EP3514380A1 - Verdichter und verfahren zum verdichten eines arbeitsmediums - Google Patents

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EP3514380A1
EP3514380A1 EP18152932.2A EP18152932A EP3514380A1 EP 3514380 A1 EP3514380 A1 EP 3514380A1 EP 18152932 A EP18152932 A EP 18152932A EP 3514380 A1 EP3514380 A1 EP 3514380A1
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EP
European Patent Office
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pressure
magazine
piston
pressure piston
pressure seal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18152932.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Adler
Georg Fahrthofer
Sarah Gruber
Christoph Nagl
Markus Rasch
Markus Stephan
Henning WILLIG
Rene HIMMELSTEIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAXIMATOR GmbH
Original Assignee
MAXIMATOR GmbH
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Filing date
Publication date
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    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/12—Kind or type gaseous, i.e. compressible

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a compressor according to the preamble of claim 9.
  • Such compressors are known in the prior art in various designs (see, for example, the US 4,104,008 A ).
  • the volume to be compressed must be sealed against the cylinder tube in a reciprocating compressor.
  • the seals ideally have negligible leakage. However, if leakage occurs due to wear or damage, it will be detected in the prior art and the replacement of the seal will be initiated. For this purpose, the operation of the compressor is stopped, which is optionally switched to a redundant compressor. Afterwards, a service technician is requested, who carries out the seal replacement on site. This service is usually unpredictable and causes additional journeys and times and thus high costs. Furthermore, the operator must count on downtimes or provide for a redundancy system. The latter, however, ensures higher acquisition costs.
  • the object of the invention is to alleviate or eliminate at least individual disadvantages of the prior art.
  • the invention is particularly aimed at making the replacement of the high-pressure seal easier, faster and more cost-effective.
  • the seal replacement can be considerably simplified. In many cases, no service technician is needed for the replacement of the seal.
  • the compressor may remain operational or operational.
  • at least one replacement high-pressure seal is arranged on the magazine. If the high-pressure seal can no longer ensure the sealing of the high-pressure piston due to wear or damage, the changing device is actuated such that the magazine is brought from the first operating position to the second operating position. In this case, the high-pressure seal is moved by a functional position sealing the high-pressure piston into a waiting position remote from the high-pressure piston.
  • the replacement high-pressure seal is moved from a holding position remote from the high-pressure piston into a functional position which adjoins the high-pressure piston, in which the high-pressure piston is sealed via the replacement high-pressure seal in the second cylinder.
  • the high-pressure piston is connected fixedly or detachably to the drive piston, so that the high-pressure piston is driven via the drive piston.
  • the drive piston and the high pressure piston are designed as pressure booster (pressure converter), wherein a lower pressure of the drive medium is converted into a higher pressure of the working medium. If all (replacement) high-pressure seals are worn, the magazine can be exchanged as a whole against a corresponding magazine with unused (replacement) high-pressure seals.
  • the magazine may have a corresponding access opening.
  • the exchange of magazines on site is quick and easy.
  • the calibration and the introduction of the (replacement) high-pressure seals must be advantageous not take place on the spot, but can be prepared.
  • the service inserts for the replacement of the seals can thus be planned.
  • directional indications such as “axial,” “radial,” refer to the center axis of the high pressure piston.
  • Various embodiments are provided for transferring the magazine from the first operating position to the second operating position.
  • the magazine is displaceable in the axial direction to allow the removal of the high pressure seal from the high pressure piston.
  • the second cylinder can be immobile in the axial direction.
  • the high pressure seal abuts the outer periphery of the high pressure piston to seal the reciprocating motion of the high pressure piston.
  • the magazine can be moved axially in one direction into the first intermediate position, in which the high-pressure seal, seen in the direction of the central axis of the high-pressure piston, is arranged outside the high-pressure piston.
  • the magazine is in the moved second intermediate position in which the center axes of the replacement high-pressure seal and the high pressure piston are arranged substantially collinear.
  • the magazine is axially displaced in the other direction to seal the replacement high pressure seal on the high pressure piston.
  • the high pressure piston can in turn be coupled to the drive piston to continue the compression of the working medium.
  • the high-pressure piston is immovably arranged when moving the drive piston and the high pressure piston away from each other with a magnetic element in the direction of the central axis.
  • the magazine In the first operating position, the high-pressure seal sits sealingly on the high-pressure piston.
  • the magazine In order to free the high-pressure seal from the high-pressure piston, the magazine can be displaced together with the second cylinder axially in the one direction to the first intermediate position in which the sealing contact between the high pressure piston and the high pressure seal is released.
  • the high pressure seal is pushed on the magazine in the first intermediate position beyond one end of the high pressure piston in the axial direction, so that the high pressure seal is arranged in the axial direction outside of the high pressure piston.
  • the magazine can be brought into the second intermediate position, with which the arrangement of the replacement high-pressure seal is prepared.
  • the magazine together with the second cylinder can be axially displaced in the other direction in order to arrange the replacement high-pressure seal on the magazine sealingly on the high-pressure piston.
  • the magazine and the second cylinder for the high-pressure piston when replacing the high-pressure seal can be arranged immovable.
  • the high-pressure piston can be pushed out of the high-pressure seal on the magazine so that the movement of the magazine into the second intermediate position is released.
  • a displacement of the high-pressure piston beyond the first or second end position may be provided.
  • this is made possible by the fact that the pressure in a pressure chamber on the side facing away from the high-pressure piston side of the drive piston is lowered in comparison to the first operating position. After replacement of the replacement high-pressure seal, the pressure in the pressure chamber can be increased again to the level of the first operating position, so that the movement of the drive piston in the second operating position is limited to the first and second end positions.
  • the pressure space is preferably formed between a first piston element of the drive piston and a second piston element of the drive piston.
  • the first and the second piston element can be connected to each other via a connecting element, in particular a connecting rod, with which a maximum distance between the first piston element and the second piston element in the first and second operating position and a minimum distance between the first and second piston element in the first intermediate position is provided.
  • the high-pressure seal is arranged in the first and second operating position during compression of the working medium in each case within the receptacle on the magazine.
  • the recording on the magazine in the first operating position is free of the high pressure seal.
  • the further intake is free of the replacement high-pressure seal. Accordingly, the high-pressure seal is in the first operating position in the axial direction seen outside the recording of the magazine.
  • the replacement high-pressure seal is seen in the axial direction outside the further recording of the magazine.
  • the high-pressure seal When replacing the high-pressure seal, the high-pressure seal can first be accommodated in the receptacle on the magazine before the magazine together with the replacement high-pressure seal is moved to the second intermediate position for replacement of the replacement high-pressure seal. Finally, the replacement high-pressure seal is pushed out of the further receptacle to arrange the replacement high-pressure seal in the second operating position.
  • one of the receptacles on the magazine is always empty in order to be able to pick up a worn high-pressure seal during the exchange process.
  • the high-pressure seal and the replacement high-pressure seal are preferably displaced together with the second cylinder.
  • the high-pressure seal and the replacement high-pressure seal each have substantially the same inner and outer diameter as the second cylinder respectively.
  • the high-pressure seal In the first operating position, the high-pressure seal is preferably arranged adjacent to an axial end region of the second cylinder.
  • the replacement high-pressure seal In the second operating position, however, the replacement high-pressure seal is arranged adjacent to the axial end region of the second cylinder.
  • the high-pressure seal viewed in the axial direction, is arranged between the second cylinder and a pressure part. The pressure part is displaceably mounted in the axial direction by means of the changing device.
  • the pressure part is axially displaced via the changing device in one direction, so that the high-pressure seal is displaced together with the second cylinder. Accordingly, the second cylinder is displaced in the other direction to push out the replacement high-pressure seal from the further recording.
  • the pressure part is taken along.
  • the displacement of the pressure part in one direction or the displacement of the second cylinder in the other direction is effected via the drive, for example a pneumatic drive, the changing device.
  • the magazine for transferring from the first intermediate position to the second intermediate position can be pivoted on the one hand about a substantially parallel to the central axis of the high-pressure piston pivot axis or on the other hand displaced substantially in the direction perpendicular to the central axis of the high-pressure piston.
  • a sensor device for detecting a leakage of the working medium is provided.
  • the sensor device may be formed according to the prior art. For example, a pressure increase in a normally pressureless leakage line can be detected in connection with the high pressure seal. Furthermore, a gas measurement in the leakage line can be made.
  • a control device is connected on the one hand to the sensor device and on the other hand to the exchange device in order to transfer the magazine from the first operating position into the second operating position upon detection of a leakage of the working medium.
  • the changing device for transferring the magazine from the first operating position to a first intermediate position is adapted to displace the magazine together with the high-pressure seal arranged in the receptacle substantially in the direction of the central axis of the high-pressure piston relative to the second cylinder.
  • a tensioning device for releasably coupling the high-pressure piston to the drive piston is preferably provided.
  • the high-pressure piston moves together with the drive piston.
  • the high-pressure piston is decoupled from the movement of the drive piston.
  • the drive piston and the high-pressure piston can be fixedly connected to each other.
  • the high-pressure piston is arranged in the first intermediate position of the magazine in the dissolved and spaced from the drive piston state. It is particularly preferred if, in the first intermediate position of the magazine, the high-pressure piston is arranged in the first end position and the drive piston is arranged in the second end position moved away therefrom. In this embodiment, the high-pressure piston and the drive piston in the first intermediate position are maximally remote from each other, so that sufficient space for exemption of the high-pressure seal is present.
  • a magnetic element for fixing the high pressure piston in the dissolved state of the drive piston in the first end position is preferably provided.
  • the changing device for transferring the magazine from the first operating position to a first intermediate position is adapted to displace the magazine together with the second cylinder substantially in the direction of the central axis of the high-pressure piston.
  • the changing device for transferring the magazine from the first operating position into a first intermediate position to displace the high-pressure piston substantially in the direction of the central axis of the high-pressure piston beyond the first or second end position is adapted to displace the second cylinder substantially in the direction of the central axis of the high-pressure piston to the high-pressure seal from a position arranged axially outside the receptacle in a position in the receptacle.
  • the changing device is preferably configured for transferring the magazine from the first intermediate position into a second intermediate position which arranges the replacement high-pressure seal substantially coaxially with the high-pressure piston. Accordingly, the center axes of the replacement high-pressure seal and high-pressure piston in the second intermediate position are aligned substantially collinear.
  • the replacement high-pressure seal is located in the second intermediate position, seen in the axial direction, outside the high-pressure piston.
  • the changing device for transferring the magazine from the second intermediate position to the second operating position is preferably adapted to move the magazine together with arranged in the receptacle replacement high-pressure seal substantially in the direction of the central axis of the high-pressure piston relative to the second cylinder ,
  • the changing device for transferring the magazine from the second intermediate position to the second operating position is preferably configured to move the magazine together with the second cylinder substantially in the direction of the center axis of the second cylinder To move high-pressure piston.
  • the changing device for transferring the magazine from the second intermediate position to the second operating position is preferably adapted to displace the high-pressure piston substantially in the direction of the central axis of the high-pressure piston back into the first or second end position.
  • the changing device for transferring the magazine from the second intermediate position to the second operating position is preferably adapted to displace the second cylinder substantially in the direction of the central axis of the high-pressure piston, around the replacement high-pressure seal from one to another Recording the magazine arranged to bring position in an axially arranged outside the recording position.
  • a gaseous working medium in particular molecular hydrogen, is compressed.
  • the drive piston is operated with a different, preferably gaseous drive medium, in particular air, from the working medium.
  • the changing device is arranged for pivoting the magazine about a pivot axis extending substantially parallel to the central axis of the high-pressure piston between the first intermediate position and the second intermediate position.
  • the magazine can be pivoted such that the replacement high-pressure seal is brought from a remote from the high-pressure piston standby position in a collinear with the high-pressure piston position.
  • the changing device for moving the magazine is substantially in the direction perpendicular to the central axis of the high-pressure piston between the first intermediate position and the second intermediate position set up.
  • the magazine is displaceable substantially in the radial direction to bring the replacement high-pressure seal from the standby position remote from the high-pressure piston into the position arranged coaxially with the high-pressure piston.
  • the high-pressure seal and the replacement high-pressure seal each have a housing in which at least one sealing element, in particular detachably, is arranged.
  • This design facilitates the arrangement of unused sealing elements in the magazine, as soon as the sealing elements of the high-pressure seal and replacement high-pressure seal are worn.
  • the sealing element is preferably formed circumferentially and extends over the full circumference of the high-pressure piston.
  • the high-pressure seal and the replacement high-pressure seal each have a first sealing element for sealing a high-pressure side and a second sealing element for sealing a low-pressure side.
  • the first sealing element is located on the side of the high-pressure piston
  • the second sealing element is located on the side of the drive or low-pressure piston.
  • the high-pressure seal and the replacement high-pressure seal each have a bearing element, in particular a guide band, a radial plain bearing or a recirculating ball bearing, for supporting the high-pressure piston.
  • the bearing element preferably extends over the full circumference of the high-pressure piston.
  • the magazine preferably has a plurality of replacement high-pressure seals, wherein preferably between 2 and 7 replacement high-pressure seals are provided.
  • the drive for transferring the magazine between the first operating position and the second operating position preferably has at least one in particular electric, hydraulic or pneumatic linear and / or rotary drive on.
  • the previously explained magazine with the changing device can be used with different compressor types.
  • a single-acting drive piston is provided.
  • a double-acting drive piston is provided.
  • the high-pressure piston and the other high-pressure piston can be operated in parallel or as stages.
  • the replacement of the other high-pressure seal and the replacement of the other replacement high-pressure seal can be carried out as in the above-described embodiments, so that can be dispensed with repetitions.
  • the Fig. 1 to 7 show a first embodiment of a compressor 1 for compressing a gaseous working medium, for example, molecular hydrogen.
  • the compressor 1 has a pressure booster with a drive piston 2, which within a first cylinder 3 between a first end position (see. Fig. 2 ) and a second end position (not shown) is moved back and forth.
  • a gaseous drive medium in particular compressed air, is used.
  • the drive piston 2 seals a first volume 4 of the first cylinder 3 by means of a seal 5 with respect to a second volume 6 of the first cylinder 3.
  • a high-pressure piston 7 compressing the working medium is provided, which is arranged within a second cylinder 8 between a first end position (cf. Fig.
  • the high-pressure piston 7 has a smaller piston area than the drive or low-pressure piston 2, so that a pressure transmission from the low-pressure side to the high-pressure side is achieved.
  • a releasable clamping device 9 is provided in the first embodiment. This tensioning device 9 is known per se, so that more detailed explanations can be dispensed with.
  • the high-pressure piston 7 may be fixedly connected to the drive piston 2 in order to transmit the movement of the drive piston 2 to the high-pressure piston 7.
  • the compressor 1 also has a magazine 10, which is equipped with a receptacle 11a for a high-pressure seal 11 and with at least one further receptacle 12a for a replacement high-pressure seal 12.
  • the high pressure seal 11 causes the sealing of the high pressure piston 7 in a first operating position during the compression of the working medium.
  • the replacement high pressure seal 12 causes the sealing of the high pressure piston 7 in a different second operating position of the magazine 10 during the compression of the working medium.
  • a changing device 13 for independent replacement of High-pressure seal 11 provided by the replacement high-pressure seal 11.
  • the changing device 13 has a (only in Fig. 1 schematically shown) drive 14, with which - as will be explained in detail below - the magazine 10 from the first operating position to the second operating position (and vice versa) can be moved.
  • a sensor device 15 is provided for detecting a leakage of the working medium.
  • the sensor device 15 is connected to a leakage line 16, on which emergent working medium (possibly also emerging drive medium) can be detected.
  • the sensor device 15 can have a pressure measuring element for detecting the gas pressure in the leakage line 16.
  • the sensor device 15 may be configured for qualitative or quantitative gas measurement.
  • the compressor 1 has an electronic control device 17, which is connected on the one hand to the sensor device 15 and on the other hand to the changing device 13.
  • the drive 14 of the changing device 13 is actuated by the control device 17 such that the magazine 10 is moved from the first operating position to the second operating position in order to arrange the replacement high-pressure seal 12 on the high-pressure piston 7 ,
  • the high pressure seal 11 and the replacement high pressure seal 12 each have a housing 18, in which at least one annular circumferential sealing element 19 is disposed reversibly detachable.
  • the high-pressure seal 11 and the replacement high-pressure seal 12 each have a first annular sealing element 19a for sealing a high-pressure side and a second annular sealing element 19b for sealing a low-pressure side of the compressor 1.
  • the magazine 10 may have a plurality of replacement high-pressure seals 12. In many cases, it is favorable if between 2 and 7 replacement high-pressure seals 12 are provided on the magazine 10.
  • the magazine 10 is displaceable on the one hand in the direction of a central axis 21 of the high pressure piston and on the other hand pivotable about a pivot axis parallel and spaced therefrom.
  • the drive 14 of the changing device 13 according to Fig. 1 to 7 a drive rod 14a, which can be displaced in the longitudinal direction and pivoted about its own longitudinal axis 14b.
  • Fig. 1 and Fig. 2 the magazine 1 is arranged in the first operating position, in which the high pressure piston 7 is sealed by the high pressure seal 11.
  • the high-pressure piston 7 is coupled via the tensioning device 9 to the drive piston 2, so that the high-pressure piston 7 and the drive piston 2 can move synchronously back and forth.
  • Fig. 1 shows drive piston 2 and high-pressure piston 7 each in a central position between the opposite dead centers.
  • Fig. 2 shows the drive piston 2 in the first end position and the high-pressure piston 7 in the first end position.
  • Fig. 3 the tensioning device 9 is in the released state before, wherein the high-pressure piston 7 is decoupled from the drive piston 2.
  • the high pressure piston 7 is in the first end position and the drive piston 2 is arranged in the second end position, so that a maximum distance in the axial direction between the high pressure piston 7 and the drive piston 2 is achieved.
  • a magnetic element can be provided which holds the high-pressure piston 7 in the first end position released by the drive piston 2.
  • a permanent magnet 22a or a magnetic coil 22b may be provided.
  • the magnetic coil 22b is arranged concentrically around the high-pressure piston 7 on the second cylinder 8.
  • the rest position of the high-pressure piston 7 can be achieved by a pressure difference between the first volume 4 of the first cylinder 3 and a high-pressure volume 23 of the second cylinder 8. This is achieved by the high-pressure volume 23 is relieved pressure, the first volume 4 remains pressurized. The resulting force presses the high-pressure piston 7 in the first end position.
  • the magazine 10 is arranged in a first intermediate position displaced axially towards the drive piston 2. Since the high pressure piston 7 and the drive piston 2 are arranged in opposite end positions, the high pressure seal 11 is located on the magazine 10 in the axial direction between the dissolved from the drive piston 2 end of the high pressure piston 7 and the drive piston 2.
  • the center axis 11a of the high pressure seal 11 is collinear to Center axis 21 of the high-pressure piston 7 is arranged.
  • the central axis 12a of the replacement high-pressure seal 12 is arranged parallel and in the radial direction at a distance from the central axis 21 of the high-pressure piston 7.
  • the magazine 10 is in a first intermediate position, in which the central axis 12a of the replacement high pressure seal 12 is arranged substantially collinear with the central axis 21 of the high pressure piston 7.
  • the central axis 11a of the high-pressure seal 11 is now arranged parallel and in the radial direction at a distance from the central axis 21 of the high-pressure piston 7.
  • the magazine 10 is pivoted starting from the first intermediate position about the pivot axis 14b (see arrow 24 in FIG Fig. 4 ).
  • the Swivel angle depends on the number and arrangement of the replacement high-pressure seals 12 on the magazine 10.
  • the replacement high-pressure seal 12 is pushed onto the high-pressure piston 7.
  • the magazine 10 starting from the first intermediate position (see. Fig. 5 ) in the axial direction away from the drive piston 2, until the replacement high-pressure seal 12 is seated on the high-pressure piston 7.
  • the magazine 10 together with the second cylinder 8 for the high pressure piston 7 from the first operating position (see. Fig. 8 ) away from the first cylinder 3 for the drive piston 2 in the first intermediate position (see. Fig. 9 ) postponed.
  • the clamping device 9 can be omitted for the releasable coupling between drive piston 2 and high-pressure piston 7.
  • this embodiment differs from that of the Fig. 1 to 7 in that the changing device 13 is arranged to move the magazine 10 in the direction perpendicular to the central axis 21 of the high-pressure piston 7, ie in the radial direction, from the first intermediate position to the second intermediate position (and vice versa).
  • the compressor 1 is arranged in the first operating position, in which the high pressure seal 11 on the magazine 10 causes the sealing of the high-pressure piston 7.
  • the central axis 11 a of the high pressure seal 11 coincides with the central axis 21 of the high pressure piston 21.
  • the replacement high-pressure seal 12 is arranged in a remote in the radial direction from the high pressure piston 7 waiting position.
  • the drive piston 2 is located in the end position shifted away from the magazine 10 (compare arrow 25a).
  • the magazine 10 is displaced together with the second cylinder 8 in the axial direction (compare arrows 25b), so that the magazine 10 reaches the first intermediate position.
  • the drive piston 2 and the high-pressure piston 7 are arranged in the end position shifted away from the magazine 10.
  • the high-pressure seal 11 slips when moving the magazine 10 with the second cylinder 8 from the end of the high-pressure piston. 7
  • the magazine 10 is displaced in the radial direction relative to the second cylinder 8 (compare arrow 26b).
  • the magazine 10 passes through further displacement in the direction of arrow 26b in the second intermediate position, in which the replacement high-pressure seal 12 is arranged on the magazine 10 collinear with the high-pressure piston 7, but in the axial direction outside thereof.
  • Fig. 12 the magazine 10 is pushed together with the second cylinder 8 in the axial direction on the high-pressure piston 7 (see arrow 27) until the second operating position, with sealing arrangement of the replacement high-pressure seal 12 on the high-pressure piston 7 is achieved.
  • a double-acting drive piston 2 is provided.
  • the compressor 1 has a further high-pressure piston 28 on the side facing away from the high-pressure piston 7 side of the drive piston 2.
  • the drive piston 2 drives both the high pressure piston 7 and the other high pressure piston 28 at.
  • a further magazine 29 with a receiving element 30a for a further high-pressure seal 30 for sealing the further high-pressure piston 28 in a first operating state of the further magazine 29 and at least one further receiving element 31a for a further replacement high-pressure seal 31 for sealing the further high-pressure piston 28 in a second operating state of the further magazine 29 is provided.
  • a further changing device 32 is provided for transferring the further magazine 29 between the first operating position and the second operating position.
  • the further magazine 29 and the further changing device 32 may be identical to the magazine 10 or to the changing device 13, so that repetitions should be dispensed with.
  • a third embodiment of the compressor 1 in which - as in the second embodiment - a double-acting drive piston 2 is provided with a further high pressure piston 28.
  • a pressure space 33 is further formed between a first piston element 2a of the drive piston 2 and a second piston element 2b of the drive piston 2.
  • the first piston element 2a and the second piston element 2b are connected to one another via a connecting rod 37.
  • the pressure chamber 33 is connected to a (only schematically indicated) pressure line 34 to adjust the pressure in the pressure chamber 33.
  • a first, higher pressure in the pressure chamber 33 is provided.
  • a second, lower pressure in the pressure chamber 33 is set, so that the axial distance between the first piston element 2a and the second piston element 2b is reduced in comparison to the first operating position.
  • the high pressure seal 11 slides from the high pressure piston 7.
  • the magazine 10 can be brought into the second intermediate position.
  • the second operating position of the magazine 10 is reached, in which the replacement high-pressure seal 12 is sealingly arranged on the high-pressure piston 7.
  • a fourth embodiment of the compressor 1 is shown.
  • the receptacle 11a is located on the magazine 10 in the first operating position (see. Fig. 15 ) in the empty state.
  • the high pressure seal 11 is seen in the axial direction outside the receptacle 11a of the magazine 10 in a circumferential recess 35 of a housing of the pressure converter between a free end portion of the second cylinder 8 and an annular peripheral pressure member 36 is arranged.
  • the high-pressure seal 11 is first received in the receptacle 11 a on the magazine 10.
  • the pressure member 36 is displaced by means of the changing device 13 away from the drive piston 2, so that the high pressure seal 11 abutting the pressure part 36 is also displaced in the axial direction together with the second cylinder 8.
  • the pressure member 36 may be pneumatically operated, for example. If necessary, then the high pressure piston 7 must be moved to the appropriate end position, so that the high pressure seal 11 is released from the high-pressure piston 7.
  • the magazine 10 together with the replacement high-pressure seal 12 is transferred to the second intermediate position, in which the replacement high-pressure seal 12 is arranged in the recess 35 of the second cylinder 8. In the embodiment shown, this is achieved by pivoting the magazine 10.
  • the replacement high pressure seal 12 is pushed axially by displacement of the second cylinder 8 by means of the changing device 13 from the further receptacle 12a, whereby the second operating position is achieved.
  • the displacement of the high pressure seal and the replacement high pressure seal is preferably effected by a displacement of the second cylinder 8 substantially in the direction of the central axis of the high pressure piston.

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Abstract

1. Verdichter (1) und Verfahren zum Verdichten eines Arbeitsmediums, mit den Schritten:- Bewegen eines mit einem Antriebsmedium angetriebenen Antriebskolbens (2) innerhalb eines ersten Zylinders (3) zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition;- Bewegen eines das Arbeitsmedium verdichtenden Hochdruckkolbens (7) innerhalb eines zweiten Zylinders (8) zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung,- Anordnen einer Hochdruckdichtung (11) zur Abdichtung des Hochdruckkolbens (7);- Anordnen eines Magazins (10) mit einer Aufnahme (11a) für die Hochdruckdichtung (11) und mit zumindest einer Ersatz-Hochdruckdichtung (12) in einer ersten Betriebsstellung, in welcher der Hochdruckkolben (7) durch die Hochdruckdichtung (11) abgedichtet wird;- Überführen des Magazins (10) von der ersten Betriebsstellung in eine zweite Betriebsstellung, in welcher der Hochdruckkolben (7) durch die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) abgedichtet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen Verdichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
  • Derartige Verdichter sind im Stand der Technik in verschiedensten Ausführungen bekannt (vgl. z.B. die US 4,104,008 A ).
  • Das zu verdichtende Volumen muss bei einem Hubkolbenverdichter gegenüber dem Zylinderrohr abgedichtet werden. Die Dichtungen haben im Idealfall eine vernachlässigbare Leckage. Sollte jedoch durch Verschleiß oder Beschädigung eine Leckage auftreten, wird diese beim Stand der Technik erfasst und der Dichtungstausch wird veranlasst. Hierfür wird der Betrieb des Verdichters gestoppt, wobei gegebenenfalls auf einen redundant aufgebauten Verdichter umgeschaltet wird. Danach wird ein Servicetechniker angefordert, welcher vor Ort den Dichtungstausch durchführt. Dieser Serviceeinsatz ist meist nicht planbar und verursacht zusätzliche Anfahrtswege und Zeiten und somit hohe Kosten. Weiters muss der Betreiber mit Ausfallszeiten rechnen oder für eine Redundanz-Anlage sorgen. Letzteres sorgt jedoch für höhere Anschaffungskosten.
  • Der Dichtungstausch beinhaltet derzeit üblicherweise die folgenden Schritte:
    • Verdichter und Anbauteile druckentlasten.
    • Bei leicht entzündlichen Gasen, wie molekularem Wasserstoff, muss vor dem Öffnen des Verdichters auf ein Inertgas (z.B. Stickstoff) umgespült werden. Dieser Prozess kann je nach Volumen sehr viel Zeit in Anspruch nehmen.
    • Ausbau aller Anbauteile, um die Dichtung ausbauen zu können.
    • Ausbau der Dichtung, Aufziehen der neuen Dichtung (je nach Einbauweise und Durchmesser müssen Dichtungen vor dem Einbau kalibriert oder erwärmt werden).
    • Zusammenbau aller Anbauteile.
    • Bei leicht entzündlichen Gasen muss vor Einbringung des Arbeitsmediums auf ein Inertgas (z.B. Stickstoff) umgespült werden. Dieser Prozess kann je nach Volumen sehr viel Zeit in Anspruch nehmen.
    • Druck anlegen und Dichtheitstests durchführen.
  • Demnach besteht die Aufgabe der Erfindung darin, zumindest einzelne Nachteile des Standes der Technik zu lindern bzw. zu beseitigen. Die Erfindung setzt sich insbesondere zum Ziel, den Austausch der Hochdruckdichtung einfacher, schneller und kostengünstiger zu gestalten.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und einen Verdichter mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verdichten eines vorzugsweise gasförmigen Arbeitsmediums umfasst daher zumindest die folgenden Schritte:
    • Bewegen eines mit einem Antriebsmedium angetriebenen Antriebskolbens innerhalb eines ersten Zylinders zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition;
    • Bewegen eines das Arbeitsmedium verdichtenden Hochdruckkolbens innerhalb eines zweiten Zylinders zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung,
    • Anordnen einer Hochdruckdichtung zur Abdichtung des Hochdruckkolbens;
    • Anordnen eines Magazins mit einer Aufnahme für die Hochdruckdichtung und mit zumindest einer Ersatz-Hochdruckdichtung in einer ersten Betriebsstellung, in welcher der Hochdruckkolben durch die Hochdruckdichtung abgedichtet wird;
    • Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in eine zweite Betriebsstellung, in welcher der Hochdruckkolben durch die Ersatz-Hochdruckdichtung abgedichtet wird.
  • Der erfindungsgemäße Verdichter weist zumindest auf:
    • einen mit einem Antriebsmedium betätigbaren Antriebskolben innerhalb eines ersten Zylinders, wobei der Antriebskolben zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition beweglich ist;
    • einen das Arbeitsmedium verdichtenden Hochdruckkolben innerhalb eines zweiten Zylinders, wobei der Hochdruckkolben zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich ist; eine Hochdruckdichtung zur Abdichtung des Hochdruckkolbens;
    • ein Magazin mit einer Aufnahme für die Hochdruckdichtung und mit zumindest einer Ersatz-Hochdruckdichtung;
    • eine Wechselvorrichtung mit einem Antrieb zum Überführen des Magazins zwischen einer ersten Betriebsstellung zur Abdichtung des Hochdruckkolbens durch die Hochdruckdichtung und einer zweiten Betriebsstellung zur Abdichtung des Hochdruckkolbens durch die Ersatz-Hochdruckdichtung.
  • Vorteilhafterweise kann damit der Dichtungstausch erheblich vereinfacht werden. Vielfach wird für den Dichtungstausch kein Servicetechniker benötigt. Während des Dichtungstausches kann der Verdichter in Betrieb bzw. einsatzbereit bleiben. Erfindungsgemäß ist zumindest eine Ersatz-Hochdruckdichtung an dem Magazin angeordnet. Wenn die Hochdruckdichtung die Abdichtung des Hochdruckkolbens aufgrund von Verschleiß oder Beschädigung nicht mehr gewährleisten kann, wird die Wechselvorrichtung derart betätigt, dass das Magazin von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung gebracht wird. Dabei wird die Hochdruckdichtung von einer den Hochdruckkolben abdichtenden Funktionsstellung in eine vom Hochdruckkolben entfernte Wartestellung bewegt. Umgekehrt wird die Ersatz-Hochdruckdichtung von einer vom Hochdruckkolben entfernten Wartestellung in eine am Hochdruckkolben anliegende Funktionsstellung bewegt, in welcher der Hochdruckkolben über die Ersatz-Hochdruckdichtung im zweiten Zylinder abgedichtet wird. In der ersten und zweiten Betriebsstellung ist der Hochdruckkolben fix oder lösbar mit dem Antriebskolben verbunden, so dass der Hochdruckkolben über den Antriebskolben angetrieben wird. Bevorzugt sind der Antriebskolben und der Hochdruckkolben als Druckübersetzer (Druckumwandler) ausgebildet, wobei ein geringerer Druck des Antriebsmediums in einen höheren Druck des Arbeitsmediums umgewandelt wird. Wenn sämtliche (Ersatz-)Hochdruckdichtungen verschlissen sind, kann das Magazin einerseits als Ganzes gegen ein entsprechendes Magazin mit unverbrauchten (Ersatz-)Hochdruckdichtungen getauscht werden. Es können andererseits auch nur neue (Ersatz-)Hochdruckdichtungen in das Magazin eingelegt werden. Hierfür kann das Magazin eine entsprechende Zugangsöffnung aufweisen. Der Tausch der Magazine vor Ort funktioniert einfach und schnell. Die Kalibrierung und die Einbringung der (Ersatz-)Hochdruckdichtungen muss vorteilhafterweise nicht vor Ort stattfinden, sondern kann vorbereitet werden. Die Serviceeinsätze für den Tausch der Dichtungen sind somit planbar.
  • Für die Zwecke dieser Offenbarung beziehen sich die Richtungsangaben, wie "axial", "radial", auf die Mittelachse des Hochdruckkolbens.
  • Zum Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung sind verschiedene Ausführungsvarianten vorgesehen.
  • Bei einer ersten Ausführungsvariante werden zum Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung die folgenden Schritte durchgeführt:
    • Verschieben des Magazins samt in der Aufnahme angeordneter Hochdruckdichtung relativ zum zweiten Zylinder im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens von der ersten Betriebsstellung in eine die Hochdruckdichtung vom Hochdruckkolben lösende ersten Zwischenstellung;
    • Überführen des Magazins von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben anordnende zweite Zwischenstellung; und
    • Verschieben des Magazins samt der Ersatz-Hochdruckdichtung im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens von der zweiten Zwischenstellung in die zweite Betriebsstellung.
  • Bei dieser Ausführungsform ist das Magazin in axialer Richtung verschieblich, um das Abziehen der Hochdruckdichtung vom Hochdruckkolben zu ermöglichen. Der zweite Zylinder kann hingegen in axialer Richtung unbeweglich sein. In der ersten Betriebsstellung liegt die Hochdruckdichtung am Außenumfang des Hochdruckkolbens an, um die Hin- und Her-Bewegung des Hochdruckkolbens abzudichten. Durch Betätigung der Wechselvorrichtung kann das Magazin in die eine Richtung axial in die erste Zwischenstellung verschoben werden, in welcher die Hochdruckdichtung, in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens gesehen, außerhalb des Hochdruckkolbens angeordnet ist. Danach wird das Magazin in die zweite Zwischenstellung bewegt, in welcher die Mittelachsen der Ersatz-Hochdruckdichtung und des Hochdruckkolbens im Wesentlichen kollinear angeordnet sind. Schließlich wird das Magazin in die andere Richtung axial verschoben, um die Ersatz-Hochdruckdichtung dichtend auf dem Hochdruckkolben anzuordnen.
  • Bei dieser Ausführungsvariante umfasst das Verschieben des Magazins von der ersten Betriebsstellung in die erste Zwischenstellung bevorzugt die folgenden Schritte:
    • Lösen des Hochdruckkolbens vom Antriebskolben,
    • Anordnen des Antriebskolbens und des Hochdruckkolbens in einem Abstand zueinander und
    • Verschieben des Magazins von der ersten Betriebsstellung im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens, so dass die Hochdruckdichtung in der ersten Zwischenstellung, in Richtung der Mittelachse des Antriebskolbens gesehen, zwischen dem Hochdruckkolben und dem Antriebskolben angeordnet wird.
  • Nach dem Erreichen der zweiten Betriebsstellung des Magazins kann der Hochdruckkolben wiederum mit dem Antriebskolben gekoppelt werden, um die Verdichtung des Arbeitsmediums fortzusetzen.
  • Bei dieser Ausführungsvariante ist es günstig, wenn der Hochdruckkolben beim Bewegen des Antriebskolbens und des Hochdruckkolbens weg voneinander mit einem Magnetelement in Richtung der Mittelachse unbeweglich angeordnet wird.
  • Bei einer zweiten Ausführungsvariante werden zum Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung die folgenden Schritte durchgeführt:
    • Verschieben des Magazins samt in der Aufnahme angeordneter Hochdruckdichtung gemeinsam mit dem zweiten Zylinder im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens weg von dem Antriebskolben von der ersten Betriebsstellung in eine die Hochdruckdichtung vom Hochdruckkolben lösende ersten Zwischenstellung;
    • Überführen des Magazins von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben anordnende zweite Zwischenstellung;
      und
    • Verschieben des Magazins samt der Ersatz-Hochdruckdichtung gemeinsam mit dem zweiten Zylinder im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens zum Antriebskolben hin von der zweiten Zwischenstellung in die zweite Betriebsstellung.
  • In der ersten Betriebsstellung sitzt die Hochdruckdichtung dichtend auf dem Hochdruckkolben. Um die Hochdruckdichtung vom Hochdruckkolben zu befreien, kann das Magazin zusammen mit dem zweiten Zylinder axial in die eine Richtung in die erste Zwischenstellung verschoben werden, in welcher der dichtende Kontakt zwischen dem Hochdruckkolben und der Hochdruckdichtung gelöst ist. Bevorzugt ist die Hochdruckdichtung am Magazin in der ersten Zwischenstellung über ein Ende des Hochdruckkolbens in axialer Richtung hinaus geschoben, so dass die Hochdruckdichtung in axialer Richtung außerhalb des Hochdruckkolbens angeordnet ist. Danach kann das Magazin in die zweite Zwischenstellung gebracht werden, mit welcher die Anordnung der Ersatz-Hochdruckdichtung vorbereitet wird. Schließlich kann das Magazin zusammen mit dem zweiten Zylinder axial in die andere Richtung verschoben werden, um die Ersatz-Hochdruckdichtung am Magazin dichtend auf dem Hochdruckkolben anzuordnen.
  • Bei einer dritten Ausführungsvariante werden zum Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung die folgenden Schritte durchgeführt:
    • Verschieben des Hochdruckkolbens im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens weg vom Magazin samt in der Aufnahme angeordneter Hochdruckdichtung, bis die Hochdruckdichtung vom Hochdruckkolben gelöst wird, so dass das Magazin in einer ersten Zwischenstellung angeordnet wird;
    • Überführen des Magazins von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben anordnende zweite Zwischenstellung; und
    • Verschieben des Hochdruckkolbens im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens zum Magazin hin, bis die Ersatz-Hochdruckdichtung auf dem Hochdruckkolben angeordnet wird.
  • Bei dieser Ausführungsvariante können das Magazin und der zweite Zylinder für den Hochdruckkolben beim Auswechseln der Hochdruckdichtung unbeweglich angeordnet sein. Stattdessen kann der Hochdruckkolben aus der Hochdruckdichtung am Magazin heraus geschoben werden, so dass die Bewegung des Magazins in die zweite Zwischenstellung freigegeben wird. Zu diesem Zweck kann eine Verschiebung des Hochdruckkolbens über die erste oder zweite Endstellung hinaus vorgesehen werden. Vorteilhafterweise wird dies dadurch ermöglicht, dass der Druck in einem Druckraum auf der vom Hochdruckkolben abgewandten Seite des Antriebskolbens im Vergleich zur ersten Betriebsstellung abgesenkt wird. Nach dem Einwechseln der Ersatz-Hochdruckdichtung kann der Druck in dem Druckraum wieder auf das Niveau der ersten Betriebsstellung erhöht werden, so dass die Bewegung des Antriebskolbens in der zweiten Betriebsstellung auf die erste und zweite Endstellung beschränkt ist.
  • Vorzugsweise wird der Druckraum zwischen einem ersten Kolbenelement des Antriebskolbens und einem zweiten Kolbenelement des Antriebskolbens gebildet sein. Das erste und das zweite Kolbenelement können über ein Verbindungselement, insbesondere eine Verbindungsstange, miteinander verbunden sein, mit welchem ein maximaler Abstand zwischen dem ersten Kolbenelement und dem zweiten Kolbenelement in der ersten bzw. zweiten Betriebsstellung und ein minimaler Abstand zwischen dem ersten und zweiten Kolbenelement in der ersten Zwischenstellung vorgesehen wird.
  • Bei einer vierten Ausführungsvariante werden zum Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung die folgenden Schritte durchgeführt:
    • Verschieben der Hochdruckdichtung von einer, in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens gesehen, außerhalb der Aufnahme angeordneten Stellung in eine in der Aufnahme angeordnete Stellung, wobei die Ersatz-Hochdruckdichtung in einer weiteren Aufnahme des Magazins angeordnet ist, so dass das Magazin in einer ersten Zwischenstellung angeordnet wird;
    • Überführen des Magazins von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben anordnende zweite Zwischenstellung; und
    • Verschieben der Ersatz-Hochdruckdichtung von der in der weiteren Aufnahme des Magazins angeordneten Stellung in eine, in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens gesehen, außerhalb der weiteren Aufnahme des Magazins angeordnete Stellung.
  • Bei der zuvor beschriebenen ersten, zweiten und dritten Ausführungsvariante ist die Hochdruckdichtung in der ersten und zweiten Betriebsstellung beim Verdichten des Arbeitsmediums jeweils innerhalb der Aufnahme am Magazin angeordnet. Bei der vierten Ausführungsvariante ist die Aufnahme am Magazin in der ersten Betriebsstellung frei von der Hochdruckdichtung. In der zweiten Betriebsstellung ist die weitere Aufnahme frei von der Ersatz-Hochdruckdichtung. Demnach befindet sich die Hochdruckdichtung in der ersten Betriebsstellung in axialer Richtung gesehen außerhalb der Aufnahme des Magazins. In der zweiten Betriebsstellung befindet sich die Ersatz-Hochdruckdichtung in axialer Richtung gesehen außerhalb der weiteren Aufnahme des Magazins. Beim Auswechseln der Hochdruckdichtung kann die Hochdruckdichtung zunächst in der Aufnahme am Magazin aufgenommen werden, bevor das Magazin samt der Ersatz-Hochdruckdichtung in die zweite Zwischenstellung für das Einwechseln der Ersatz-Hochdruckdichtung bewegt wird. Schließlich wird die Ersatz-Hochdruckdichtung aus der weiteren Aufnahme herausgedrückt, um die Ersatz-Hochdruckdichtung in der zweiten Betriebsstellung anzuordnen. Im Betrieb des Verdichters ist somit stets eine der Aufnahmen am Magazin leer, um eine verschlissene Hochdruckdichtung beim Wechselvorgang aufnehmen zu können.
  • Bei der vierten Ausführungsvariante werden die Hochdruckdichtung und die Ersatz-Hochdruckdichtung bevorzugt jeweils gemeinsam mit dem zweiten Zylinder verschoben.. Bei dieser Ausführung ist es insbesondere günstig, wenn die Hochdruckdichtung und die Ersatz-Hochdruckdichtung jeweils im Wesentlichen denselben Innen- und Außendurchmesser wie der zweite Zylinder aufweisen. Bevorzugt ist die Hochdruckdichtung in der ersten Betriebsstellung benachbart eines axialen Endbereiches des zweiten Zylinders angeordnet. In der zweiten Betriebsstellung ist hingegen die Ersatz-Hochdruckdichtung benachbart des axialen Endbereiches des zweiten Zylinders angeordnet. Weiters ist bevorzugt, wenn die Hochdruckdichtung, in axialer Richtung gesehen, zwischen dem zweiten Zylinder und einem Druckteil angeordnet ist. Das Druckteil ist mittels der Wechselvorrichtung in axialer Richtung verschieblich gelagert. Zum Verschieben der Hochdruckdichtung von außerhalb der Aufnahme in die Aufnahme wird das Druckteil über die Wechselvorrichtung in die eine Richtung axial verschoben, so dass die Hochdruckdichtung gemeinsam mit dem zweiten Zylinder verschoben wird. Entsprechend wird der zweite Zylinder in die andere Richtung verschoben, um die Ersatz-Hochdruckdichtung aus der weiteren Aufnahme herauszuschieben. Dabei wird das Druckteil mitgenommen. Die Verschiebung des Druckteils in die eine Richtung bzw. die Verschiebung des zweiten Zylinders in die andere Richtung wird über den Antrieb, beispielsweise einen pneumatischen Antrieb, der Wechselvorrichtung bewirkt.
  • Bei jeder der zuvor erläuterten Ausführungsvarianten kann das Magazin zur Überführung von der ersten Zwischenstellung in die zweite Zwischenstellung einerseits um eine im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des Hochdruckkolbens verlaufende Schwenkachse verschwenkt oder andererseits im Wesentlichen in Richtung senkrecht zur Mittelachse des Hochdruckkolbens verschoben werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Sensorvorrichtung zur Erfassung einer Leckage des Arbeitsmediums vorgesehen. Die Sensorvorrichtung kann gemäß Stand der Technik ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Druckerhöhung in einer normalerweise drucklosen Leckage-Leitung in Verbindung mit der Hochdruckdichtung festgestellt werden. Weiters kann eine Gasmessung in der Leckage-Leitung vorgenommen werden.
  • Bevorzugt ist eine Steuervorrichtung einerseits mit der Sensorvorrichtung und andererseits mit der Wechselvorrichtung verbunden, um bei Erfassung einer Leckage des Arbeitsmediums das Magazin von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung überzuführen.
  • Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wechselvorrichtung zum Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in eine erste Zwischenstellung dazu eingerichtet, das Magazin samt in der Aufnahme angeordneter Hochdruckdichtung im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens relativ zum zweiten Zylinder zu verschieben.
  • Bei der ersten Ausführungsvariante ist bevorzugt eine Spannvorrichtung zur lösbaren Kopplung des Hochdruckkolbens an den Antriebskolben vorgesehen. Im gekoppelten Zustand bewegt sich der Hochdruckkolben gemeinsam mit dem Antriebskolben. Im gelösten Zustand ist der Hochdruckkolben von der Bewegung des Antriebskolbens entkoppelt. Bei anderen Ausführungsformen können der Antriebskolben und der Hochdruckkolben fix miteinander verbunden sein.
  • Um bei dieser Variante Platz für das Auswechseln der Hochdruckdichtung zu schaffen, ist es günstig, wenn der Hochdruckkolben in der ersten Zwischenstellung des Magazins im vom Antriebskolben gelösten und beabstandeten Zustand angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn in der ersten Zwischenstellung des Magazins der Hochdruckkolben in der ersten Endstellung und der Antriebskolben in der zweiten, davon wegbewegten Endposition angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsvariante sind der Hochdruckkolben und der Antriebskolben in der ersten Zwischenstellung maximal voneinander entfernt, so dass ausreichend Platz zur Freistellung der Hochdruckdichtung vorhanden ist. Um den Hochdruckkolben zur Vorbereitung des Dichtungswechsels in Abstand zum Antriebskolben anordnen zu können, ist bevorzugt ein Magnetelement zur Fixierung des Hochdruckkolbens im vom Antriebskolben gelösten Zustand in der ersten Endstellung vorgesehen.
  • Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wechselvorrichtung zum Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in eine erste Zwischenstellung dazu eingerichtet, das Magazin gemeinsam mit dem zweiten Zylinder im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens zu verschieben.
  • Bei einer dritten bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wechselvorrichtung zum Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in eine erste Zwischenstellung dazu eingerichtet, den Hochdruckkolben im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens über die erste oder zweite Endstellung hinaus zu verschieben.
    Bei einer vierten bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wechselvorrichtung zum Überführen des Magazins von der ersten Betriebsstellung in eine erste Zwischenstellung dazu eingerichtet, den zweiten Zylinder im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens zu verschieben, um die Hochdruckdichtung von einer axial außerhalb der Aufnahme angeordneten Stellung in eine in der Aufnahme angeordnete Stellung zu bringen.
  • Weiters ist die Wechselvorrichtung bevorzugt zum Überführen des Magazins von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben anordnende zweite Zwischenstellung eingerichtet. Demnach sind die Mittelachsen von Ersatz-Hochdruckdichtung und Hochdruckkolben in der zweiten Zwischenstellung im Wesentlichen kollinear ausgerichtet. Die Ersatz-Hochdruckdichtung befindet sich in der zweiten Zwischenstellung, in axialer Richtung gesehen, außerhalb des Hochdruckkolbens. Durch eine axiale Relativbewegung zwischen Ersatz-Hochdruckdichtung und Hochdruckkolben kann die zweite Betriebsstellung erreicht werden, in welcher der Hochdruckkolben durch die Ersatz-Hochdruckdichtung abgedichtet wird.
  • Bei der oben beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wechselvorrichtung zum Überführen des Magazins von der zweiten Zwischenstellung in die zweite Betriebsstellung vorzugsweise dazu eingerichtet, das Magazin samt in der Aufnahme angeordneter Ersatz-Hochdruckdichtung im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens relativ zum zweiten Zylinder zu verschieben.
  • Bei der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wechselvorrichtung zum Überführen des Magazins von der zweiten Zwischenstellung in die zweite Betriebsstellung vorzugsweise dazu eingerichtet, das Magazin gemeinsam mit dem zweiten Zylinder im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens zu verschieben.
  • Bei der oben beschriebenen dritten bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wechselvorrichtung zum Überführen des Magazins von der zweiten Zwischenstellung in die zweite Betriebsstellung vorzugweise dazu eingerichtet, den Hochdruckkolben im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens zurück in die erste bzw. zweite Endstellung zu verschieben.
  • Bei der oben beschriebenen vierten bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wechselvorrichtung zum Überführen des Magazins von der zweiten Zwischenstellung in die zweite Betriebsstellung vorzugsweise dazu eingerichtet, den zweiten Zylinder im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens zu verschieben, um die Ersatz-Hochdruckdichtung von einer in einer weiteren Aufnahme des Magazins angeordneten Stellung in eine axial außerhalb der Aufnahme angeordnete Stellung zu bringen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein gasförmiges Arbeitsmedium, insbesondere molekularer Wasserstoff, verdichtet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Antriebskolben mit einem vom Arbeitsmedium verschiedenen, vorzugsweise gasförmigen Antriebsmedium, insbesondere Luft, betrieben.
  • Um die Hochdruckdichtung vom Hochdruckkolben wegzubewegen und stattdessen die Ersatz-Hochdruckdichtung benachbart des Hochdruckkolbens anzuordnen, ist die Wechselvorrichtung bei einer bevorzugten Ausführungsform zum Verschwenken des Magazins um eine im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des Hochdruckkolbens verlaufende Schwenkachse zwischen der ersten Zwischenstellung und der zweiten Zwischenstellung eingerichtet. Bei dieser Ausführungsform kann das Magazin derart verschwenkt werden, dass die Ersatz-Hochdruckdichtung von einer vom Hochdruckkolben entfernten Wartestellung in eine kollinear mit dem Hochdruckkolben angeordnete Stellung gebracht wird.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist die Wechselvorrichtung zum Verschieben des Magazins im Wesentlichen in Richtung senkrecht zur Mittelachse des Hochdruckkolbens zwischen der ersten Zwischenstellung und der zweiten Zwischenstellung eingerichtet. Bei dieser Ausführungsform ist das Magazin im Wesentlichen in radialer Richtung verschieblich, um die Ersatz-Hochdruckdichtung von der vom Hochdruckkolben entfernten Wartestellung in die koaxial mit dem Hochdruckkolben angeordnete Stellung zu bringen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Hochdruckdichtung und die Ersatzhochdruckdichtung jeweils ein Gehäuse auf, in welchem zumindest ein Dichtelement, insbesondere lösbar, angeordnet ist. Diese Ausführung erleichtert die Anordnung unverbrauchter Dichtelemente im Magazin, sobald die Dichtelemente der Hochdruckdichtung und Ersatz-Hochdruckdichtung verschlissen sind. Das Dichtelement ist bevorzugt umlaufend ausgebildet und erstreckt sich über den vollen Umfang des Hochdruckkolbens.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Hochdruckdichtung und die Ersatzhochdruckdichtung jeweils ein erstes Dichtelement zur Abdichtung einer Hochdruckseite und ein zweites Dichtelement zur Abdichtung einer Niederdruckseite auf. Das erste Dichtelement befindet sich auf Seite des Hochdruckkolbens, das zweite Dichtelement befindet sich auf Seite des Antriebs- bzw. Niederdruckkolbens.
  • Weiters ist es günstig, wenn die Hochdruckdichtung und die Ersatzhochdruckdichtung jeweils ein Lagerelement, insbesondere ein Führungsband, ein Radial-Gleitlager oder ein Kugelumlauflager, zur Lagerung des Hochdruckkolbens aufweisen. Das Lagerelement erstreckt sich bevorzugt über den vollen Umfang des Hochdruckkolbens.
  • Um lange Betriebsdauern des Verdichters ohne Wartungsintervalle zu ermöglichen, weist das Magazin bevorzugt mehrere Ersatz-Hochdruckdichtungen auf, wobei vorzugsweise zwischen 2 und 7 Ersatz-Hochdruckdichtungen vorgesehen sind.
  • Der Antrieb zum Überführen des Magazins zwischen der ersten Betriebsstellung und der zweiten Betriebsstellung weist je nach Ausführung bevorzugt zumindest einen insbesondere elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Linear- und/oder Drehantrieb auf.
  • Das zuvor erläuterte Magazin mit der Wechselvorrichtung lässt sich bei unterschiedlichen Verdichter-Typen einsetzen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein einfachwirkender Antriebskolben vorgesehen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch
    • einen weiteren Hochdruckkolben auf der vom Hochdruckkolben abgewandten Seite des Antriebskolbens;
    • ein weiteres Magazin mit einem Aufnahmeelement für eine weitere Hochdruckdichtung zur Abdichtung des weiteren Hochdruckkolbens in einem ersten Betriebszustand des weiteren Magazins und mit zumindest einer weiteren Ersatz-Hochdruckdichtung zur Abdichtung des weiteren Hochdruckkolbens in einem zweiten Betriebszustand des weiteren Magazins;
    • eine weitere Wechselvorrichtung zum Überführen des weiteren Magazins zwischen der ersten Betriebsstellung und der zweiten Betriebsstellung.
  • Bei dieser Ausführung ist daher ein doppeltwirkender Antriebskolben vorgesehen. Der Hochdruckkolben und der weitere Hochdruckkolben können parallel oder als Stufen betrieben werden. Das Auswechseln der weiteren Hochdruckdichtung und das Einwechseln der weiteren Ersatz-Hochdruckdichtung kann wie bei den oben geschilderten Ausführungsvarianten erfolgen, so dass auf Wiederholungen verzichtet werden kann.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert.
    • Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verdichters mit einem Antriebskolben und einem Hochdruckkolben in einer Mittelposition, wobei ein Magazin mit einer Hochdruckdichtung und einer Ersatz-Hochdruckdichtung in einer ersten Betriebsstellung angeordnet sind.
    • Fig. 2 zeigt den Verdichter gemäß Fig. 1, wobei Antriebskolben Hochdruckkolben in der anderen Endlage angeordnet sind.
    • Fig. 3 zeigt den Verdichter gemäß Fig. 1, 2, wobei der Antriebskolben nach Lösen einer Spannvorrichtung vom Hochdruckkolben wegbewegt ist, so dass ein Freiraum zwischen Antriebskolben und Hochdruckkolben gebildet wird.
    • Fig. 4 zeigt den Verdichter gemäß Fig. 1 bis 3 in einer Ersten Zwischenstellung des Magazins, in welcher die Hochdruckdichtung in den Freiraum zwischen Antriebskolben und Hochdruckkolben verschoben ist.
    • Fig. 5 zeigt den Verdichter gemäß Fig. 1 bis 4 in einer Wechselstellung nach Verschwenken des Magazins aus der Ersten Zwischenstellung, wobei die Ersatz-Hochdruckdichtung neben dem Hochdruckkolben angeordnet ist.
    • Fig. 6 zeigt den Verdichter gemäß Fig. 1 bis 5, wobei die Ersatz-Hochdruckdichtung auf dem Hochdruckkolben aufgeschoben ist.
    • Fig. 7 zeigt den Verdichter gemäß Fig. 1 bis 6 in der zweiten Betriebsstellung, wobei der Hochdruckkolben wiederum mit dem Antriebskolben gekoppelt ist.
    • Fig. 8 bis 12 zeigen jeweils eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verdichters mit einem in axialer und radialer Richtung verschieblichen Magazin, wobei Fig. 8 die erste Betriebsstellung, Fig. 9 die erste Zwischenstellung, Fig. 10 einen Zustand zwischen der ersten und zweiten Zwischenstellung , Fig. 11 die zweite Zwischenstellung und Fig. 12 das Überführen in die zweite Betriebsstellung darstellt.
    • Fig. 13, 14 zeigen jeweils eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verdichters, bei welcher das Lösen der Hochdruckdichtung vom Hochdruckkolben durch Verschieben des Hochdruckkolbens zwischen der ersten Betriebsstellung (vgl. Fig. 13) und einer ersten Zwischenstellung (vgl. Fig. 14) bewirkt wird.
    • Fig. 15, 16 zeigen jeweils eine vierte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verdichters, bei welcher die Hochdruckdichtung in der ersten Betriebsstellung (vgl. Fig. 15) außerhalb einer Aufnahme des Magazins angeordnet ist und mittels des zweiten Zylinders in die Aufnahme geschoben wird (vgl. Fig. 16).
  • Die Fig. 1 bis 7 zeigen eine erste Ausführungsvariante eines Verdichters 1 zum Verdichten eines gasförmigen Arbeitsmediums, beispielsweise molekularer Wasserstoff. Der Verdichter 1 weist einen Druckübersetzer mit einem Antriebskolben 2 auf, welcher innerhalb eines ersten Zylinders 3 zwischen einer ersten Endposition (vgl. Fig. 2) und einer zweiten Endposition (nicht gezeigt) hin- und her bewegt wird. Für den Antrieb des Antriebskolbens 2 wird ein gasförmiges Antriebsmedium, insbesondere Druckluft, verwendet. Der Antriebskolben 2 dichtet ein erstes Volumen 4 des ersten Zylinders 3 mittels einer Dichtung 5 gegenüber einem zweiten Volumen 6 des ersten Zylinders 3 ab. Weiters ist ein das Arbeitsmedium verdichtender Hochdruckkolben 7 vorgesehen, welcher innerhalb eines zweiten Zylinders 8 zwischen einer ersten Endstellung (vgl. Fig. 2) und einer zweiten Endstellung (nicht gezeigt) hin- und her bewegt wird. Der Hochdruckkolben 7 weist eine geringere Kolbenfläche als der Antriebs- bzw. Niederdruckkolben 2 auf, so dass eine Druckübersetzung von der Niederdruck- zur Hochdruckseite erzielt wird. Zur Kopplung des Hochdruckkolbens 7 an den Antriebskolben 2 ist in der ersten Ausführungsvariante eine lösbare Spannvorrichtung 9 vorgesehen. Diese Spannvorrichtung 9 ist an sich bekannt, so dass sich nähere Ausführungen dazu erübrigen können. Bei anderen Ausführungsvarianten, siehe die Fig. 8 bis 16, kann der Hochdruckkolben 7 fix mit dem Antriebskolben 2 verbunden sein, um die Bewegung des Antriebskolbens 2 auf den Hochdruckkolben 7 zu übertragen.
  • Der Verdichter 1 weist zudem ein Magazin 10 auf, welches mit einer Aufnahme 11a für eine Hochdruckdichtung 11 und mit zumindest einer weiteren Aufnahme 12a für eine Ersatz-Hochdruckdichtung 12 ausgestattet ist. Die Hochdruckdichtung 11 bewirkt die Abdichtung des Hochdruckkolbens 7 in einer ersten Betriebsstellung während der Verdichtung des Arbeitsmediums. Die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 bewirkt die Abdichtung des Hochdruckkolbens 7 in einer davon verschiedenen zweiten Betriebsstellung des Magazins 10 während der Verdichtung des Arbeitsmediums. Weiters ist eine Wechselvorrichtung 13 zum selbständigen Austausch der Hochdruckdichtung 11 durch die Ersatz-Hochdruckdichtung 11 vorgesehen. Die Wechselvorrichtung 13 weist einen (nur in Fig. 1 schematisch dargestellten) Antrieb 14 auf, mit welchem - wie nachstehend im Detail erläutert werden wird - das Magazin 10 von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung (und umgekehrt) bewegt werden kann.
  • Wie aus Fig. 1 weiters schematisch ersichtlich, ist eine Sensorvorrichtung 15 zur Erfassung einer Leckage des Arbeitsmediums vorgesehen. Die Sensorvorrichtung 15 ist mit einer Leckageleitung 16 verbunden, an welcher austretendes Arbeitsmedium (gegebenenfalls zudem austretendes Antriebsmedium) detektiert werden kann. Die Sensorvorrichtung 15 kann - wie im Stand der Technik an sich bekannt - ein Druckmesselement zur Erfassung des Gasdrucks in der Leckageleitung 16 aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Sensorvorrichtung 15 zur qualitativen bzw. quantitativen Gasmessung eingerichtet sein. Hierfür sind im Stand der Technik eine Vielzahl von Möglichkeiten, basierend auf elektrischen, physikalischen und/oder chemischen Messprinzipien bekannt, so dass darauf nicht näher einzugehen ist. Zudem weist der Verdichter 1 eine elektronische Steuervorrichtung 17 auf, welche einerseits mit der Sensorvorrichtung 15 und andererseits mit der Wechselvorrichtung 13 verbunden ist. Wird an der Sensorvorrichtung 15 eine Leckage des Arbeitsmediums erfasst, wird der Antrieb 14 der Wechselvorrichtung 13 durch die Steuervorrichtung 17 derart angesteuert, dass das Magazin 10 von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung bewegt wird, um die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 am Hochdruckkolben 7 anzuordnen.
  • In der gezeigten Ausführung weisen die Hochdruckdichtung 11 und die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 jeweils ein Gehäuse 18 auf, in welchem zumindest ein ringförmig umlaufendes Dichtelement 19 reversibel lösbar angeordnet ist. Die Hochdruckdichtung 11 und die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 weisen in der gezeigten Ausführung jeweils ein erstes ringförmig umlaufendes Dichtelement 19a zur Abdichtung einer Hochdruckseite und ein zweites ringförmig umlaufendes Dichtelement 19b zur Abdichtung einer Niederdruckseite des Verdichters 1 auf. Darüber hinaus weisen die Hochdruckdichtung 11 und die Ersatzhochdruckdichtung 12 in der gezeigten Ausführung jeweils ein ringförmig umlaufendes Lagerelement 20, in der gezeigten Ausführung ein Führungsband, zur Lagerung des Hochdruckkolbens 7 auf.
  • Je nach Ausführung kann das Magazin 10 mehrere Ersatz-Hochdruckdichtungen 12 aufweisen. Vielfach ist es günstig, wenn am Magazin 10 zwischen 2 und 7 Ersatz-Hochdruckdichtungen 12 vorgesehen sind.
  • In der Zeichnung sind lediglich die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Komponenten des Verdichters dargestellt. Für den Fachmann ist klar, dass der Verdichter typischerweise zahlreiche weitere Komponenten aufweisen kann, welche jedoch im Stand der Technik hinlänglich bekannt sind.
  • In der ersten Ausführungsvariante der Fig. 1 bis 7 ist das Magazin 10 einerseits in Richtung einer Mittelachse 21 des Hochdruckkolbens verschieblich und andererseits um eine parallel und in Abstand dazu verlaufende Schwenkachse verschwenkbar. Zu diesem Zweck weist der Antrieb 14 der Wechselvorrichtung 13 gemäß Fig. 1 bis 7 eine Antriebsstange 14a auf, welche in Längsrichtung verschoben und um die eigene Längsachse 14b verschwenkt werden kann.
  • In den Fig. 1 bis 7 sind die einzelnen Schritte beim Wechsel von der ersten Betriebsstellung mit Verwendung der Hochdruckdichtung 11 in die zweite Betriebsstellung mit Verwendung der Ersatz-Hochdruckdichtung 12 veranschaulicht.
  • Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ist das Magazin 1 in der ersten Betriebsstellung angeordnet, in welcher der Hochdruckkolben 7 durch die Hochdruckdichtung 11 abgedichtet wird. Der Hochdruckkolben 7 ist über die Spannvorrichtung 9 mit dem Antriebskolben 2 gekoppelt, so dass sich Hochdruckkolben 7 und Antriebskolben 2 synchron hin- und her bewegen können. Fig. 1 zeigt Antriebskolben 2 und Hochdruckkolben 7 jeweils in einer Mittelstellung zwischen den gegenüberliegenden Totpunkten. Fig. 2 zeigt den Antriebskolben 2 in der ersten Endstellung und den Hochdruckkolben 7 in der ersten Endposition.
  • Gemäß Fig. 3 liegt die Spannvorrichtung 9 im gelösten Zustand vor, wobei der Hochdruckkolben 7 vom Antriebskolben 2 entkoppelt ist. Der Hochdruckkolben 7 ist in der ersten Endstellung und der Antriebskolben 2 ist in der zweiten Endposition angeordnet, so dass ein maximaler Abstand in axialer Richtung zwischen Hochdruckkolben 7 und Antriebskolben 2 erzielt wird. Um diesen Zustand zu erreichen, kann ein Magnetelement vorgesehen sein, welches den Hochdruckkolben 7 in der vom Antriebskolben 2 gelösten ersten Endstellung festhält. Als Magnetelement kann ein Permanentmagnet 22a oder eine Magnetspule 22b vorgesehen sein. Die Magnetspule 22b ist in der gezeigten Ausführung konzentrisch um den Hochdruckkolben 7 am zweiten Zylinder 8 angeordnet. Ferner lässt sich die Ruhelage des Hochdruckkolbens 7 durch eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Volumen 4 des ersten Zylinders 3 und einem Hochdruckvolumen 23 des zweiten Zylinders 8 erzielen. Dies wird erreicht, indem das Hochdruckvolumen 23 druckmäßig entlastet wird, wobei das erste Volumen 4 druckbeaufschlagt bleibt. Die daraus resultierende Kraft drückt den Hochdruckkolben 7 in die erste Endstellung.
  • Gemäß Fig. 4 ist das Magazin 10 in einer axial zum Antriebskolben 2 hin verschobenen ersten Zwischenstellung angeordnet. Da der Hochdruckkolben 7 und der Antriebskolben 2 in entgegengesetzten Endlagen angeordnet sind, befindet sich die Hochdruckdichtung 11 am Magazin 10 in axialer Richtung gesehen zwischen dem vom Antriebskolben 2 gelösten Ende des Hochdruckkolbens 7 und dem Antriebskolben 2. Die Mittelachse 11a der Hochdruckdichtung 11 ist kollinear zur Mittelachse 21 des Hochdruckkolbens 7 angeordnet. Die Mittelachse 12a der Ersatz-Hochdruckdichtung 12 ist parallel und in radialer Richtung in einem Abstand zur Mittelachse 21 des Hochdruckkolbens 7 angeordnet.
  • Gemäß Fig. 5 liegt das Magazin 10 in einer ersten Zwischenstellung vor, in welcher die Mittelachse 12a der Ersatz-Hochdruckdichtung 12 im Wesentlichen kollinear mit der Mittelachse 21 des Hochdruckkolbens 7 angeordnet ist. Die Mittelachse 11a der Hochdruckdichtung 11 ist nun parallel und in radialer Richtung in einem Abstand zur Mittelachse 21 des Hochdruckkolbens 7 angeordnet. Zum Erreichen der Wechselstellung wird das Magazin 10 ausgehend von der ersten Zwischenstellung um die Schwenkachse 14b verschwenkt (vgl. Pfeil 24 in Fig. 4). Der Schwenkwinkel hängt von der Zahl und der Anordnung der Ersatz-Hochdruckdichtungen 12 am Magazin 10 ab.
  • Gemäß Fig. 6 ist die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 auf den Hochdruckkolben 7 aufgeschoben. Zu diesem Zweck wird das Magazin 10 ausgehend von der ersten Zwischenstellung (vgl. Fig. 5) in axialer Richtung weg von dem Antriebskolben 2 verschoben, bis die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 auf dem Hochdruckkolben 7 sitzt.
  • Gemäß Fig. 7 ist der Antriebskolben 2 wieder mit dem Hochdruckkolben 7 gekoppelt, so dass der Betrieb des Verdichters 1, nun mit der eingewechselten Ersatz-Hochdruckdichtung 12, fortgesetzt werden kann.
  • In den Fig. 8 bis 12 ist eine weitere Ausführungsform des Verdichters 1 gezeigt, wobei nachstehend lediglich auf die Unterschiede zur Ausführungsform der Fig. 1 bis 7 eingegangen werden soll.
  • Bei dieser Ausführung wird das Magazin 10 gemeinsam mit dem zweiten Zylinder 8 für den Hochdruckkolben 7 von der ersten Betriebsstellung (vgl. Fig. 8) weg vom ersten Zylinder 3 für den Antriebskolben 2 in die erste Zwischenstellung (vgl. Fig. 9) verschoben. Somit kann die Spannvorrichtung 9 für die lösbare Kopplung zwischen Antriebskolben 2 und Hochdruckkolben 7 entfallen.
  • Weiters unterscheidet sich diese Ausführungsform dadurch von jener der Fig. 1 bis 7, dass die Wechselvorrichtung 13 zum Verschieben des Magazins 10 in Richtung senkrecht zur Mittelachse 21 des Hochdruckkolbens 7, d.h. in radialer Richtung, von der ersten Zwischenstellung in die zweite Zwischenstellung (und umgekehrt) eingerichtet ist.
  • Somit werden die folgenden Schritte beim Wechsel von der Hochdruckdichtung 11 zur Ersatz-Hochdruckdichtung 12 durchgeführt.
  • Gemäß Fig. 8 ist der Verdichter 1 in der ersten Betriebsstellung angeordnet, in welcher die Hochdruckdichtung 11 am Magazin 10 die Abdichtung des Hochdruckkolbens 7 bewirkt. Die Mittelachse 11a der Hochdruckdichtung 11 fällt mit der Mittelachse 21 des Hochdruckkolbens 21 zusammen. Die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 ist in einer in radialer Richtung vom Hochdruckkolben 7 entfernten Wartestellung angeordnet. Der Antriebskolben 2 befindet sich in der vom Magazin 10 weg verschobenen Endstellung (vgl. Pfeil 25a) .
  • Gemäß Fig. 9 wird das Magazin 10 gemeinsam mit dem zweiten Zylinder 8 in axialer Richtung (vgl. Pfeile 25b) verschoben, so dass das Magazin 10 in die erste Zwischenstellung gelangt. Währenddessen sind der Antriebskolben 2 und der Hochdruckkolben 7 in der vom Magazin 10 weg verschobenen Endlage angeordnet. Somit rutscht die Hochdruckdichtung 11 beim Verschieben des Magazins 10 mit dem zweiten Zylinder 8 vom Ende des Hochdruckkolben 7.
  • Gemäß Fig. 10 wird das Magazin 10 relativ zum zweiten Zylinder 8 in radialer Richtung verschoben (vgl. Pfeil 26b).
  • Gemäß Fig. 11 gelangt das Magazin 10 durch weiteres Verschieben in Pfeilrichtung 26b in die zweite Zwischenstellung, in welcher die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 am Magazin 10 kollinear mit dem Hochdruckkolben 7, aber in axialer Richtung außerhalb davon angeordnet ist.
  • Gemäß Fig. 12 wird das Magazin 10 gemeinsam mit dem zweiten Zylinder 8 in axialer Richtung auf den Hochdruckkolben 7 aufgeschoben (vgl. Pfeil 27), bis die zweite Betriebsstellung, mit dichtender Anordnung der Ersatz-Hochdruckdichtung 12 am Hochdruckkolben 7 erreicht wird.
  • In der Ausführungsvariante der Fig. 8 bis 12 ist ein doppeltwirkender Antriebskolben 2 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform weist der Verdichter 1 einen weiteren Hochdruckkolben 28 auf der vom Hochdruckkolben 7 abgewandten Seite des Antriebskolbens 2 auf. Der Antriebskolben 2 treibt sowohl den Hochdruckkolben 7 als auch den weiteren Hochdruckkolben 28 an. Zudem ist ein weiteres Magazin 29 mit einem Aufnahmeelement 30a für eine weitere Hochdruckdichtung 30 zur Abdichtung des weiteren Hochdruckkolbens 28 in einem ersten Betriebszustand des weiteren Magazins 29 und mit zumindest einem weiteren Aufnahmeelement 31a für eine weitere Ersatz-Hochdruckdichtung 31 zur Abdichtung des weiteren Hochdruckkolbens 28 in einem zweiten Betriebszustand des weiteren Magazins 29 vorgesehen. Zum Überführen des weiteren Magazins 29 zwischen der ersten Betriebsstellung und der zweiten Betriebsstellung ist eine weitere Wechselvorrichtung 32 vorgesehen. Das weitere Magazin 29 und die weitere Wechselvorrichtung 32 können ident zum Magazin 10 bzw. zur Wechselvorrichtung 13 ausgebildet sein, so dass auf Wiederholungen verzichtet werden soll.
  • In den Fig. 13, 14 ist eine dritte Ausführungsvariante des Verdichters 1 gezeigt, bei welcher - wie bei der zweiten Ausführungsvariante - ein doppeltwirkender Antriebskolben 2 mit einem weiteren Hochdruckkolben 28 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsvariante ist weiters ein Druckraum 33 zwischen einem ersten Kolbenelement 2a des Antriebskolbens 2 und einem zweiten Kolbenelement 2b des Antriebskolbens 2 gebildet. Das erste Kolbenelement 2a und das zweite Kolbenelement 2b sind über eine Verbindungsstange 37 miteinander verbunden. Der Druckraum 33 ist mit einer (nur schematisch angedeuteten) Druckleitung 34 verbunden, um den Druck im Druckraum 33 einzustellen. In der ersten Betriebsstellung (vgl. Fig. 14) ist ein erster, höherer Druck im Druckraum 33 vorgesehen. Zum Überführen des Magazins 10 in die erste Zwischenstellung wird ein zweiter, niedrigerer Druck im Druckraum 33 eingestellt, so dass der axiale Abstand zwischen dem ersten Kolbenelement 2a und dem zweiten Kolbenelement 2b im Vergleich zur ersten Betriebsstellung reduziert wird. Dadurch rutscht die Hochdruckdichtung 11 vom Hochdruckkolben 7. Anschließend kann das Magazin 10 in die zweite Zwischenstellung gebracht werden. Durch Anheben des Drucks im Druckraum 33 auf den ersten Druck wird die zweite Betriebsstellung des Magazins 10 erreicht, in welcher die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 dichtend auf dem Hochdruckkolben 7 angeordnet ist.
  • In den Fig. 15, 16 ist eine vierte Ausführungsvariante des Verdichters 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsvariante befindet sich die Aufnahme 11a am Magazin 10 in der ersten Betriebsstellung (vgl. Fig. 15) im Leerzustand. Die Hochdruckdichtung 11 ist in axialer Richtung gesehen außerhalb der Aufnahme 11a des Magazins 10 in einer umlaufenden Aussparung 35 eines Gehäuses des Druckumsetzers zwischen einem freien Endbereich des zweiten Zylinders 8 und einem ringförmig umlaufenden Druckteil 36 angeordnet.
  • Zum Auswechseln der Hochdruckdichtung 11 durch die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 wird die Hochdruckdichtung 11 zunächst in der Aufnahme 11a am Magazin 10 aufgenommen. Zu diesem Zweck wird das Druckteil 36 mittels der Wechselvorrichtung 13 weg vom Antriebskolben 2 verschoben, so dass die am Druckteil 36 anliegende Hochdruckdichtung 11 gemeinsam mit dem zweiten Zylinder 8 ebenfalls in axialer Richtung verschoben wird. Das Druckteil 36 kann beispielsweise pneumatisch betätigt werden. Gegebenenfalls muss danach der Hochdruckkolben 7 in die passende Endstellung verschoben werden, damit die Hochdruckdichtung 11 vom Hochdruckkolben 7 gelöst wird. Anschließend wird das Magazin 10 samt der Ersatz-Hochdruckdichtung 12 in die zweite Zwischenstellung überführt, in welcher die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 in der Aussparung 35 des zweiten Zylinders 8 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführung wird dies durch Verschwenken des Magazins 10 erreicht. Schließlich wird die Ersatz-Hochdruckdichtung 12 durch Verschiebung des zweiten Zylinders 8 mittels der Wechselvorrichtung 13 aus der weiteren Aufnahme 12a axial herausgeschoben, womit die zweite Betriebsstellung erreicht wird.
  • Bei der vierten Ausführungsvariante wird das Verschieben der Hochdruckdichtung und der Ersatz-Hochdruckdichtung bevorzugt durch eine Verschiebung des zweiten Zylinders 8 im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse des Hochdruckkolbens bewirkt.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Verdichten eines Arbeitsmediums, mit den Schritten:
    - Bewegen eines mit einem Antriebsmedium angetriebenen Antriebskolbens (2) innerhalb eines ersten Zylinders (3) zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition;
    - Bewegen eines das Arbeitsmedium verdichtenden Hochdruckkolbens (7) innerhalb eines zweiten Zylinders (8) zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung,
    - Anordnen einer Hochdruckdichtung (11) zur Abdichtung des Hochdruckkolbens (7);
    gekennzeichnet durch:
    - Anordnen eines Magazins (10) mit einer Aufnahme (11a) für die Hochdruckdichtung (11) und mit zumindest einer Ersatz-Hochdruckdichtung (12) in einer ersten Betriebsstellung, in welcher der Hochdruckkolben (7) durch die Hochdruckdichtung (11) abgedichtet wird;
    - Überführen des Magazins (10) von der ersten Betriebsstellung in eine zweite Betriebsstellung, in welcher der Hochdruckkolben (7) durch die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) abgedichtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überführen des Magazins (10) von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung umfasst:
    - Verschieben des Magazins (10) samt in der Aufnahme (11a) angeordneter Hochdruckdichtung (11) relativ zum zweiten Zylinder (8) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) von der ersten Betriebsstellung in eine die Hochdruckdichtung (11) vom Hochdruckkolben (7) lösende erste Zwischenstellung;
    - Überführen des Magazins (10) von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben (7) anordnende zweite Zwischenstellung; und
    - Verschieben des Magazins (10) samt der Ersatz-Hochdruckdichtung (12) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) von der zweiten Zwischenstellung in die zweite Betriebsstellung.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschieben des Magazins (10) von der ersten Betriebsstellung in die erste Zwischenstellung umfasst:
    - Lösen des Hochdruckkolbens (7) vom Antriebskolben (2),
    - Anordnen des Antriebskolbens (2) und des Hochdruckkolbens (7) in einem Abstand zueinander
    - Verschieben des Magazins (10) von der ersten Betriebsstellung im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7), so dass die Hochdruckdichtung (11) in der ersten Zwischenstellung, in Richtung der Mittelachse (21) des Antriebskolbens (2) gesehen, zwischen dem Hochdruckkolben (7) und dem Antriebskolben (2) angeordnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überführen des Magazins (10) von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung umfasst:
    - Verschieben des Magazins (10) samt in der Aufnahme (11a) angeordneter Hochdruckdichtung (11) gemeinsam mit dem zweiten Zylinder (8) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) weg von dem Antriebskolben (2) von der ersten Betriebsstellung in eine die Hochdruckdichtung (11) vom Hochdruckkolben (7) lösende erste Zwischenstellung;
    - Überführen des Magazins (10) von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben (7) anordnende zweite Zwischenstellung; und
    - Verschieben des Magazins (10) samt der Ersatz-Hochdruckdichtung (12) gemeinsam mit dem zweiten Zylinder (8) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) zum Antriebskolben (2) hin von der zweiten Zwischenstellung in die zweite Betriebsstellung.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überführen des Magazins (10) in die zweite Betriebsstellung umfasst:
    - Verschieben des Hochdruckkolbens (7) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) weg vom Magazin (10) samt in der Aufnahme (11a) angeordneter Hochdruckdichtung (11), bis die Hochdruckdichtung (11) vom Hochdruckkolben (7) gelöst wird, so dass das Magazin (10) in einer ersten Zwischenstellung angeordnet wird;
    - Überführen des Magazins (10) von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben (7) anordnende zweite Zwischenstellung; und
    - Verschieben des Hochdruckkolbens (7) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) zum Magazin (10) hin, bis die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) auf dem Hochdruckkolben (7) angeordnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überführen des Magazins (10) von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung umfasst:
    - Verschieben der Hochdruckdichtung (11) von einer, in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) gesehen, außerhalb der Aufnahme (11a) angeordneten Stellung in eine in der Aufnahme (11a) angeordnete Stellung, wobei die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) in einer weiteren Aufnahme (12a) des Magazins (10) angeordnet ist, so dass das Magazin (10) in einer ersten Zwischenstellung angeordnet wird;
    - Überführen des Magazins (10) von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben (7) anordnende zweite Zwischenstellung; und
    - Verschieben der Ersatz-Hochdruckdichtung (12) von der in der weiteren Aufnahme (12a) des Magazins (10) angeordneten Stellung in eine, in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) gesehen, außerhalb der weiteren Aufnahme (12a) des Magazins (10) angeordnete Stellung.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckdichtung (11) und die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) jeweils gemeinsam mit dem zweiten Zylinder (8) verschoben werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (10) zur Überführung von der ersten Zwischenstellung in die zweite Zwischenstellung um eine im Wesentlichen parallel zur Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) verlaufende Schwenkachse (14b) verschwenkt oder im Wesentlichen in Richtung senkrecht zur Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) verschoben wird.
  9. Verdichter (1) zum Verdichten eines Arbeitsmediums, aufweisend:
    - einen mit einem Antriebsmedium betätigbaren Antriebskolben (2) innerhalb eines ersten Zylinders (3), wobei der Antriebskolben (2) zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition beweglich ist;
    - einen das Arbeitsmedium verdichtenden Hochdruckkolben (7) innerhalb eines zweiten Zylinders (8), wobei der Hochdruckkolben (7) zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich ist; eine Hochdruckdichtung (11) zur Abdichtung des Hochdruckkolbens (7);
    gekennzeichnet durch :
    - ein Magazin (10) mit einer Aufnahme (11a) für die Hochdruckdichtung (11) und mit zumindest einer Ersatz-Hochdruckdichtung (12);
    - eine Wechselvorrichtung (13) mit einem Antrieb (14) zum Überführen des Magazins (10) zwischen einer ersten Betriebsstellung zur Abdichtung des Hochdruckkolbens (7) durch die Hochdruckdichtung (11) und einer zweiten Betriebsstellung zur Abdichtung des Hochdruckkolbens (7) durch die Ersatz-Hochdruckdichtung (12).
  10. Verdichter (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorvorrichtung (15) zur Erfassung einer Leckage des Arbeitsmediums vorgesehen ist, wobei eine Steuervorrichtung (17) einerseits mit der Sensorvorrichtung (15) und andererseits mit der Wechselvorrichtung (13) verbunden ist, um bei Erfassung einer Leckage des Arbeitsmediums das Magazin (10) von der ersten Betriebsstellung in die zweite Betriebsstellung überzuführen.
  11. Verdichter (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselvorrichtung (13) zum Überführen des Magazins (10) von der ersten Betriebsstellung in eine erste Zwischenstellung dazu eingerichtet ist,
    a.das Magazin (10) samt in der Aufnahme (11a) angeordneter Hochdruckdichtung (11) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) relativ zum zweiten Zylinder (8) zu verschieben und/oder
    b.das Magazin (10) gemeinsam mit dem zweiten Zylinder (8) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) zu verschieben und/oder
    c.den Hochdruckkolben (7) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) über die erste oder zweite Endstellung hinaus zu verschieben und/oder
    d. den zweiten Zylinder (8) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) zu verschieben, um die Hochdruckdichtung (11) von einer axial außerhalb der Aufnahme (11a) angeordneten Stellung in eine in der Aufnahme (11a) angeordnete Stellung zu bringen.
  12. Verdichter (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselvorrichtung (13) weiters zum Überführen des Magazins (10) von der ersten Zwischenstellung in eine die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) im Wesentlichen koaxial mit dem Hochdruckkolben (7) anordnende zweite Zwischenstellung eingerichtet ist.
  13. Verdichter (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselvorrichtung (13) zum Überführen des Magazins (10) von der zweiten Zwischenstellung in die zweite Betriebsstellung dazu eingerichtet ist,
    a.das Magazin (10) samt in der Aufnahme (11a) angeordneter Ersatz-Hochdruckdichtung (12) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) relativ zum zweiten Zylinder (8) zu verschieben und/oder
    b.das Magazin (10) gemeinsam mit dem zweiten Zylinder (8) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) zu verschieben und/oder
    c.den Hochdruckkolben (7) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) zurück in die erste bzw. zweite Endstellung zu verschieben und/oder
    d. den zweiten Zylinder (8) im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse (21) des Hochdruckkolbens (7) zu verschieben, um die Ersatz-Hochdruckdichtung (12) von einer in einer weiteren Aufnahme (12a) des Magazins angeordneten Stellung in eine axial außerhalb der weiteren Aufnahme (12a) angeordnete Stellung zu bringen.
  14. Verdichter (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckdichtung (11) und die Ersatz-hochdruckdichtung (12) jeweils ein Gehäuse (18) aufweisen, in welchem zumindest ein Dichtelement (19; 19a, 19b), insbesondere lösbar, angeordnet ist.
  15. Verdichter (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (10) mehrere Ersatz-Hochdruckdichtungen (12) aufweist, wobei vorzugsweise zwischen 2 und 7 Ersatz-Hochdruckdichtungen (12) vorgesehen sind.
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