<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen tragbaren Hochdruckkompressor gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 und die Verwendung desselben zur Befüllung von Kartuschen für Pistolen und Sportgewehre, wie im Anspruch 18 beschrieben ist.
Aus der GB 507 798 A ist ein mehrstufiger Hochdruckkompressor beschrieben, der zum Verdichten von atmosphärischer Luft mit einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe ausgestattet ist, die durch gegenüberliegende konzentrisch ausgerichtete Zylinderkammern und einem Kolben für die Niederdruckstufe und einem Kolben für die Hochdruckstufe gebildet sind, die über eine gemeinsame Kolbenstange miteinander verbunden sind. Die Kolbenstange ist mit über ein Kurbeltriebwerk und einem Antriebsmotor antriebsverbunden. Eine zwischen der Niederdruckstufe und Hochdruckstufe angeordnete, die Mitteldruckstufe bildende Kammer weist ein in dieses mündendes Ansaugventil auf, über welches die atmosphärische Luft angesaugt wird.
Das ebenfalls in dieser Kammer angeordnete Kurbeltriebwerk, taucht in einen Ölsumpf ein und schleudert bzw. verteilt das Öl innerhalb dieser Kammer und schmiert die mechanisch bewegten Teile. Während des Ansaugens des Kolbens der Niederdruckstufe, wird die vorkomprimierte Luft der Mitteldruckstufe über eine in die Niederdruckstufe bzw. in die Zylinderkammer mündende Versorgungsleitung angesaugt. Der mehrere im Querschnitt U-förmige Ölfangnuten aufweisende Kolben überragt in seinem unteren Totpunkt die Zylinderkammer und gibt dabei mehrere Ölfangnuten frei, in welchen sich das mit der Luft vermischte Öl ansammelt, nachdem die Ölfangnuten eine Stirnfläche der Zylinderkammer überschreiten.
Derartige mit im Querschnitt U-förmigen Rillen in der Lauffläche des Kolbens, bilden eine grosse Gleitfläche des Öldichtringes zwischen diesem und der Lauffläche des Zylinders aus, wodurch mit zunehmender Temperatur mit einer Verringerung der Viskosität des Öles zu rechnen ist und die Gefahr besteht, dass es bei hohen Drücken in der Zylinderkammer zu einem Wegquetschen oder Abstreifen des Flüssigkeitsdichtringes kommen kann und im weiteren zu einer Zerstörung des Kompressors führt. Daher eignen sich diese Kompressoren nur für niedrige Betriebsdrücke. Des weiteren sind derartige ein hohes Gewicht aufweisende Kompressoren stationär aufgestellt und nur bedingt transportierbar.
In der US 4,048,975 A ist ein Kolben beispielsweise für einen Kompressor bekannt geworden, der in Richtung seiner Längserstreckung radial umlaufende voneinander getrennte und mehrere sich schneidende bzw. gewendelte Ölfangnuten, verteilt an der Oberfläche derselben aufweist.
Radial umlaufende und sich schneidende Rillen sind über zylindrische Übergangsbereiche voneinander distanziert angeordnet, wobei die radial umlaufenden, im wesentlichen einen V-förmigen Querschnitt aufweisende Ölfangnuten einen mit dem Durchmesser des zylindrischen Übergangsbereiches korrespondierenden Durchmesser aufweisen.
Derartige Kolben für Kompressoren mit im Querschnitt V-förmigen Rillen, weisen den Nachteil auf, dass die zwischen den Ölfangnuten und Zylinderlauffläche gebildeten V-förmigen Öldichtringe nur mit einer in diesen während der Fortbewegung des Kolbens aufgebauten verringerten Kraftkomponente der von der komprimierten Luft aufgebauten Kraft dieser entgegenwirkt, wodurch insbesondere bei höheren Betriebstemperaturen und die damit verbundene Verringerung der Viskosität des Öles, die Gefahr des seitlichen Wegquetschens oder Abstreifens des Oldichtringes besteht.
Aus der weiters veröffentlichten DE 22 35 987 A ist ein Kolben für eine Hubkolbenmaschine, der in einem Zylinder geführt ist und mit einer Kolbenstange in Verbindung steht, bekannt. Der mehrere Einzelbauteile aufweisende Kolben besteht im wesentlichen aus mehreren sich zumindest bereichsweise überdeckenden Kolbenteile, wovon einer der Kolbenteile eine einen zylindrischen Mantel ausbildende Hülse aufweist.
In die an die Innenfläche des Zylinders angrenzende Aussenfläche der rohrförmigen elastisch verformbaren aus Polytetrafluorethylen bestehenden Hülse, sind Labyrinthnuten eingestochen, wobei die zwischen Nuten gebildeten Lippen sich im betriebswarmen Zustand spielfrei gleitend an der Zylinderlauffläche anschmiegen, während sie im kalten, also vor Erreichen der Betriebstemperatur, ein Spiel zwischen dem Kolben bzw. der Hülse und der Zylinderlaufbahn ausbilden, sodass sich eine Labyrinthdichtwirkung ergibt. Nachteilig ist hierbei, dass die eine grossflächige Reibfläche ausbildende Hülse einem hohen reibungsbedingten Verschleiss ausgesetzt ist, wodurch es über längere Einsatzdauer gesehen, es insbesondere im Bereich der Hochdruckstufe es zu Undichtheiten und somit zu einer Senkung des Wirkungsgrades kommt.
Des weiteren wird durch die ständige Festkörperreibung zwischen der Hülse und der Zylinderwandung eine hohe Wärmeenergie erzeugt, die nur über grossflächige Kühloberflächen, insbesondere Kühlrippen, etc., abgeführt werden kann, was zu einer Vergrösserung der Gesamtbaugrösse des
<Desc/Clms Page number 2>
Kompressors führt.
Gemäss dem weiters veröffentlichten Dokument JP 08-042452 A ist ein mehrstufiger Kompressor mit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Niederdruck- Mitteldruck- und Hochdruckstufe, bekannt. Der den Kolben umgebende Zylinder, ist von einer ringförmigen Keramikhülse umgeben, wobei der Kolben aus einem mit einem höheren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildeten Metall besteht. Der Kolben weist mehrere voneinander distanzierte in die Aussenfläche vertieft angeordnete Labyrinth - Nuten auf, wobei durch die zwischen den Nuten gebildeten Lippen ein Abstand zwischen dem Kolben und der Keramikhülse gebildet wird, der im kalten Betriebszustand grösser bemessen ist, als im warmen Betriebszustand.
Ein wesentlicher Nachteil ist vor allem im erhöhten reibungsbedingten Verschleiss, der sich einander berührenden unterschiedliche Materialien aufweisenden Kolben und Keramikhülse zu sehen.
Aus der WO 80/00600 A1 ist ein Hochdruckkompressor zum Verdichten von atmosphärischer Luft mit einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, bekannt. Die Kolben der Niederdruckstufe und Hochdruckstufe weisen mehrere zueinander beabstandete und radial umlaufende Labyrinth - Nuten auf, wobei sich die zwischen den Labyrinth - Nuten gebildeten Lippen im betriebswarmen Zustand spielfrei gleitend an der Zylinderlauffläche anschmiegen, während sie im kalten, also vor Erreichen der Betriebstemperatur, ein Spiel zwischen dem Kolben und der Zylinderlaufbahn aufweisen, so dass sich eine Labyrinth Dichtwirkung ergibt. Ein derartiger Kompressor weist hohe reibungsbedingte Verschleisse und Wärmeentwicklungen auf, wovon letztere nur über grosse Kühloberflächen abführbar sind.
Ein weiterer Nachteil dieser Ausbildung besteht auch darin, dass das mit einem Antriebsmotor angetriebene Kurbeltriebwerk durch eine Schubstange und eine mit dieser schwenkbeweglich verbundenen Kolbenstange verbunden ist, wobei die Kolbenstange in einem der Hochdruckstufe näher gelegenem Bereich über eine Führungsvorrichtung für die translatorischen Bewegungen geführt ist, wodurch einerseits hohe Massenkräfte durch die bewegten oszillierenden Massen auftreten.
Andererseits ist, um auftretende Schwingungen zu dämpfen, auch ein erhöhter konstruktiver und fertigungstechnischer Aufwand für die Herstellung derartiger Kompressoren erforderlich.
Aus dem weiters veröffentlichten Dokument FR 746 787 A1 ist ein mehrstufiger Hochdruckkompressor zum Verdichten von atmosphärischer Luft mit einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, ausgebildet sind, bekannt.
Nachteilig dabei ist, dass der eine komplizierte mechanische Konstruktion aufweisende Kompressor grosse zu bewegende Massen aufweist, wodurch nur ein geringer Wirkungsgrad und eine bedingte Standzeit, sowie Betriebssicherheit erreichbar ist. Des weiteren sind derartige ein hohes Gewicht aufweisende Kompressoren stationär aufgestellt und nur bedingt transportierbar.
Weiter sind bereits Kompressoren bzw. mehrstufige Kompressoren bzw. Verdichter bekannt Dubbel "Taschenbuch für den Maschinenbau", 15. Auflage, Springer-Verlag-Berlin 1983, Seite 777 - bei welchen in einem gemeinsamen Gehäuse eine Niederdruck- und eine Hochdruckstufe angeordnet ist, wobei in den konzentrisch ausgerichteten Zylinderkammern für die beiden Stufen jeweils ein Kolben vorgesehen ist, die über eine gemeinsame Kolbenstange starr miteinander verbunden sind. Zum Bewegen dieser Kolbenstange mit den beiden Kolben, die taktweise eine aufeinanderfolgende Höherverdichtung der Luft bewirken, dient ein mit einem Antriebsmotor betriebenes Kurbeltriebwerk. Die Weiterleitung der komprimierten Luft von einer Stufe zur Einlassöffnung der nächsten Stufe erfolgt über Wärmetauscher, insbesondere Luftkühler.
Nachteilig ist bei diesen Hochdruckkompressoren, dass der Antrieb aufwendig ist und ein hoher Verschleiss der Kolben vorliegt.
Aus der US 4,304,410 A ist eine Hochdruckdichtung für fluide Medien für ein Kolbenelement bekannt, wobei durch nahe aneinander angeordnete, umlaufende Ausnehmungen an der Seitenwand des Kolbens turbulente Strömungen erzeugt werden, welche die Abdichtung verbessern.
Eine Verbesserung der Abdichtung wird auch bei sich vergrössernden Abstand der Kolbenwand von der Zylinderwand erreicht.
Aus der US 1,492,397 A ist ein Kolbenelement bekannt, welches im äusseren Wandbereich umlaufende nutenförmige Ausnehmungen aufweist. Im oberen Bereich des Kolbenelements sind Ausnehmungen für die Aufnahme eines Kolbenringes ausgebildet.
Die US 2,291,243 A offenbart ein pneumatisches Ventil mit einem unter Druck stehendem Medium, welches auf der Seite einer Kolbenstange eines Zylinders enthalten ist. Eine Hülse um die
<Desc/Clms Page number 3>
Kolbenstange dichtet das fluide Medium ab. Die besondere Geometrie des Kolbens und des Zylinders verhindern ein Anschlagen des Kolbens an der Dichtung.
Die US 4,075,934 A beschreibt eine Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, welcher auf seiner äusseren Oberfläche ein sägezahnförmiges Wandprofil zur Olabstreifung aufweist. Die Zähne dieses Profils weisen eine Dicke zwischen 1 und 30 um auf und sind mit nicht metallischen Substanzen im Ausmass von 0,5 bis 6 % versetzt. Diese Substanzen können Metalloxid-compounde sein, bevorzugt Oxy-chloride und erhöhen die Härte auf 600 bis 800 HV.
Das Dokument GB 349 248 A beschreibt einen Kolben für Verbrennungskraftmaschinen zur Verbesserung des Ölverbrauchs bzw. der Ölabdichtung. Der Kolben weist zwei unabhängige Kolbenringe in einer gemeinsamen Ausnehmung auf, wobei der obere Kolbenring rechteckig und der untere die Form eines Trapezes aufweist.
Aus der US 4,313,368 A ist ein Kolben für Wärmekraftmaschinen bekannt, welcher eine Dekompressionskammer aufweist. In dieser Dekompressionskammer ist ein Ring mit geringem Durchmesser beweglich angeordnet. Der Kolben weist weiters Ausnehmungen an seiner Aussenseite auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochdruckkompressor aufzubauen, der neben einem hohen Wirkungsgrad eine hohe Standzeit und eine hohe Betriebssicherheit aufweist. Des weiteren soll dieser einfach und ohne grösserem Kraftaufwand transportiert werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhaft dabei ist, dass durch die kompakte Bauweise des in seiner Baugrösse klein bemessenen Hochdruckkompressors eine einfache Handhabung von einer Bedienperson und somit eine hohe Flexibilität in Hinblick auf den Transport an unterschiedliche Benutzungsorte gegeben ist. Durch den erfindungsgemässen, tragbaren Hochdruck-kompressor, der vorzugsweise zur Befüllung von Kartuschen für Pistolen und Sportgewehre verwendet werden kann ist es nunmehr möglich geworden, ohne grossen Kraftaufwand diesen von der Bedienperson beispielsweise bei Sportveranstaltungen einfach an unterschiedliche Benutzungsorte zu transportieren.
In den Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 2 und 3 ist von Vorteil, dass der im wesentlichen durch standardisierte kostengünstige Bauelemente zusammengesetzte, modulartig aufgebaute, tragbare Hochdruckkompressor ohne grossen Montage- und/oder Reparaturaufwand gegebenenfalls kostengünstig wieder betriebsfähig gemacht werden kann und ein einfaches Transportieren und daher ein Wechsel des Aufstellungsortes des Hochdruckkompressors einfach ermöglicht ist.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist von Vorteil, da jederzeit durch das Wechseln des Antriebsteiles, insbesondere des Antriebsmotors, eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen durchführbar ist.
Vorteilhaft ist auch eine weitere Ausgestaltung nach Anspruch 5, wodurch eine gleichmässige Belastung der Kolbenstange bei der Verdichtung in der Niederdruck- und der Hochdruckstufe erreicht werden kann. Durch diese zentrische Belastung ist auch eine gleichmässige Belastung der Kolben und damit ein annähernd gleichmässiger Verschleiss gegeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch die Merkmale im Anspruch 6 gelöst. Die sich daraus ergebenden überraschenden Vorteile dabei sind, dass durch die Anordnung einer Innenaufnahme für die die Schubstange U-förmig umfassende Kolbenstange, eine kleinbauende mechanische Konstruktion geschaffen werden kann, sodass der geringe zu bewegende Massen aufweisende Verdichtungsteil von einem kleiner dimensionierten Antriebsteil angetrieben werden kann und andererseits dadurch das Eigengewicht des gesamten Hochdruckkompressors für die Befüllung von Kartuschen von Pistolen oder Schiessgewehre verringerbar ist.
Des weiteren ist von Vorteil, dass durch die im wesentlichen in zur Längsmittelachse achsialen und radialen Richtung spielfrei miteinander verbundenen bewegten Bauelemente, kein Kippen oder Verspannen der Kolben oder des Kurbeltriebwerkes, insbesondere der Schubstange und Kolbenstange, sowie der Kurbelwange hervorruft, sodass ein mit einer hohen Standzeit und einem hohen Wirkungsgrad ausgebildeter Hochdruckkompressor geschaffen werden kann. Auf diese Weise können die von den zu bewegenden Massen abhängenden Massenkräfte erheblich reduziert werden, wodurch selbst bei diesen hohen Betriebsdrücken, nämlich von 200 bis 400 bar, vorzugsweise 300 bar, ein stabiles Betriebsverhalten während des Betriebes des erfindungsgemässen Hochdruckkompressors ermöglicht wird.
Vorteilhaft sind weiters die Ausbildungen nach den Ansprüchen 7 bis 9, wodurch eine platzspa-
<Desc/Clms Page number 4>
rende, geringe rotierende und translatorische Massen aufweisende und einfach herzustellende mechanische Konstruktion geschaffen werden kann.
Durch die Ausbildung nach Anspruch 10 ist es möglich, eine gegebenenfalls eintretende Verdrehung der Kolbenstange in einer zur Längsmittelebene senkrechter Richtung zu verhindern.
Vorteilhaft sind auch die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 11 und 12, da in jedem Betriebszustand ein radial umlaufender Öldichtring zwischen dem Kolben und der Zylinderlauffläche ausgebildet ist.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 13 ist von Vorteil, dass durch die zwischen der Zylinderlauffläche und den etwa halbkreisförmigen Rillen der Ölfangnuten gebildeten Öldichtringe eine Flüssigkeitsreibung zwischen den relativ zueinander bewegten Bauelementen ermöglicht wird, was zu einem geringeren reibungsbedingten Verschleiss und somit zu einer Erhöhung der Standzeit des Hochdruckkompressors beiträgt. Durch diese Öldichtringe kann in jedem Betriebszustand eine wirksame Abdichtung zwischen dem Verdichtungsraum und der Umgebung geschaffen werden.
Von Vorteil sind auch die Ausbildungen nach den Ansprüchen 14 und 15, wodurch eine einfache und kostengünstige Fertigung von Ölfangnuten ermöglicht wird.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung nach Anspruch 16 ist, dass trotz Anordnung von mehreren Kolben auf einer Kolbenstange jener Kolben, der einem höheren Verschleiss unterliegt, in kürzeren Intervallen getauscht werden kann und nicht die gesamte Kolbenstange mit beiden Kolben zu tauschen ist. Dies ermöglicht auch, die bereits eingelaufenen Kolben mit noch geringem Verschleiss beizubehalten, wodurch die gesamte Standzeit des Hochdruckkompressors in überraschender Weise verbessert werden kann. Durch die zusätzlich angeordnete Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Kolben und der Zylinderkammer in der Hochdruckstufe wird zusätzlich der Verschleiss des Kolbens im Bereich der Hochdruckstufe und in der Zylinderkammer - derselben - verringert und ein höherer Wirkungsgrad aufgrund der verbesserten Dichtheit in dem Druckbereich bis zu 300 bar erzielt.
Gleichzeitig wird durch die gegenseitige Führung der beiden Kolben in der Hochdruck- und Niederdruckstufe das Kippen der Kolben und der damit verbundene Verschleiss zuverlässig ausgeschaltet.
Gemäss Anspruch 17 wird ein für die Abdichtung erforderlicher Öldichtring gebildet, der eine Rückströmung der verdichteten Luft unterbindet und eine verkürzte Füllzeit ergibt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und die dafür erzielten Vorteile sind in der speziellen Beschreibung angegeben.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Hochdruckkompressor in vereinfachter, schematischer Darstellung, in Seitenan- sicht geschnitten;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Hochdruckkompressor nach Fig. 1, ebenfalls in stark verein- fachter, schematischer Darstellung, teilweise geschnitten;
Fig. 3 einen Teil der Zylinderkammer im Hochdruckteil mit dem zwischen den Kolben und Zy- linderkammer vorgesehenen Ölfangnuten;
Fig. 4 einen Teil der Zylinderkammer im Hochdruckteil mit den Ölfangnuten geschnitten und in stark vereinfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 5 einen Teil der Zylinderkammer im Hochdruckteil mit einer anderen Ausführung der Öl- fangnuten geschnitten und in stark vereinfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 6 einen erfindungsgemässen tragbaren Hochdruckkompressor in Draufsicht und in stark vereinfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 7 der tragbare Hochdruckkompressor in Draufsicht und in Längsrichtung geschnitten und in stark vereinfachter, schematischer Darstellung.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merk-
<Desc/Clms Page number 5>
malskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
In den Fig. 1 bis 3 ist ein Hochdruckkompressor 1 gezeigt, der ein Gehäuse 2 aufweist, welches zweckmässigerweise auch mehrteilig ausgebildet sein kann. In dem Gehäuse 2 sind einander gegenüberliegend eine Niederdruckstufe 3 und eine Hochdruckstufe 4 angeordnet. Dazu ist in dem Gehäuse 2 eine Zylinderkammer 5 für die Niederdruckstufe 3 und eine Zylinderkammer 6 für die Hochdruckstufe 4 ausgebildet. Zwischen den beiden Zylinderkammern 5,6 ist ein Ölsumpf 7 angeordnet. Jeder der beiden Zylinderkammern 5,6 ist mit einem Kolben 8 in der Niederdruckstufe 3 und einem Kolben 9 in der Hochdruckstufe 4 ausgestattet. Die beiden Kolben 8,9 sind dabei auf einer gemeinsamen Kolbenstange 10, bevorzugt unter Zwischenschaltung einer Verbindungsvorrichtung 11und/oder 12 für den Kolben 8 und/oder 9 der Niederdruck- und/oder Hochdruckstufe 3, 4 befestigt.
In der einfachsten Form kann diese Verbindungsvorrichtung 11,12 durch eine Schraubverbindung, also unter Anordnung eines Innen- und Aussengewindes erfolgen, wobei der jeweilige Kolben 8 bzw. 9 über eine Gegenmutter 13 gesichert werden kann. Es ist dabei auch jegliche andere Befestigungsart aus dem Stand der Technik für die Befestigung der beiden Kolben 8,9 auf der Kolbenstange 10 verwendbar. Wesentlich ist dabei, dass die beiden Kolben 8,9 starr auf der Kolbenstange 10 konzentrisch und aufeinander zentriert angeordnet sind.
Die Kolbenstange 10 bzw. einer der beiden Kolben 8,9 ist mit einem Kurbeltriebwerk 14 gekuppelt, das beispielsweise aus einer Schubstange 15, einer Exzenterscheibe 16 und einer diesem zugeordneten Antriebsmotor 17 sowie beliebige andere Teile wie sie zwischen Getriebe oder zusätzliche Übertragungselemente oder dgl. gebildet sein kann. Bevorzugt ist jedoch die Schubstange 15 über die Exzenterscheibe 16 direkt mit dem elektrischen Antriebsmotor 17 gekuppelt, um den Aufwand so gering wie möglich zu halten und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
Die Schmierung der mechanischen Teile kann dabei derart erfolgen, dass diese zumindest teilweise in ein Öl 18 des Ölsumpfes 7 eintauchen, wodurch das Öl 18 herumgeschleudert und auf die Kolben 8,9 verteilt bzw. in die Zylinderkammern 5,6 eingespritzt wird.
Zur Abdichtung des Kolben 8 in der Niederdruckstufe 3 gegenüber der Zylinderkammer 5 sind am Kolben übliche Kolbenringe 19 oder ähnliche Schleifdichtungen oder sonstige Dichtelemente angeordnet.
Zur möglichst verschleisslosen, verlustarmen Abdichtung zwischen dem Kolben 8 in der Niederdruckstufe 3 und dem Kolben 9 in der Hochdruckstufe 4 und der Zylinderkammer 6 in der Hochdruckstufe 4 sind am Kolben 9 radial umlaufende Ölfangnuten 20 angeordnet, in welchen sich das vom Ölsumpf 7 bzw. durch die Ölschmierung zugeführte Öl 18 sammelt und damit einen umlaufender, keilförmiger Öldichtring 21 zwischen Kolben 9 und Zylinderkammer 6 bilden.
Durch die Anzahl der in Längsrichtung der Kolbenstange 10 beabstandet nebeneinander angeordneten Ölfangnuten 20, kann eine ausreichende Abdichtung auch in hohen Druckbereichen von beispielsweise 200 bis 400 bar, bevorzugt 300 bar, einwandfrei erreicht werden. Die Art und Ausführung dieser Ölfangnuten 20 ist aus dem Stand der Technik bekannt, wobei die Ölfangnuten 20 zur Längsachse der Kolbenstange 10 konisch über den Umfang des Kolbens 9 angeordnet sind, sodass der Aufbau eines konischen Öldichtringes 21 zwischen Kolben 9 und Zylinderkammer 6 verstärkt wird. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass auch bei unterschiedlichen Toleranzen, d. h. unterschiedlichen Betriebstemperaturen des Hochdruckkompressors 1 eine sichere und gleichzeitig auch verschleissarme Abdichtung erreicht werden kann, da keine direkte metallische Berührung der Teile erfolgt.
Um eine ausreichende Abdichtung zwischen dem Kolben 9 und der Zylinderkammer 6 in der Hochdruckstufe 4 zu erreichen, ist entsprechend den aus dem Stand der Technik bekannten Vorgaben ein Aussendurchmesser 22 des Kolbens 9 und ein Innendurchmesser 23 der Zylinderkammer 6 exakt aufeinander abzustimmen.
Die Funktion des Hochdruckkompressors ist nun folgendermassen: Über ein Rückschlagventil 24 wird atmosphärische Luft 25 durch eine Ansaugleitung 26 während des Ansaugvorganges des Kolben 8 in die Zylinderkammer 5 der Niederdruckstufe 3 angesaugt.
Während der Verdichtungsbewegung des Kolben 8 wird die angesaugte Luft 25 in der Zylinderkammer 5 verdichtet, um nach Erreichen des gewünschten Enddruckes und Öffnen eines Überdruckventils 27 in eine Verbindungsleitung 28 hinausgepresst.
<Desc/Clms Page number 6>
Die in die Verbindungsleitung 28 hineingepresste Luft wird über einen Wärmetauscher 29, insbesondere eine Luftkühlung, zu einem Einlassventil 30 zugeführt. Zwischen dem Wärmetauscher 29 und dem Einlassventil 30 kann ein weiteres Rückschlagventil 31 angeordnet sein. Das Einlassventil 30, sowie die anderen Ventile und Rückschlagventile sowohl auf der Niederdruckstufe 3 als auch auf der Hochdruckstufe 4 können selbstverständlich durch jede beliebige Ventilanordnung, beispielsweise auch elektropneumatische Ventile, manuell gesteuerte oder mechanisch betätigte Ventile oder Einlassschlitze mit zugeordneten Verschlusselementen und Steuerkanten und dgl. gebildet sein.
Üblicherweise ist dabei im Kolben 9 der Hochdruckstufe 4 ein Steuerkanal 32 eingelassen, der im Zusammenwirken mit einer Einlassöffnung 33 des Einlassventils 30, über seine Steuerkante 34 den Eintritt der verdichteten Luft aus der Verbindungsleitung 28 in die Zylinderkammer 6 ermöglicht. Durch die Verdichtung der in der Verbindungsleitung 28 befindlichen Luft strömt schlagartig in die Zylinderkammer 6 ein und wird dann auf den vorgeplanten Wert verdichtet. Die Höhe der Verdichtung kann beliebig festgelegt werden, beispielsweise durch Anordnung eines Überdruckventils 35 in einer Druckleitung 36, die mit dem stirnseitigen geschlossenen Ende der Zylinderkammer 6 verbunden ist bzw. in diese einmündet. Es ist aber auch jede andere Steuermöglichkeit zum Ablassen der verdichteten Luft, beispielsweise auch mechanisch gesteuerten Ventilen, möglich.
In der Druckleitung 36 können dann übliche Armaturen, wie beispielsweise eine Wartungseinheit für die Druckluft oder auch nur ein Manometer 37 sowie ein Kondensatabscheider 38 angeordnet sein. Die Anordnung dieser Teile ist in unterschiedlichsten Varianten aus dem Stand der Technik bekannt und kann daher jede beliebige, aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtung und Einheit hier verwendet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass durch entsprechende Steuerung des Überdrucks in der Druckleitung 36 eine Entleerung des Kondensats in einem Kondensatabscheider 38 erfolgen kann. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist es auch üblich, beim Anfahren des Hochdruckverdichters vorerst über ein Umgehungsventil die Druckleitung 36, beispielsweise mit der freien Atmosphäre zu verbinden, um den Druckaufbau ohne allzu grossen Widerstand zu ermöglichen.
Im nachgeordneten Bereich sind die zur Befüllung notwendigen Füllstationen 39 bereitgestellt.
Die Verbindung zwischen der Kolbenstange 10 und der Kolben 8 und/oder 9 kann selbstverständlich auch durch entsprechende Bolzen, Presssitz, Schraub- oder Schrumpfverbindung, durch Klebung sowie auf alle anderen bekannten technischen Füge- und Befestigungsverfahren, die ohne Zerstörung der Bauteile wieder lösbar sind, erfolgen. Das Kurbeltriebwerk 14 besteht im wesentlichen aus Kurbelwangen, Schubstange sowie einem einwelligen Verbundkolben, der aus der Kolbenstange 10 sowie den feststehend, jedoch bedarfsweise darauf befestigten Kolben 8 und/oder 9 besteht.
In der Fig. 4 ist ein Teilbereich des modulartig aufgebauten Hochdruckkompressors 1, insbesondere die Hochdruckstufe 4 mit den zwischen dem Kolben 9 und der Zylinderkammer 6 gebildeten Öldichtringen 21, im Längsschnitt und in stark vereinfachter, schematischer Darstellung, gezeigt. Eine konzentrisch um eine Längsmittelachse 40 umlaufende Kolbenlauffläche 41 begrenzt den Aussendurchmesser 22 des Kolbens 9. Die Längsmittelachse 40 verläuft in Längsrichtung des Hochdruckkompressors 1, insbesondere der Zylinderkammern 5,6. Eine der Kolbenlauffläche 41 zugewandte Zylinderlauffläche 42, umgrenzen mit dieser und mit zumindest einer Ölfangnut 20 zumindest einen Öldichtring 21.
Die Zylinderlauffläche 42 bildet einen geringfügig grösseren konzentrisch um die Längsmittelachse 40 umlaufenden Hohlzylinder mit dem Innendurchmesser 23 aus, als ein konzentrisch um die Längsmittelachse 40 umlaufender Kolben 9 mit dem Aussendurchmesser 22 und bildet einen Spalt 43 bzw. eine Toleranz aus, der bzw. die über zwischen eine oder mehrere, zumindest zweier zueinander benachbarter Ölfangnuten 20 und der Zylinderlauffläche 42 gebildeten Öldichtringe 21 abgedichtet ist.
Der Öldichtring 21 der mittels des durch die Kapillarwirkung aufgebauten Flüssigkeitsdichtringes, insbesondere Öldichtringes 21, gebildet ist, ermöglicht eine vollständige Abdichtung des Kobens 9 bzw. eines Verdichtungsraumes, in dem sich die weiters zu komprimierende Luft zumindest zeitweise befindet, gegenüber der Umgebung, wobei sich die zu komprimierende Luft am Öldichtring 21 abstützt bzw. welche an diesem angrenzt. Die Abmessung des Spaltes 43 ist derart gewählt, dass auch bei Erreichen der Betriebstemperatur ein geringfügiger Abstand bzw. Spalt 43 ausgebildet wird. Auf diese Weise kann eine verschleissbedingte Festkörperreibung der Kolbenlauffläche 41 und der Zylinderlauffläche 42
<Desc/Clms Page number 7>
vermieden werden.
Daher ist in jedem Betriebszustand zwischen der Kolbenlauffläche 41 und der Zylinderlauffläche 42 eine durch den Öldichtring 21 hervorgerufene Flüssigkeitsreibung zwischen diesen vorhanden, das vor allem eine wesentlichen Anhebung der Standzeit und des Wirkungsgrades des Hochdruckkompressors 1 ermöglicht.
Der Kolben 9 der Hochdruckstufe 4 weist in seiner Längserstreckung mehrere von über zumindest einen zylindrischen Übergangsbereich 44 voneinander getrennte und zueinander parallel über den Umfang verlaufende Ölfangnuten 20 auf, die durch zwei in Richtung der Längsmittelachse 40 aufeinander zulaufende Stützflächen 45,46 bzw. Umfangsflächen gebildet sind. Zumindest eine der beiden Stützflächen 45,46, bevorzugt die einem stirnseitigen Ende 47 des Kolbens 9 nähergelegene, eine einen Nutboden 48 ausbildende Stützfläche 46, verläuft in Richtung des stirnseitigen Endes 47, zumindest konisch aufweitend, auf den zylindrischen Übergangsbereich 44 zu, sodass im wesentlichen ein um die Längsmittelachse 40 kegelstumpfförmiger Rotationskörper ausgebildet wird, dessen grössere Querschnittsabmessung dem Ende 47 zugewandt ist.
Die dem Nutboden 48 zugewandte weitere Stützfläche 45, ist bevorzugt senkrecht auf die Längsmittelachse 40 der Zylinderkammer 6 ausgerichtet, sodass diese, mit der Stützfläche 46, wie in dieser dargestellten Querschnittsebene ersichtlich, einen Winkel 49 einschliessen, der kleiner 90 , z. B. zwischen 70 und 10 , insbesondere 45 beträgt. Bevorzugt ist eine dem Ende 47 benachbarte Breite des zylindrischen Übergangsbereiches 44 grösser ausgebildet, als die weiteren Breite der weiteren konzentrisch um die Längsmittelachse 40 umlaufenden und jeweils um eine Öffnungsweite 50 der Ölfangnuten 20 voneinander distanzierten Übergangsbereiche 44. Die zwischen den Öffnungsweiten 50 der zylindrischen Übergangsbereiche 44 bemessene Breite, ist zumindest geringfügig grösser bemessen, als eine Breite des Einlassventiles 30.
Die Breite der Übergangsbereiche 44 ist beispielsweise kleiner bemessen als die Öffnungsweite 50 der Ölfangnuten 20, jedoch ist diese zumindest geringfügig grösser bemessen als eine maximale Breite des Einlassventiles 30. Natürlich kann die Breite der Übergangsbereiche 44 auch grösser als die Öffnungsweite 50 bemessen werden. Der dem Verdichtungsraum 51 der Hochdruckstufe 4 zugewandte Endbereich 52 des Kolbens 9, der im wesentlichen durch mehrere aneinandergereihte, sich in Richtung des von der Kolbenstange 10 abgewandten Endes 47 konisch erweiternde Kegelstumpf körper gebildet ist. Der Kolben 9 ist bevorzugt einstückig und materialeinheitlich, zweckmässig aus einem Werkzeugstahl, gebildet.
Der Einlass in die Zylinderkammer 6 kann auch durch eine Luft-Einlassbohrung 53, wie diese in der Fig. 5 dargestellt ist, gebildet werden. Dabei ist keine zusätzliche Steuerkante 34 am Kolben 9 nötig.
Eine andere Ausführungsvariante besteht darin, dass, wie in strichlierten Linien dargestellt, die Stützfläche 46 bzw. der Nutboden 48 und/oder die Stützfläche 45 der Ölfangnuten 20 in Richtung zur Stützfläche 45, in etwa konkav gekrümmt verläuft. Eine andere, nicht weiters dargestellte Ausführung besteht darin, dass die Ölfangnuten 20 durch in Richtung der Kolbenstange 10 geneigt aufeinander zulaufende, daher spitzwinkelige, Stützflächen 45 und 46 gebildet wird.
Natürlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Oberflächen der Stützflächen 45 und 46 aufgerauht sind, wodurch eine bessere Oberflächenhaftung des Öldichtringes 21 zwischen den beiden Stützflächen 45,46 bzw. an der Ölfangnut 20 erreichbar ist.
Kurz vor Erreichen eines unteren Totpunktes UT des Hochdruckkolbens 9, wird die vorkomprimierte Luft der Niederdruckstufe 3 wird über die Verbindungsleitung 28 in die Zylinderkammer 6 der Hochdruckstufe 4 eingepresst bzw. angesaugt, indem das mit der Verbindungsleitung 28 strömungsverbunden Einlassventil 30 oder die Luft-Einlassbohrung 53 freigegeben wird. Während der Vorwärtsbewegung des Hochdruckkolbens 9 in Richtung seines oberen Totpunktes OT wird die in der Zylinderkammer 6 bereits vorkomprimierte Luft, weiters verdichtet, bis der gewünschte Enddruck erreicht ist. Die mit voreinstellbarem Druck zur Befüllung über die Druckleitung 36 an eine Wartungseinheit weitergegeben komprimierte Luft wird nach der Aufbereitung in dieser, direkt zur Befüllung von Kartuschen von Schiesswaffen verwendet.
Dadurch sind keine weiteren Luftspeicher, in denen die komprimierte Luft gespeichert wird, erforderlich. Die Kartusche ist zweckmässig nur in eine Richtung durchströmbar, wie dies beispielsweise über eine Rückschlagventil möglich ist, ausgebildet. Natürlich können auch strömungsdichte bzw. luftdichte elastische und selbstwiederverschliessbare Elemente, die nur zur Befüllung kurzzeitg durchströmt werden, verwendet werden.
Der überraschende Vorteil der Flüssigkeitsdichtung liegt vor allem darin, dass auch bei unterschiedlichen Toleranzen, daher unterschiedlichen Betriebstemperaturen des Hochdruckkompres-
<Desc/Clms Page number 8>
sors 1, eine sicher und gleichzeitig auch verschleissarme Abdichtung erreicht werden kann, da zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen, insbesondere dem Kolben 9 und der Zylinder- lauffläche 42, der den Spalt 43 zumindest bereichsweise ausfüllende Öldichtring 21 gebildet ist, wodurch in keinem der Betriebszustände eine metallische Berührung, daher Festkörperreibung, erfolgt.
In der Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsvariante des im Hochdruckkompressor 1 in der Hoch- druckstufe 4 einzusetzenden Kolbens 9, in stark vereinfachter, schematischer Darstellung gezeigt.
Die Ölfangnuten 20 des Kolbens 9, insbesondere die Nutböden 48, werden durch über zylindrische Übergangsbereiche 44 voneinander distanzierte, radial umlaufende, im Querschnitt halbkreisförmi- ge Rillen 54 gebildet, in welchen das Öl 18 aus dem Ölsumpf gesammelt wird und einen radial durchgängigen Öldichtring 21 zwischen der Kolbenlauffläche 41, den Rillen 54 und der Zylinder- lauffläche 42 ausbilden. Ein durch eine parallel zu der Längsmittelachse 40 verlaufende Mantellinie des Kolbens 9 und eine senkrecht zur Längsmittelachse 40 ausgerichtete Symmetrieachse der Ölfangnuten 20 gebildeter gemeinsamer Schnittpunkt bildet einen Mittelpunkt für den Radius der Rillen 54 aus.
Die Ölfangnuten 20 des Kolbens 9 können aber auch bogenförmig ausgebildet werden, wobei sich ein Kreisbogensegment in zur Kolbenlauffläche 41 abgewandter Richtung zur Längsmittelachse 40 erstreckt, sodass eine Öffnungsweite 50 kleiner bemessen ist, als ein Durch- messer bzw. doppelter Radius "r" an der Mantellinie des Kolbens 9. Daher weisen die der Längs- mittelachse 40 zugewandten Ölfangnuten 20 einen gekrümmten, insbesondere konkaven Nutbo- den 48 auf.
Die an der umfangseitigen Kolbenlauffläche 41 bemessene Öffnungsweite 50 entspricht einem Durchmesser, der zwischen 0,6 mm und 5 mm, beispielsweise zwischen 1 mm und 4 mm, bevor- zugt 1 mm ausgebildet ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich, sind die Ölfangnuten 20 unmittelbar unter Zwischenanordnung der zylindrischen Ubergangsbereiche 44 angeordnet, wobei eine Öff- nungsweite 50 grösser bemessen ist, als eine Breite der zylindrischen Übergangsbereiche 44. Eine andere konstruktive Ausgestaltung und der Einbau des Kolbens 9 werden noch in den gemeinsam beschriebenen Fig. 6 und 7 beschrieben werden.
In den Fig. 6 und 7 ist eine andere Ausführung des erfindungsgemässen Hochdruckkompres- sors 1 schematisch vereinfacht in verschiedenen Ansichten bzw. Schnitten dargestellt. Dieser Hochdruckkompressor 1, der vornehmlich zur Befüllung von Kartuschen bzw. Schiessgewehren ausgebildet ist, weist das zweckmässig mehrteilig ausgebildete Gehäuse 2 auf, in dem einander gegenüberliegend die Niederdruckstufe 3 und Hochdruckstufe 4 angeordnet sind. Ein rohrförmiger Vorratsbehälter 55 ist an gegenüberliegende Seitenwände 56 ; jeweils mit einem Führungselement 58,59, insbesondere einer Laufbuchsen 60 ; versehen, mit denen, an einem dem in den Vorratsbehälter 55 eingesetzten Endbereiche gegenüberliegende Endbereiche der Laufbuchsen 60 ; 61 die Zylinderkammern 5; 6 zweckmässig distanziert zu dem Vorratsbehälter 55 angeordnet bzw. aufgenommen sind.
Einer der Endbereiche der Laufbuchsen 60 ; sind mit jeweils einer konzentrisch um die Längsmittelachse 40 umlaufenden Bohrung in dem Vorratsbehälter 55 form- und/oder kraftschlüs- sig, insbesondere kraftschlüssig verbunden. Eine derartige Verbindung kann durch eine Schrauben - Gewindeanordnung oder Passungen oder Klebeverbindung oder Lötverbindung oder Schweiss- verbindung etc. gebildet werden. Die konzentrisch um die Längsmittelachse 40 umlaufenden Zylinderkammern 5 ; 6 sind über eine Schraubenanordnung 62, insbesondere Spannschrauben, bewegungsfest mit dem Vorratsbehälter 55 verbunden.
Jede der beiden Zylinderkammern 5 ; 6 bzw. die Laufbuchsen 60 ; sind mit je einem Kolben 8 in der Niederdruckstufe 3 und einem Kolben 9 in der Hochdruckstufe 4 ausgestattet. Die beiden Kolben 8,9 sind dabei auf der gemeinsamen Kolbenstange 10, bevorzugt unter Zwischenschaltung der Verbindungsvorrichtung 11und/oder 12 für den Kolben 8 und/oder 9 der Niederdruck- und/oder Hochdruckstufe 3,4 bedarfsweise lösbar befestigt. In der einfachsten Form kann die Verbindungs- vorrichtung 12 durch eine Schraubverbindung, insbesondere einer Spannmutter, gebildet werden.
Ein Achsstummel 63 des Elektromotors 17 mit einer senkrecht auf die Längsmittelachse 40 der Laufbuchsen 60 ; bzw. der Zylinderkammern 5 ; 6 ausgerichteten Mittelachse 64, ist mit dem Kurbeltriebwerk 14 verdrehfest verbunden und überträgt das Drehmoment des Achsstummels 63 des Antriebsmotor, insbesondere Elektromotors 17 auf eine Kurbelwange 65 und der mit der Kurbelwange 65 antriebsverbundenen Schubstange 15, die die rotatorische Bewegung der
<Desc/Clms Page number 9>
Kurbelwange 65 in eine translatorische Bewegung der Kolben 8,9 umsetzt und somit ein taktweise aufeinanderfolgendes Verdichten der angesaugten atmosphärischer Luft 25 in den Zylinderkammern 5,6 bewirkt. Wesentlich ist dabei, dass die beiden gegenüberliegenden Kolben 8,9 starr auf der Kolbenstange 10 konzentrisch und aufeinander zentriert angeordnet sind.
Der Antriebsmotor, insbesondere Elektromotor 17 mit einem einstückig angeformten Anschlussflansch, ist unter Zwischenschaltung einer weiteren, mit dem Anschlussflansch korrespondierenden Befestigungsplatte 66 direkt und senkrecht zur Längsmittelachse 40 der Zylinderkammer 5,6 angeordnet, sodass die Längsmittelachse 40 und die Mittelachse 60 senkrecht aufeinander ausgerichtet sind. Zweckmässig ist die kreiszylinderförmige Befestigungsplatte 66 form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere kraftschlüssig, mit dem Vorratsbehälter 55 ortsfest verbunden, mit dem der Antriebsmotor, insbesondere Elektromotor 17 über eine bedarfsweise lösbare Befestigungsanordnung 67 an den Vorratsbehälter 55 auswechselbar gekoppelt ist.
Die Befestigungsplatte 66 und die dieser zugewandte Seitenwand 68 des Vorratsbehälters 55, sind mit einer konzentrisch um die Mittelachse 64 umlaufenden Bohrung ausgestattet, welche von dem Achsstummel 63 des Elektromotors 17 durchsetzt sind. Der Antriebsmotor, insbesondere Elektromotor 17 ist an einer, einer nicht weiters dargestellten Aufstandsfläche nähergelegenen Seite mit schwingungsdämpfenden Abstützelementen 69, insbesondere Aufstellfüsse versehen, wobei sich zwischen zweier diagonal zueinander versetzter Abstützelemente 69, zumindest ein bügelartiger Traggriff 70 erstreckt, was das Transportieren des ein geringes Gewicht aufweisenden Hochdruckkompressors 1 an unterschiedliche Aufstellungsorte ohne grösseren Kraftaufwand des Benutzers ermöglicht.
Zweckmässig werden die Abstützelemente 69, insbesondere die Aufstellfüsse, mit einem schwingungsdämpfenden Kunststoff ausgestattet.
Des weiteren ist der, durch ein einen etwa rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Hohlprofil 71 gebildete Vorratsbehälter 55 an seinem, einer der Aufstandsfläche benachbarten stirnseitigen Unterseite zusätzlich mit dem Abstützelement 69 versehen, welches an einer den Vorratsbehälter 55 an der Unterseite verschliessenden Deckplatte befestigt ist. An einer der Deckplatte an der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Vorratsbehälters 55 ist ein weiteres bedarfsweise lösbares Deckelelement angeordnet, um ein bedarfsweises Nachfüllen des Öles 18 in den Vorratsbehälter 55 zu ermöglichen.
Der Vorratsbehälter 55 ist zusätzlich mit einem, nicht weiters dargestelltem, Ölschauglas zur Kontrolle des Ölstandes ausgestattet. Über ein im wesentlichen ein selbst wiederverschliessbares, insbesondere federkraftbeaufschlagtes Ventil 72 bildendes Rückschlagventil 24 wird atmosphärische Luft 25 unmittelbar in die Zylinderkammer 5 der Niederdruckstufe 3 während des Ansaugvorganges des Kolbens 8 angesaugt.
Nach dem Verdichtungsvorgang und dem Erreichen des gewünschten Enddruckes in der Niederdruckstufe 3 wird die verdichtete Luft über die Verbindungsleitung 28 in die weitere Stufe, der Hochdruckstufe 4, insbesondere über eine Luft-Einlassbohrung 53 in der Laufbuchse 61 in die Zylinderkammer 6 eingepresst. Die im wesentlichen über die gesamte Länge gewendelte Verbindungsleitung 28 bildet im wesentlichen den Wärmetauscher 29 aus.
Ist der gewünschten und veränderbare Endruck in der Hochdruckstufe 4 erreicht, wird die verdichtete Luft über die Druckleitung 36 in eine bevorzugt mit dem Traggriff 70 lösbar verbundene Wartungseinheit 73, die mit üblichen aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen und Einheiten, wie Kondensatabscheider 38, Drosselrückschlagventil, Manometer 37, gegebenenfalls Absperrventil, Druckminderungsventil etc. und mit einem oder mehreren Anschlusselementen 74 versehen ist, weitergeleitet. In der Wartungseinheit 73 wird die komprimierte Luft entsprechend den gestellten Anforderungen, in bezug auf Befülldruck, Füllmenge, Feuchte, Ölanteil etc. aufbereitet.
Zur Befüllung einer nicht weiters dargestellten Kartusche einer Pistole oder Schiessgewehres, ist zur Strömungsverbindung derselben, die Wartungseinheit 73 mit einem oder mehreren Anschlusselemente 74 versehen, die über eine flexible Verbindungsleitung mit einem Anschlussteil 75 strömungsverbindbar ist. Der Anschlussteil 75 ist mit einem mit diesen korrespondierende Anschlussteil an der Kartusche etc. verbindbar. Der Anschlussteil 75 kann beispielsweise durch eine Schraubengewindeanordnung oder Schnapp- und/oder Rastverbindung etc. gebildet werden.
Damit in dem Vorratsbehälter 55, um keinen Widerstand während des Komprimiervorganges bzw. Ansaugvorganges durch einen Gegendruck bzw. Gegenkraft auf die Kolben 8,9 auszuüben, eine Druckausgleichsleitung 76, welche sich bevorzugt zwischen der Zylinderkammer 5 und dem Vorratsbehälter 55 erstreckt.
<Desc/Clms Page number 10>
Einen wesentlichen Vorteil des erfindungsgemässen tragbaren Hochdruckkompressors 1 für die Befüllung von Kartuschen oder Schiessgewehren liegt darin, dass dieser im wesentlichen modulartig und kleinbauend aufgebaut ist, wobei im wesentlichen eines der Module durch einen Verdichtungsteil und das andere Modul durch einen Antriebsteil gebildet ist. Der direkt an den Verdichtungsteil angeflanschte standardisierte und kostengünstige Elektromotor 17 weist ein relativ hohes Eigengewicht auf, sodass die rotatorischen und translatorischen Bewegungskräfte durch das schwingungsdämpfende Abstützen der Abstützelemente 69 des Elektromotors 17 und des Verdichtungsteiles, die Bewegungskräfte bzw. Massenkräfte, die des weiteren Schwingungen hervorrufen würden, effizient abgedämpft werden können.
Dadurch können die durch die hohe Betriebsdrücke, die zwischen 200 bar bis 400 bar, insbesondere bei 300 bar liegen, hervorgerufenen Massenkräfte, die des weiteren eine Schwingung hervorrufen, effizient abgedämpft werden. Dadurch wird ein stabiles Betriebsverhalten bei optimaler Arbeitspunkteinstellung erreicht.
In der Fig. 7 ist nunmehr ein Längsschnitt in horizontaler Ebene des Hochdruckkompressors 1 mit dem Verdichtungsteil und dem Teilbereich des Antriebsteiles in geschnittener Ansicht dargestellt.
Wie nunmehr aus der Fig. 7 besser ersichtlich, ist die jeweils in ihren Endbereichen 77,78 den Kolben 8, 9 aufweisende einstückige bzw. einteiligen Kolbenstange 10, in einem ihrer Endbereiche 77,78, insbesondere in dem dem Kolben 8 zugewandten Endbereich 77 von der Schubstange 15 quer zur Längserstreckung derselben U-förmig oder C-förmig umfasst und in dem weiteren, dem Endbereich 77 gegenüberliegenden Endbereich 78 L-förmig ausgebildet. Natürlich kann die Kolbenstange 10 auch mehrteilig ausgebildet werden, dessen Einzelteile über aus dem Stand der Technik bekannte form- und/oder kraftschlüssige Verbindungsmittel verbunden werden.
Der eine Innenaufnahme 79 für die Kolbenstange 10 und Schubstange 15 aufweisende Kolben 8 der Niederdruckstufe 3, weist für die Kolbenstange 10 und die Schubstange 15 eine gemeinsame, quer zur Längsmittelachse 40 verlaufende Mittelachse 80 auf, in die ein die Kolbenstange 10 positionierender und die Schubstange 15 verschwenkbeweglich lagernder, die Verbindungsvorrichtung 11bildender Kolbenbolzen 81 konzentrisch umläuft. Ein Aussendurchmesser des Querschnittes der Kolbenstange 10, im Endbereich 77, ist geringfügig kleiner bemessen als ein Innendurchmesser der Innenaufnahme 79 des Kolbens 8. Die von dem Kolbenbolzen 81 in dem Endbereich 77 etwa um eine Breite der Schubstange 15 voneinander distanzierten und von dem Kolbenbolzen 81 durchsetzten Schenkeln 82 ; 83, weisen in einer zu ihrer Längserstreckung senkrechten Ebene einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt auf.
Ein im Querschnitt halbkreisförmiger Zwischenbereich, insbesondere zumindest einer der beiden Schenkeln 82 ; 83, insbesondere der Schenkel 83, erstreckt sich zwischen den gegenüberliegenden Endbereichen 77 und 78 und überträgt über diesen die translatorische Bewegung in Längsrichtung der Längsmittelachse 40. Der von der Längsmittelachse 40 in abgewandter Richtung des Antriebsmotor, insbesondere Elektromotors 17 gelegener und sich in Längsrichtung der Längsmittelachse 40 erstreckender Schenkel 83 und der zwischen diesem Schenkel 83 und der dem Elektromotor 17 nähergelegenem Schenkel 82, nehmen die im Querschnitt etwa rechteckförmige Schubstange 15 auf, wobei einander zugewandte Breitseitenflächen 84 ;85 zweckmässig aneinander gleiten.
Eine Breite 86 der Schubstange 15 ist geringfügig kleiner bemessen als eine Öffnungsweite 87 zwischen den beidseitig gegenüberliegenden Schenkeln 82 und 83, sodass die innerhalb der Kolbenstange 10 relativ verschwenkbewegliche Schubstange 15 und die längs der Längsmittelachse 40 relativ bewegliche bzw. verschiebbare Kolbenstange 10 mit den Kolben 8,9 in einer quer zur Längsmittelachse 40 verlaufenden Richtung im wesentlichen spielfrei zueinander geführt bzw. gelagert sind.
Die einander zugewandten Breitseitenflächen 84 ; 85 bilden zumindest bereichsweise jeweils eine Führungsfläche 88 ; 89 für die in Richtung einer zur Längsmittelachse 40 senkrechten Ebene relativ beweglichen Schubstange 15 aus, sodass die Schubstange 15 und Kolbenstange 10 zueinander in senkrechter Richtung zur Längsmittelachse 40 und in einer zur Längsmittelachse 40 querenden Richtung im wesentlichen spielfrei geführt sind. Ein dem vom Kolbenbolzen 81 durchsetztem Endbereich, gegenüberliegender Endbereich der Schubstange 15, ist über einen Kurbelzapfen 90 mit der Kurbelwange 65 antriebsverbunden, wobei einer seiner Endbereiche mit der Kurbelwange 65 bewegungsfest verbunden ist und der weitere, diesem Endbereich gegenüberliegender Endbereich über eine in der Schubstange 15 angeordneten Lageranordnung 91 verschwenkbeweglich gelagert ist.
Die bevorzugt durch ein Nadellager gebildete Lageranordnung 91 lagert den Kurbelzapfen 90
<Desc/Clms Page number 11>
in radialer und achsialer Richtung im wesentlichen spielfrei. Des weiteren bildet der Kurbelzapfen 90 zwischen der Kurbelwange 65 und der Schubstange 15 einen Bund bzw. ein zylindrischer Fortsatz aus, auf welchem sich die Schubstange 15 in einer quer zur Längsmittelachse 40 verlaufenden achsialen Richtung abstützt. Das Nadellager bzw. die Lageranordnung 91 ermöglicht gegebenenfalls eine geringfügige Längsverschiebung in achsialer Richtung des Kurbelzapfens 90, wodurch Verspannungen im Kurbeltriebwerk 14, der Schubstange 15 und der Kolbenstange 10 vermieden werden können.
Die mit dem Achsstummel 63 bedarfsweise über eine Befestigungsanordnung lösbare Kurbelwange 65 taucht während ihrer Drehbewegung zumindest zeitweise in den Ölsumpf 7 ein und schleudert das Öl 18 innerhalb des Vorratsbehälters 55 umher und sorgt damit für eine ausreichende Schmierung der Kolben 8, 9, daher einer Befüllung der Ölfangnuten 20 mit Öl 18.
Weiters ist in der Fig. 7 der Kolben 9 für die Hochdruckstufe 4 in seinem oberen Totpunkt dargestellt, wobei die um die Längsmittelachse 40 radial umlaufenden und in Längsrichtung des Kolbens 9 voneinander distanzierten Ölfangnuten 20, das im Vorratsbehälter 55 durch die Kurbelwange 65 umhergeschleuderte Öl 18 in diesen sammelt und in denselben einen Öldichtring 21 aufbauen. Zwischen zweier benachbarter Ölfangnuten 20 mündet die Luft-Einlassbohrung 53, die nach der Bewegung des Kolbens 9 in Richtung seines unteren Totpunktes UT zumindest zeitweise freigegeben wird. Ist die Luft-Einlassbohrung 53 freigegeben, kann die bereits vorkomprimierte Luft der ersten Stufe bzw. der Niederdruckstufe 3 in die Zylinderkammer 6 der Hochdruckstufe 4 eingepresst bzw. angesaugt werden.
Ein Abstand 92 zwischen den jeweils aufeinanderfolgenden Ölfangnuten 20 ist derart gewählt, dass der Kolben 9 in jeder seiner Stellungen während seiner translatorischen Bewegung, immer zumindest zwei Öldichtringe 21 ausbildet, sodass in jedem Betriebszustand eine Flüssigkeitsreibung zwischen dem Kolben 9 und der Zylinderlauffläche 42 hergestellt ist. Der Abstand 92 kann gleich oder unterschiedlich ausgeführt werden. Ein in Längsrichtung des Kolbens 9 bemessener Abstand 93, zwischen dem stirnseitigen Ende 47 des Kolbens 9 und der von diesem gegenüberliegende und am weitest entfernteste Ölfangnut 20, ist derart ausgeführt, dass in jeder Stellung des Kolbens 9 zwischen der Zylinderlauffläche 42 und der Ölfangnut 20 der Öldichtring 21 ausgebildet ist.
Daher ist der Öldichtring 21 auch dann ausgebildet, wenn sich der Kolben 9 in seinem unteren Totpunkt UT, wie dies in strichlierten Linien dargestellt ist, befindet. Befindet sich der Kolben 9 in seinem unteren Totpunkt UT, ist ein Längsabstand 94 zwischen der der Verbindungsvorrichtung 12 nähergelegenen Ölfangnut 20 und einem der Verbindungsvorrichtung 12 nähergelegener Stirnfläche 95 der Laufbuchse 61 oder Zylinderkammer 6 zweckmässig grösser bemessen, als ein in Längsrichtung der Längsmittelachse 40 zurücklegbarer Hub 96 des Kolbens 8 bzw. 9. Daher überragt der Kolben 9 in keiner seiner Betriebsstellung zwischen dem unterem Totpunkt UT und dem oberen Totpunkt OT diese Stirnfläche 95.
Die komprimierte Luft wird nach dem Erreichen seines Enddruckes in der Hochdruckstufe 4 über die Druckleitung 36 an die Wartungseinheit 73 weitergeleitet, wo unter Zwischenschaltung dieser eine direkte Befüllung einer oder mehrerer Kartuschen gleichzeitig oder kurz darauffolgend erfolgt. Dabei erfolgt in der Wartungseinheit 73 eine Aufbereitung der verdichteten Luft 25, um den Anforderungen, in bezug auf Druck, Ölgehalt in der Luft 25 etc. gerecht zu werden. Es kann die Kartuschen der Pistole oder des Sportgewehres unmittelbar mit der verdichteten Luft, nach Anschliessen derselben an geeignete Mittel, z. B. Anschlussteil 75 befüllt werden.
Ein eine Öffnung der Kartusche verschliessendes Verschlusselement, insbesondere das Rückschlagventil ist in Strömungsrichtung strömungsbeaufschlagt und hebt dadurch die entgegen dieser wirkende Rückstellkraft einer Feder auf, und zwar solange, bis die Kartusche einen vorbestimmbaren Druck oder ein vorbestimmbares Füllvolumen erreicht, worauf das Rückschlagventil selbsttätig in eine Sperrstellung verbracht und die Strömungsverbindung zwischen der Hochdruckstufe 4, insbesondere der Wartungseinheit 73 und der Kartusche unterbunden wird.
Gegebenenfalls ist das Volumen eines Verdichtungshubes der durch die Wartungseinheit 73 durchströmende verdichteten Luft 25 grösser, als ein Füllvolumen einer Kartusche, wobei das Restvolumen derselben zumindest kurzzeitig in der Wartungseinheit 73 und/oder in dem Verdichtungsraum 51 und/oder in der Druckleitung 36 und/oder in einer flexiblen Verbindungsleitung zwischengespeichert wird und nach dem Anschliessen wenigstens einer weiteren Kartusche zumindest ein Teil des Volumens in die Kartusche verbracht wird. Natürlich kann der Befülldruck, Befüllmenge beliebig eingestellt werden. Weiters ist auch von Vorteil, dass kurze Befüllzeiten ermöglicht
<Desc/Clms Page number 12>
werden. Es können mehrere Kartuschen parallel zueinander über eine zentrale flexible Verbindungsleitung befüllt werden.
Das Füllvolumen einer Kartusche kann aber auch dem Volumen eines Verdichtungshub der durch die Wartungseinheit 73 durchströmende verdichteten Luft 25 entsprechen.
Die Höhe der Verdichtung kann beliebig festgelegt werden, beispielsweise durch Anordnung eines Überdruckventils in einer Druckleitung 36 oder in der Wartungseinheit 73, die mit dem stirnseitigen geschlossenen Ende der Zylinderkammer 6 verbunden ist bzw. in diese einmündet. Es ist aber auch jede andere Steuermöglichkeit zum Ablassen der verdichteten Luft, beispielsweise auch mechanisch gesteuerten Ventilen, möglich.
Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des mehrstufigen Hochdruckkompressors 1 bzw. dessen Bestandteile teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Vor allem kann die in den Fig. 1, 2,3; 4 ; 5 ; 6,7 gezeigte Ausführung den Gegenstand von eigenständigen erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figur zu entnehmen.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Hochdruckkompressor, insbesondere für die Befüllung von Kartuschen für Pistolen und
Sportgewehre, zum Verdichten von atmosphärischer Luft mit wenigstens einer Nieder- druckstufe und wenigstens einer Hochdruckstufe, die in einem Gehäuse angeordnet sind, in dem gegenüberliegende, konzentrisch um eine Längsmittelachse ausgerichtete Zylin- derkammern jede für eine der beiden Stufen ausgebildet sind, mit einer Kolbenstange, auf der in den beiden gegenüberliegenden Endbereichen ein bedarfsweise lösbarer Kolben für die Niederdruckstufe und ein bedarfsweise lösbarer Kolben für die Hochdruckstufe festste- hend in einem vorbestimmbaren Abstand angeordnet sind, wobei die Kolbenstange über ein Kurbeltriebwerk mit einem Antriebsmotor (17) in Verbindung steht und wobei eine Mit- telachse (64) des Antriebsmotors (17) senkrecht auf die Längsmittelachse (40)
der Zylin- derkammern (5,6) bzw. Kolben (8, 9) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Antriebsmotor (17) am Gehäuse (2) befestigt ist und dass der Antriebsmotor (17) mit dem
Gehäuse (2) einen tragbaren Hochdruckkompressor (1) bildet auf dem eine über eine
Druckleitung (36) unmittelbar mit der Hochdruckstufe (4) verbundene Wartungseinheit (73) sowie ein bügelartiger Traggriff (70) angeordnet sind.