):
+ 49-89-98 40 37

Telegramm: Chemindus München

Es wäre zwar möglich, herkömmliche Kompressoren mit geringerer Leistung anzutreiben, wobei dann auch keine so hohen Temperaturen entstehen würden. Es treten dann jedoch Dichtungsprobleme auf, da die üblicherweise verwendeten Kolbenringe bei niedriger Drehzahl zu deutlichen Druckverlusten führen. Die Kolbenringe erfordern außerdem eine Ölschmierung. Für manche Anwendungsfälle führt die Ölschmierung zu Schwierigkeiten, da ein Teil des Schmieröls in das komprimierte Gas gelangt. Handelt es sich bei dem zu komprimierenden Gas um Umgebungsluft, so entsteht dadurch ein Kondensat (Wasser-Öl-Gemisch), das durch geeignete Maßnahmen (Abscheider, Filterpatrone) entfernt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor zu schaffen, der ein niedriges Gewicht und eine niedrige Leistungsaufnahme hat, keine Ölschmierung der Kolben erfordert und dennoch einen hohen Kompressionsdruck erreicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der erste oder zweite Zylinder axial fluchtend angeordnet und durch eine Kolbenstange starr verbunden sind.

Durch die starre Verbindung der Kolben sind diese gegen ein Verkanten und Kippen gesichert, so daß die Abdichtung nicht durch Kolbenringe erfolgen muß, sondern auch durch Kunststoff-Dichtungsringe erfolgen kann, so daß sich eine Ölschmierung der Kolben innerhalb der Zylinder erübrigt. Die 0 Schubstange des Kurbeltriebwerks ist dabei zweckmäßig an der Kolbenstange angelenkt.

Vorzugsweise ist am Umfang mindestens eines der Kolben ein Dichtungsring schwimmend gelagert, der den Kolben gegen die Innenwand des Zylinders abdichtet. Durch die schwimmende Lagerung des Dichtungsringes können Fluchtungstoleranzen zwischen den Zylindern bis zu einigen Zehntelmillimeter

ausgeglichen werden.

Vorzugsweise ist der Dichtungsring eine Nutringmanschette, die in einer durch eine Durchmesserreduzierung gebildeten Stufe am inneren Ende des Kolbens sitzt. Die Nutringmanschette kann z.B. aus graphitgefülltem Polytetrafluorethylen hergestellt sein.

Da die Nutringmanschette nur eine sehr geringe Elastizität aufweist, sitzt vorzugsweise in axialer Richtung hinter der Nutringmanschette ein O-Ring, der in einer Ringnut der radialen Stufenfläche sitzt.

Vorzugsweise weist die Kolbenstange einen Kanal auf, der das Innere der Zylinder verbindet und in dem ein Überleitungsventil angeordnet ist. Zur Verringerung des Schadraumes ist das Überleitungsventil dabei möglichst nahe am zweiten, kleineren Zylinder angeordnet.

Vorzugsweise ist die Kolbenstange mit einem Führungsbügel verbunden, der linear und achsparallel zu den Zylindern geführt ist. Die Führung kann durch seitlich neben den Zylindern liegenden Führungsstangen erfolgen.

Wegen der geringen Leistung, mit der der erfindungsgemäße Kompressor im allgemeinen betrieben wird, ist neben der guten Abdichtung der Kolben innerhalb der Zylinder auch eine möglichst verlustfreie Arbeitsweise der verschiedenen Ventile anzustreben. Bei dem Einlaßventil, dem Überleitungsventil und dem Auslaßventil handelt es sich um Rückschlagventile. Wie üblich wird zum Schließen des Ventils die Stirnfläche eines Ventilkörpers gegen einen Ventilsitz gedrückt. Damit die Ventile entgegen der Durchlaßrichtung möglichst vollständig sperren, ist in einer Ringnut der Stirnfläche oder des Ventilsitzes vorzugsweise ein O-Ring aus elastischem Material angeordnet.

Als Antrieb des erfindungsgemäßen Kompressors kann ein Elektromotor von z.B. 250 Watt Leistung dienen, der über ein Reduziergetriebe und ein Kurbeltriebwerk auf die Kolbenstange wirkt. Die Leistung von 250 Watt ist ausreichend um z.B. innerhalb von 10 Stunden zwei Taucher-Preßluftflaschen von je 101 mit einem Druck von 225 bar zu füllen. Der erste Zylinder hat dabei ein Volumen von etwa 500 cm³ und der zweite Zylinder ein Volumen von 30 cm³.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen zweistufigen Kompressor in einer Ansicht von oben, wobei der Antrieb für die Kolben weggelassen ist,

Fig. 2 den Kompressor nach Fig. 1 von der Seite einschließlich des Antriebs für die Kolben, wobei der Führungsbügel weggelassen ist, 20

Fig. 3 die Abdichtung der Kolben gegen die Zylinderinnenfläche und

Fig. 4 ein Rückschlagventil, wie es für das Einlaßventil, das Überleitungsventil und Auslaßventil verwendet

werden kann.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellt zweistufige Kompressor weist einen ersten Zylinder 1 auf, in dem sich ein erster Kolben 3 bewegt, sowie einen zweiten Zylinder 2, der wesentlich kleiner als der erste Zylinder 1 ist und in dem sich ein zweiter Kolben 4 bewegt. Der erste Zylinder 1 und der zweite Zylinder 2 sind axial fluchtend mit der offenen Seite einander zugewandt angeordnet. Der erste Kolben 3 und der zweite Kolben 4 sind durch eine Kolbenstange 5 starr miteinander verbunden, so daß sich der erste Kolben 3 in den ersten Zylinder 1 hineinbewegt, wenn sich der zweite Kolben

4 aus dem zweiten Zylinder 2 herausbewegt und umgekehrt. In dem Kopf des ersten Zylinders 1 befindet sich ein Einlaßventil 6, das als Rückschlagventil wirkt, so daß durch das Einlaßventil 6 das zu komprimierende Gas nur in den ersten Zylinder 1 eintreten kann. Die Kolbenstange 5 weist einen durchgehenden Kanal 9 auf, der das Innere des ersten Zylinders 1 mit dem Inneren des zweiten Zylinders 2 verbindet. Nahe dem zweiten, kleineren Zylinder 2 befindet sich in dem Kanal 9 ein ebenfalls als Rückschlagventil wirkendes Überleitungsventil 7, das nur in Richtung vom ersten Zylinder 1 zum zweiten Zylinder 2 durchlässig ist. Durch ein wiederum als Rückschlagventil wirkendes Auslaßventil 8 im Kopf des zweiten Zylinders 2 wird das komprimierte Gas abgeleitet und z.B. in eine Taucher-Preßluftflasche gedrückt.

Der Antrieb erfolgt über einen Elektromotor 20, ein Reduziergetriebe 21 und ein Kurbeltriebwerk 22 (Fig. 2). Das Kurbeltriebwerk 22 weist eine Kurbel 23 und ein Schubstange 24 auf, die mit ihrem einen Ende an der Kurbel 23 und mit ihrem anderen Ende an der Kolbenstange 5 angelenkt ist, so daß sich die Kolben 3 und 4 synchron hin- und hergehend bewegen.

Bewegt sich der erste Kolben 3 aus dem ersten Zylinder 1 heraus (in Fig. 1 nach rechts), so wird über das Einlaßventil 6 das zu komprimierende Gas angesaugt oder eingelassen. Bei der anschließenden Einwärtsbewegung des ersten Kolbens 3 wird das Gas in dem ersten Zylinder 1 komprimiert 0 und über den Verbindungskanal 9 in der Kolbenstange 5 und das darin angeordnete Überleitungsventil 7 in das Innere des zweiten Zylinders 2 gedrückt. Während der Einwärtsbewegung des ersten Kolbens 3 bewegt sich der zweite Kolben 4 auswärts. Der erste Kolben 3 führt dann wieder eine Auswärtsbewegung aus und saugt weiteres zu komprimierendes Gas an, während das Gas in dem zweiten Zylinder 2 durch die jetzt stattfindende Einwärtsbewegung des zweiten Kolbens 3

komprimiert und über das Auslaßventil 8 in einen Druckgasvorratsbehälter 25 gedrückt wird, bei dem es sich z.B. um eine Preßluftflasche handeln kann. Ein Rückströmen des komprimierten Gases aus dem zweiten Zylinder 2 in den ersten Zylinder 1 wird durch das Überleitungsventil 7 verhindert.

Damit der Kompressor auch bei niedriger Drehzahl und geringer Leistung möglichst verlustfrei arbeitet, ist eine gute Abdichtung der Kolben 3, 4 innerhalb der Zylinder 1, wichtig. Gemäß Fig. 3 sind die Kolben 3 und 4 am vorderen Ende abgestuft, wobei die Stufe 30 eine radial verlaufende Stufenfläche 31 und eine axial verlaufende Stufenfläche 32 aufweist. In der Stufe 30 liegt eine Nutringmanschette 33 als Dichtungsring. Die Nutringmanschette 3 3 endet vorne in zwei sich mit geringem Winkel öffnenden Lippen 34, 35, wobei die äußere Lippe 34 geringfügig gegen die Innenfläche des Zylinders 1, 2 drückt. Die Nutringmanschette 33 hat nur eine geringe Elastizität und ist schwimmend gelagert, d.h. die Innenseite der Nutringmanschette 3 3 liegt nicht an der axialen Stufenfläche 32 der Stufe 30 an. Zwischen der axialen Stufenfläche 32 und der Nutringmanschette 33 ist ein Spiel von etwa 0,5 mm vorhanden. Um ein Herausfallen der Nutringmanschette 3 3 aus der Stufe 3 0 zu verhindern, wenn sich der Kolben 3, 4 auswärtsbewegt, kann die axiale Stufenfläche 32 hinterschnitten sein. Die Abdichtung erfolgt dadurch, daß die äußere Lippe 34 der Nutringmanschette 33 an der Zylinderinnenwand anliegt und das hintere Ende der Nutringmanschette 33 an der radialen Stufenfläche 31 anliegt. Die Abdichtung läßt sich nur dadurch verbessern und zugleich kann der Verschleiß der Nutringmanschette 33 dadurch verringert werden, daß in der radialen Stufenfläche 31 ein O-Ring 36 in einer umlaufenden Rille 37 eingesetzt ist, so daß das hintere Ende der Nutringmanschette 33 nicht an der radialen Stufenfläche 31 aufsitzt, sondern gegen den O-Ring 36 drückt. Der O-Ring 36 hat eine größere Elastizität als die Nutringmanschette 33, so daß auch an dieser Stelle eine äußerst wirkungsvolle Abdichtung erzielt wird.

Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Rückschlagventils, das als Einlaßventil 6, Überleitungsventil 7 und Auslaßventil 8 einsetzbar ist. Das Rückschlagventil weist in einem Ventilgehäuse 39 einen sich in axialer Richtung bewegenden Ventilkörper 40 auf, der gegen einen Ventilsitz 41 abdichtet. An seinem dem Ventilsitz 41 zugewandten Ende weist der Ventilkörper 40 eine stufenförmige Durchmesserreduzierung auf, die einen O-Ring 43 trägt. Im geschlossenen Zustand des Rückschlagventils liegt der O-Ring 43 an dem Ventilsitz 41 an und sorgt durch seine Elastizität für eine gute Abdichtung. Durch eine gegen die Rückseite des Ventilkörpers 40 wirkende Feder 44 wird der Ventilkörper 40 geringfügig gegen den Ventilsitz 41 vorgespannt. Die Feder 44 kann in einer Sackbohrung in der Rückseite des Ventilkörpers 40 sitzen und an dem dem Ventilsitz 41 gegenüberliegenden Ende des Ventilgehäuses 39 abstützen. Um ein Vorbeiströmen des Gases an dem Ventilkörper 4 0 zu ermöglichen, weist dieser auf seinem Umfang axial durchgehende Abflachungen oder Rillen auf. Diese sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Um die Kolben 3, 4 möglichst verschleißfrei in den Zylindern 1, 2 zu führen, ist die Kolbenstange 5 an einem H-förmigen Führungsbügel 50 befestigt. Der Führungsbügel 50 besteht gemäß Fig. 1 aus zwei seitlichen Führungsschlitten 51, die jeweils auf einer Führungsstange 52 gleiten. Die Führungsstangen 52 sind zu beiden Seiten der Zylinder 1, 2, in gleichem Abstand von ihnen und achsparallel zu ihnen angeordnet. Die Führungsschlitten 51 können durch Gleitringe 0 auf den Führungsstangen 52 gelagert sein. Vorzugsweise erfolgt die Lagerung durch Linearkugellager, damit die Reibung möglichst gering ist und keine Schmierung erforderlich ist. Die beiden Führungsschlitten 51 sind in der Mitte durch einen Steg 53 verbunden, in dessen Mitte wiederum die Kolbenstange 5 befestigt ist. Durch diese sehr aufwendige Führung ist es möglich, die Kolben 3, 4 innerhalb der Zylinder 1, 2 praktisch berührungsfrei zu führen. Für die

notwendige Abdichtung sorgt dabei die Nutringinanschette 33. Die zulässige Fertigungstoleranz der Kolben 3, 4 gegenüber der Innenseite der Zylinder 1, 2 liegt etwa bei 0,2 mm.

Claims

Schutzansprüche

1. Zwei- oder mehrstufiger Kompressor

mit einem ersten Zylinder (1), in dem sich ein erster Kolben (3) bewegt,

mit einem zweiten, kleineren Zylinder (2), in dem sich ein zweiter Kolben (4) bewegt,

mit einem Antrieb für die beiden Kolben (3, 4), mit einem Einlaßventil (6) zur Zuführung des zu komprimierenden Gases in den ersten Zylinder (1),

mit einem Überleitungsventil (7) zu Überleiten des Gases aus dem ersten Zylinder (1) in den zweiten Zylinder (2) und

mit einem Auslaßventil (8) zum Ableiten des komprimierten Gases aus dem zweiten Zylinder (2), dadurch gekennzeichnet,

daß der erste und der zweite Zylinder (1, 2) axial fluchtend angeordnet sind und

daß der erste und zweite Kolben (3, 4) durch eine Kolbenstange (5) starr verbunden sind.

2. Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Dichtungsring (33) , der am Umfang zumindestest eines der Kolben (3, 4) schwimmend gelagert ist und den Kolben (3, 4) gegen die Innenwand des Zylinders (1 bzw. 2) abdichtet.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring eine Nutringmanschette (33) ist, die in einer Stufe (30) am innerer Ende des Kolbens (3, 4) sitzt.

4. Kompressor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (33) durch den Gasdruck im

Zylinder (1, 2) gegen einen in axialer Richtung hinter ihm liegenden O-Ring (36) gedrückt wird.

5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (5) einen das Innere der Zylinder (1, 2) verbindenden Kanal (9) aufweist und das Überleitungsventil (7) in diesem Kanal (9) angeordnet ist.

6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (5) mit einem Führungsbügel (50) verbunden ist, der linear und achsparallel zu den Zylindern (1, 2) geführt ist.

7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (6), das Überleitungsventil (7) und/oder das Auslaßventil (8) einen Ventilkörper (40) mit einer Stirnfläche aufweisen, die beim Schließen des Ventils gegen einen Ventilsitz (41) drückt, wobei ein 0-Ring (43) in die Stirnfläche des Ventilkörpers (40) oder in den Ventilsitz (41) eingelassen ist.