Elektrisch angetriebener Kompressor. Der Versuch, einen Kompressor durch einen Elektromagneten unmittelbar anzutrei ben, ist bisher hauptsächlich daran geschei tert, dass die Bewegungsumkehr des federnd gelagerten, schwingenden Systems (bestehend aus Verdichterorgan und Anker) durch elek trische Umschaltvorrichtungen oder durch schwingungsverkürzende Prallflächen er zwungen werden sollte, also durch Hilfs mittel, welche die Betriebssicherheit, Lei stungsfähigkeit, Einfachheit des Aufbaues und auch den Wirkungsgrad vermindern.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, den Antrieb so auszu bilden, dass die Periodizität des Stromes die Bewegungsumkehr des schwingenden Ankers ohne Zuhilfenahme von elektrischen Um <I>s</I> 'haltvorrichtung n oder von Prallflächen <I>c</I> g e veranlasst.
Darnach soll das federnd ge lagerte Verdichterorgan vom schwingenden Anker eines Wechselstromelektromagnetes in Schwingungen versetzt werden, wobei die Federung des schwingenden Systems auf Resonanz mit der Frequenz des Wechsels der magnetischen Anziehungskraft abgestimmt ist und die Bewegungsumkehr des schwin genden Systems ohne Verwendung von Prall flächen oder elektrischen Steuerkontakten durch die Federung, das magnetische Feld und die vom komprimierten Medium aus geübten Gegenkräfte erzwungen wird.
Für den praktischen Betrieb eines derartigen Aggregates ist es von wesentlicher Bedeu tung, dass die Verdichtungsarbeit vom Elek tromagneten nur mittelbar durch in der Fede rung aufgespeicherte Energie geleistet wird, so dass die Ankerbewegung möglichst gleich mässig verläuft und heftige Belastungsstösse vom Netz ferngehalten werden.
Den rich tigen Ausgangspunkt für eine Weiterentwick- lung des resonanzartigen Wechselstroman- triebes von Kompressoren bildet daher nur jene Bauart, bei welcher der Arbeitshub des Verdichterorganes (also bei Überdruckerzeu- gern der Druckhub) dann stattfindet, wenn der Anker durch die Spannkraft der Federn weg vom Elektromagneten bewegt wird.
Die Erfindung hat den Zweck, die bisher bekanntgewordenen Kompressoren der letzt angegebenen Art zu verbessern, und zwar durch eine vorteilhafte Ausbildung des den Antrieb bildenden Wechselstromelektromag- netes, welche verschiedene, durch die Eigen art des Wechselstrom-Kompressorantriebes an den Aufbau des Elektromagnetes gestellte, einander teils widersprechende Forderungen nach Möglichkeit erfüllt.
Erfindungsgemäss bilden Anker und fest stehender Teil des Elektromagnetes einen von Luftstrecken unterbrochenen magne tischen Eisenkreis, wobei der Mittelwert der Länge des Kraftlinienweges in den Luft- strecken kleiner ist als im Eisenkreis. Die Luftstrecken sind so gewählt, dass ihr mag netischer Widerstand kleiner wird, sobald sich die Schwingungsmittellage des Ankers mit zunehmendem Gegendruck des kompri mierten Mediums verschiebt. Die Anordnung ist ferner derart, dass .die auf den Anker wir kende resultierende magnetische Anziehungs kraft in die Schwingungsrichtung des An kers fällt.
Diese Ausbildung des Elektromagnetes ergibt eine ziemlich gleichmässige Förder- leistung bei verschiedenen Förderdrücken, also eine günstige Betriebscharakteristik des Kompressors. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Lage der Schwingungsbahn des Ankers, da dessen Endlagen durch keine Prallflächen oder Umschaltkontakte bestimmt sind, vom Druck abhängt, auf welchen das Medium komprimiert wird,
und zwar ver schiebt sich mit wachsendem oder sinkendem Gegenenddruck die Schwingungsmittellage des Ankers, ohne dass im allgemeinen die Amplitude der Schwingung eine Verände rung erleidet. Diese durch zunehmenden Gegenenddruck hervorgerufene Verschiebung verändert die magnetischen Verhältnisse des Antriebes derart, dass eine Erhöhung .der auf genommenen elektrischen Leistung eintritt.
Dadurch, dass die auf den Anker wir- kende resultierende magnetische Anziehungs kraft in die Schwingungsrichtung des Ankers fällt, wird nicht nur ein kompliziertes, un regelmässiges Schwingen nach Art von Schlingerbewegungen vermieden, sondern auch die Anordnung feststehender Magnet teile in nächster Nähe des schwingenden Ankers ermöglicht, was bei allseitigem Aus schwingen desselben nicht zulässig wäre.
Der Mittelwert der Länge des Kraft linienweges in den Luftstrecken kann vor zugsweise kleiner sein als im Anker. Man kann . eine in bezug auf die Schwingungs- richtung symmetrische Luftspaltanordnung wählen.
Um eine möglichst grosse Komponente der magnetischen Kraft zur Wirkung zu brin gen, trotzdem aber den geschlossenen Eisen kreis durch eine möglichst kleine Summe hintereinandergeschalteter Luftspalte zu un terbrechen, kann eine Bauart Verwendung finden, bei der im magnetischen Kreis des Wechselstromelektromagnetes ein, aber nur ein Luftspalt zwischen Anker und feststehen dem Magnetkörper vom Kraftlinienfluss in der Schwingungsrichtung des Ankers durch setzt wird.
Der magnetische Widerstand dieses Luftspaltes, der als "aktiver" Luft spalt bezeichnet werden mag, kann vorzugs weise so bemessen werden, dass er in allen Schwingungslagen des Ankers zumindest ebenso gross ist wie der magnetische Wider stand eines jeden der übrigen Luftspalte. Letztere können zweckmässig so angeordnet werden, dass die Richtung des sie durch setzenden Kraftlinienflusses mit der Schwin- gungsrichtung des Ankers einen Winkel bil det, der 45' überschreitet.
In baulicher Beziehung empfiehlt es sich, den Anker und den feststehenden Teil des Elektromagnetes derart auszubilden und in bezug aufeinander anzuordnen, dass sie zu sammen, bei völlig angezogenem. das heisst am feststehenden Teil satt anliegend gedach ten Anker, einen Magnetkörper ergeben wür den, der dem geschlossenen Eisenkörper eines Säulentransformators, vorzugsweise eines Dreisäulentransformators, gleicht. Dabei soll zweckmässigerweise der völlig angezogen ge dachte Anker die Mittelsäule des Eisen körpers ergänzen oder bilden.
In !den Fig.1 und 2 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Aufriss und Kreuzriss dargestellt.
Der Elektromagnet des Kompressor antriebes besteht in diesem Beispiel der Hauptsache nach aus dem nach Art eines Säulentransformators aufgebauten feststehen den Magnetkörper 41, dem in lotrechter Rich tung beweglichen, gewissermassen einen los gelösten Teil der Mittelsäule bildenden Anker 42 und der um die mittlere Säule und den diese Säule fortsetzenden Ankerteil herum angeordneten Magnetwicklung 48. Wie die Zeichnung zeigt, ist der Anker derart aus gebildet und in bezug auf den feststehenden Teil des Elektromagnetes derart angeordnet, dass die bei Erregung der Wicklung ent stehenden magnetischen Kraftlinien im Eisen nahezu geschlossen sind und nur schmale Luftspalte 45, 45' und 45" zu durchsetzen haben.
Der Luftspalt 45 verläuft so, dass er vom Kraftfluss parallel zur Schwingungs richtung des Ankers durchsetzt wird, so dass also die in diesem Luftspalt wirksame Komponente der magnetischen Kraft einen Höchstwert erreicht. Die Luftspalte 45' und 45" werden von Ankerflächen und Joch- flächen des Magnetkernes gebildet, die schräg zur Schwingungsrichtung des Ankers liegen und mit dieser einen Winkel bilden, der kleiner als 45 ist. Die Luftspalte 45' und 45" sind also derart angeordnet, dass sie viel kleiner gewählt werden können als der Luftspalt 45 und daher den geschlossenen Eisenweg in viel geringerem Masse unter brechen.
Von der Anordnung des Luftspaltes 45 darf aber nicht abgesehen werden, wenn die auf einen bestimmten Schwingungsweg entfallende' magnetische Leistung möglichst gross sein soll. Wie ferner aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung hervor geht, ist das Kompressoraggregat derart aus gebildet, dass sich die Schwingungsmittellage des Ankers bei wachsendem Gegenenddruck des komprimierten Mediums senkt.
Dadurch wird die der jeweiligen Schwingungsmittel lage entsprechende Grösse des Luftspaltes 45 mit wachsendem Gegenenddruck in erheb lichem Masse verkleinert, und diese Verklei nerung kann ohne weiteres derart bemessen werden, dass die Abhängigkeit des geförder ten Luftvolumens bezw. der Förderleistung vom Druck in günstigem Sinne beeinflusst wird; denn die Verkleinerung des Luftspaltes ruft eine Kraftzunahme und Leistungssteige rung hervor.
Durch die dargestellte Ausführung und Anordnung des Elektromagnetes wird auch die Leistungsfähigkeit des Kompressor antriebes wesentlich erhöht bezw. die für eine bestimmte Leistung erforderliche Grösse des Elektromagnetes auf ein Minimum gebracht.
Der Elektromagnet steht auf :einer Grund platte 49, von welcher aus lotrechte Streben 61 aus Isoliermaterial ausgehen; welche den Drucklufterzeuger tragen. Letzterer ist eine Membranpumpe und besitzt den VerdicUter- raum 67, den Sammelraum 66 mit angeschlos senem Druckluftstutzen 53, die mit Öffnun gen 63 versehene Membran 56, die mit Öff nungen 59 versehene Membran 57 und die mit Öffnungen 58 bezw. 64 ausgestatteten Membranböden 55 bezw. 65.
Die Öffnungen 58 und 63 und die in ihrer Nähe befindlichen Teile der Membran 56 bilden die Saug ventile, die Öffnungen 59 und 64, und die in ihrer Nähe befindlichen Teile der Membran 57 bilden die Druckventile des Kompressors. Der Membranboden 55 ist als Druckplatte ausgebildet und ist am obern Ende der eine Fortsetzung des Ankers 42 bildenden An triebsstange 54 befestigt. Es besteht also der unter der Einwirkung des Elektromagnetes schwingende Körper aus dem Anker 42, der Antriebsstange 54 und dem Membranboden 55 samt Membran 56. Es ist klar, dass durch diese Konstruktion eine erhebliche Verringe rung der mit dem Anker schwingenden Masse erzielt wird.
Die Antriebsstange 54 ruht mit- telst des Querbolzens 48 auf Blattfedern 46, und zwar derart, dass der Anker, wenn der Elektromagnet nicht erregt ist, ausschliess lich von diesen Federn getragen wird, wobei diese unter einer gewissen Vorspannung stehen. Die Tragfedern 46 :des Ankers sind derart bemessen und angeordnet, dass sie ein gleichmässiges Schwingen der hin- und her gehenden Teile im Takte, und zwar in Reso nanz mit dem Wechsel des den Elektro magneten speisenden Stromes ermöglichen.
Die Enden der Federn 46 sind mit walzen förmigen Auflagekörpern 60 versehen, wel che in Büchsen 47 des Traggestelles drehbar gelagert sind, derart, dass sie in Übereinstim- mung mit der hin- und hergehenden Bewe gung des Ankers Drehschwingungen aus führen können. Durch diese Art der Lage rung der Federn wird die Übertragung der vom schwingenden Anker hervorgerufenen Erschütterungen auf die übrigen Teile der Einrichtung und auf die Umgebung wesent lich vermindert. Dem letzteren Zweck dient auch eine stossdämpfende Filzplatte 50. auf welche die Grundplatte 49 gestellt ist.
Die Wirkungsweise der eben beschrie benen Einrichtung ist folgendermassen: Wird die Spule 43 des Elektromagnetes mit Wech selstrom gespeist, so schwingen der Anker 42 und die mit ihm verbundenen Teile im Takte der Wechselstromfrequenz: Bei jeder Ab wärtsbewegung des Ankers nimmt der Mem- branboden 55 die nur an ihrem Umfang fest verbundene Membran 56 mit, so dass Luft ,durch die Öffnungen 58 und 63 in das Innere des Arbeitsraumes 67 einströmt:
währenddem bleibt die Membran 5 7 an ihren Boden 65 fest angepresst, so dass die Druckventil öffnungen 59, 64 geschlossen sind. Während der Aufwärtsbewegung des Ankers werden jedoch die Öffnungen 58 und 63 des Saug ventils .geschlossen, da sich :die .ganze Mem bran 56 gegen ihren Boden 55 anpresst; es hebt sich aber anderseits die Membran 57 von ihrem Boden 65 ab, so dass :
die im Arbeitsraum komprimierte Luft durch die Druckventilöffnungen 59, 64 in den Sammel- raum 66 gefördert wird, von wo sie durch den Rohrstutzen 53 ihrem Verwendungs zweck oder irgendeinem Druckluftbehälter zugeführt wird.
Der Anker des Elektromagnetes wird während des Saughubes dem Magnetkörper genähert und während des Druckhubes von ihm entfernt. Die Feder 46, die auf die Wechselstromfrequenz abgestimmt ist, ist während des Druckhubes die einzige zur Ver fügung stehende Kraftquelle, und sie muss daher während der Ansaugbewegung die ge samte, für den Druckhub erforderliche Energie aufspeichern. Diese Energie besteht hauptsächlich aus der Kompressions- und Förderarbeit und aus der zum Wegziehen des Ankers vom Magnetkörper (Vergrösserung des Luftspaltes) erforderlichen Arbeit.
Wird bei Anwachsen des Druckes im Raum 66 die mechanische Leistung des Kompressors klei ner, so wird in entsprechendem Masse auch die von der Elektromagnetwicklung auf genommene elektrische Leistung geringer werden, ohne dass der Anker zu schwingen aufhört. Diese Schwingungen dauern auch fort, wenn die Kompressornutzarbeit auf Null sinkt, in welchem Falle der Elektro magnet nur die zur Deckung der "Leerlaufs- verluste" des Kompressors erforderliche Lei stung :dem Netz entnimmt.
Die Arbeitsweise des Kleinkompressors passt sich also selbst tätig dem wechselnden Luftbedarf an; je mehr Druckluft entnommen wird, desto mehr wird auch erzeugt.
Die Feder 46 nimmt den Gegendruck des komprimierten Mediums auf, was mit wach sendem Druck eine Verschiebung der Schwin- gungsmittellage des schwingenden Systems nach unten zur Folge hat. Dadurch wird, wie bereits beschrieben, der aktive Luftspalt 45 des Elektromagnetes verkleinert, so dass eine günstige Anpassung der Leistung beim Arbeiten auf verschiedene Drücke erzielt werden kann.
Die im Ausführungsbeispiel beschriebene Membran- und Ventilkonstruktion ist beson ders vorteilhaft, wenn ein sehr schnelles, aber einwandfreies Arbeiten der Ventile gefordert wird, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn der Anker im Takt mit dem gebräuch lichen Wechselstrom von 50 Hertz schwingen soll. Ein Vorteil der beschriebenen Maschine ist auch das Fehlen von Lagern oder Ge triebeteilen, die eine Schmierung erfordern. Dies bedeutet nicht nur eine Ersparung im Betrieb und in der Wartung der Maschine.
sondern ermöglicht es auch, die den Elektro magneten umgebende Luft in den Kompres sor einzusaugen, so dass eine wirksame Küh- lung desselben entsteht. Denn die aus dem Antrieb angesaugte Luft führt keine Ölteil chen mit sich, die eine Verunreinigung der komprimierten Luft hervorrufen könnten: demgemäss kann auch die Anordnung eines Ülabscheiders erspart werden. Das Ansaugen von Luft aus dem Elektromagneten zu Kühl zwecken wird im beschriebenen Ausführungs beispiel dadurch erreicht, dass die Saug öffnungen 58 des Kompressors oberhalb des Elektromagnetes angeordnet sind.
Schliesst man überdies die ganze Maschine in ein Gehäuse ein, so wird die vom Kompressor auf die im Magneten erwärmte Luft ausgeübte Saug wirkung noch wesentlich gesteigert. Man kann aber auch gegebenenfalls besondere Kanäle oder Leitungen anordnen, die die Heissluft des Elektromagnetes der Saugseite des Kompressors zuführen.
Die Schwingungen des Ankers erzeugen im Betrieb ein Vibrationsgeräusch, dessen Dämpfung erwünscht sein kann. Zu diesem Zweck lassen sich verschiedene Massnahmen treffen, von denen einige bereits im Ausfüh rungsbeispiel beschrieben sind. Ist .die Ma schine von einem Gehäuse umschlossen, so kann dieses aus einem schalldichten Material hergestellt und an Gummischnüren oder Spi ralfedern aufgehängt sein. Man kann auch die Zwischenräume zwischen Apparat und Gehäuse mit einem schalldichten, stoss dämpfenden Material ausfüllen.
Die Übertragung der Ankerbewegung auf das Verdichterorgan, die Federung des An kers usw.lassen sich in verschiedenster Weise ausführen. Ferner kann man nach Wunsch mehrere Maschinen parallel oder hinterein ander schalten, um einen grösseren Förder- druck oder eine grössere Fördermenge bewäl tigen zu können. In vielen Fällen wird es sich empfehlen, den Drucklufterzeuger und -verbraucher als konstruktive Einheit auszu bilden.
Der leistungsfähige, robuste, betriebs sichere Aufbau des Kleinkompressors ermög licht dessen weitgehendste Verwendung (zum Beispiel in der Malerei, Landwirtschaft, Bohrtechnik, medizinischen Technik usw.).