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Elektrischer Schwingverdichter, insbesondere für Kleinkältemaschinen
Die Erfindung betrifft die besondere Ausbildung eines elektrischen Schwingverdichters,
wie er insbesondere für Kleinkältemaschinen benötigt wird, wobei die Antriebsquelle
aus einem elektrischen Schwingantrieb auf unpolarisierter, z. B. elektromagnetischer,
oder polarisierter, z. B. elektrodynamischer Grundlage besteht.
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Hierunter sind z. B. Antriebe zu verstehen, deren. Anker in einem
periodisch erregten Magnetfeld Schwingungen ausführt oder deren Anker aus einer
Spule besteht, die von einem periodischen Strom durchflossen wird und die in einem
konstanten Magnetfeld schwingt. Solche elektrischen. Antriebe mit hin- und hergehenden
Arbeitsbewegungen, sogenannte Schwingantriebe, sind in ihrer Schwingweite, d. h.
in ihrem Hub, in starkem Maße abhängig von. der entnommenen mechanischen Leistung,
den Schwankungen der Frequenz und der Spannung des elektrischen Netzes, von . unterschiedlichen
Lagerreibungen, von der Temperatur usw., gleichgültig welcher Bauart sie sind und
nach welchem Prinzip sie arbeiten.
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Für eine Reihe von. Anwendungen ist diese Eigen: schaft der Schwingantriebe
ohne Bedeutung, beispielsweise für Rüttelsiebe, Förderrinnen. usw. Als Antriebe
für Verdichter, und zwar für Tauchkolbenverdichter der üblichen. Bauart, sind, derartige
Schwingantriebe auf Grund ihrer Hubschwankungen wenig oder gar nicht geeignet, da
der Verlust an Verdichterleistung durch diese Hubschwankungen bisher nicht durch
einfache Mittel beseitigt werden konnte.
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Die Erfindung hat zur Aufgabe, hier Abhilfe zu schaffen und den Einsatz
der elektrischen Schwingantriebe für Verdichter aller Anwendungszwecke zu ermöglichen,
trotz ihrer starken Schwankungen, innerhalb des Arbeitshubes, ohne besondere Regelmittel
für den Arbeitshub vorsehen, zu müssen. Die Erfindung schlägt einen. Schwingverdichter
vor, der in der Vereinigung eines an sich bekannten elektrischen Schwingantriebes
in unpolarisierter oder polarisierter Ausführung als Antriebsquelle und eines Verdichterteiles
aus einem frei fliegend in. einem Zylinderkörper gelagerten Kolben besteht, dessen
Zylinderkörper mit dem Schwingantrieb in Verbindung steht.
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Eine solche Vereinigung eines Schwingantriebes in Verbindung mit dem
Verdichterteil ergibt die Möglichkeit:, die Nachteile des. sich ändernden Hubes
des elektrischen Antriebes auf einfache Weise auszuschalten., so daß erstmalig die
Möglichkeit besteht, derartige Schwingantriebe ohne besondere Mittel für die Hubregelung
auch für den Betrieb von Verdichtern einzusetzen.
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Die Arbeitsweise des Verdichterteiles mit frei fliegendem Kolben beruht
darauf, daß der Zylinder als Beschleuniger für den in ihm frei beweglichen und mit
Masse behafteten Kolben wirkt. Der Zylinder ist mit dem Schwingantrieb verbunden
und wird von diesem mit mehr oder weniger großer Schwingweite entsprechend den Hubschwankungen.
geradlinig hin-und herbewegt. Dadurch wird der frei bewegliche Kolben zwischen seinen
beiden. Endlagen im Zylinder selbst ebenfalls hin- und herbewegt. Der Kolben leistet
dabei auf Grund seiner kinetischen Energie Verdichterarbeit, und zwar in jeder Bewegungsrichtung.
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Das einwandfreie Zusammenarbeiten von Schwingantrieb und Verdichterteil
wird noch dadurch. verbessert, daß das Verdichterteil einen solchen Aufbau besitzt,
daß der Schwingkolben in seinen Endlagen nicht unmittelbar, sondern nur mittelbar
über federnde Zwischenglieder mit dem Zylinder in Berührung kommt. Diese federnden
Zwischenglieder können mechanische Federn, Luftpolster oder sonstige federnde Mittel
mit oder ohne Eigendämpfung sein.
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Wie im einzelnen die Erfindung ausführbar ist, zeigen mit den. für
sie wesentlichen. Teilen die Ausführungsbeispiele in der Zeichnung, und zwar Fig.
1 eine Teilansicht im Schnitt, Fig. 2 eine besondere Verdichteraushildung im Schnitt,
Fig. 3 eine Durchführung mit Abdichtmitteln und Fig. 4 eine, Gesamtansicht im Teilschnitt.
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Der Zylinder 1 des Verdichters in. Fig. 1 wird an seinen beiden Enden
durch je ein Druckventil 2 und. 3 abgeschlossen, welches als den. gesamten Zylinderquerschnitt
überdeckende Ventilplatte: ausgebildet ist, die durch je eine, Feder 4 oder 5 auf
den Zylinderrand gedrückt wird, der als Ventilsitz dient. Die hinter den Ventilplatten
liegenden. Druckkammern 6 und 7 weirden z. B. durch Flansche 8 und 9 abgeschlossen,
welche mit Führungsstangen 10 und 11 verbunden sind. Die beiden Druckkammern 6 und
7 können durch das Rohr, 12 miteinander verbunden sein, und
die
Druckkammer 7 hat wiederum über die Bohrung 13 Verbindung mit der Hauptdruckkammer
14, welche durch das Gehäuseteil 17 und den. Rahmen 15 gebildet wird. Die Führungsstange
11 ist in dem linken Lager 16 des Rahmens 15 möglichst gasdicht in bekannter Weise
längs verschiebbar gelagert. In dem Lager 18 ist die Führungsstange 10 längs verschiebbar
gelagert. Zylinder 1, Ventile 2 und 3 mit den Federn. 4 und 5 und den Führungsstangen
10 und 11 bilden den Beschleuniger, der mit dem Abtriebsorgan eines nicht gezeichneten
Schwingantriebes beliebiger Bauart für hin- und hergehende Arbeitsbewegungen verbunden
ist. Das Abtriebsorgan des elektrischen Schwingantriebes sei im folgenden mit Anker
bzw. Schwinganker bezeichnet, gleichgültig um welche Art von elektrischem Schwingantrieb
es sich handelt (polarisiert, vorzugsweise dynamisch, oder unpolarisiert, vorzugsweise
elektromagnetisch).
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Der mit Masse behaftete! Kolben 25 sei hier als Vollzylinder mit ebenen
und senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Begrenzungsflächen ausgebildet. In
seinen beiden Endstellungen (die linke ist gezeichnet) gibt der Kolben 25 jeweils
die Ansaugschlitze 26 frei.
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Bewegt sich der Anker des Schwingantriebes aus seinem Umkehrpunkt
heraus nach rechts, so wird der Beschleuniger aus der gezeichneten. Lage heraus
ebenfalls nach rechts bewegt, wobei seine Geschwindigkeit von Null (linker Umkehrpunkt)
bis zum Maximalwert v = w . s anwächst. Das Maximum der Geschwindigkeit tritt ein,
wenn der Schwinganker und damit der Beschleuniger die Mitte zwischen seinen. beiden
Umkehrpunkten. erreicht hat. Der Wert s entspricht dem halben Gesamthub des Beschleunigers.
In dieser ersten Phase der Bewegung bleibt der frei bewegliche Kolben25 mit seiner
Masse m an der Ventilplatte 3 liegen bzw. spannt die Feder 5 ein wenig, die ja die:
Beschleunigungskraft m - w2 . s (sin w t) aufnehmen muß, wenn der Kompressionsdruck
auf die Ventilplatte 3 nicht ausreichen, sollte, diese Kraft aufzunehmen.
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Nach Überschreiten der Mittellage setzt die zweite Phase der Bewegung
des Beschleunigers ein. Die Geschwindigkeit des Beschleunigers nimmt bis auf Null
im rechten Umkehrpunkt ab und steigt danach in umgekehrter Richtung wieder auf den
Maximalwert v = w . s an, wenn der Beschleuniger bei der nunmehr von. rechts nach
links verlaufenden Bewegung seine Mittellage erneut erreicht hat.
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Am Ende der ersten. Phase und am Beginn der zweiten Phase hat der
Kolben 25 die Maximalgeschwindigkeit des Beschleunigers angenommen und wird sich
am Beginn der zweiten Phase von, der linken Ventilplatte 3 abheben, weil er auf
Grund seines Beharrungsvermögens zunächst seine Geschwindigkeit beibehalten wird,
während der Beschleuniger seine Geschwindigkeit vom Beginn der zweiten Phase an
verlangsamt und während der ganzen zweiten Phase eine Verzögerung erfährt, welche
ihren größten Wert im rechten Umkehrpunkt des Beschleunigers hat-. Der Kolben25
hat also während der ganzen zweiten Phase Zeit, seine am Ende der ersten Phase aufgenommene
Bewegungsenergie zum Verdichten des z. B. über Ansaugschlitze 26 angesaugten Gases
zu benutzen und dieses Gas aus dem Zylinder 1 in die Druckkammer 6 auszuschieben.
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Richtet man es so ein, daß durch Festlegung des Kolbenhubes und der
Kolbenmasse m die vom Kolben aufgenommene kinetische Energie stets größer ist als
die maximal zu leistende: Verdichterarbeit, so wird der Kolben 25 schon vor Ablauf
der zweiten. Bewegungsphase die rechte Ventilplatte 2 erreicht haben und sich unter
Spannen z. B. der Feder 4 sogar ein Stück über den Zylinderrand unter mechanischer
Abhebung der Ventilplatte 2 hinausbewegen. Die überschüssige Bewegungsenergie wird
dann, von der Feder 4 aufgenommen. Diese Bemessung von Masse und Hub des Kolbens
25 gewährleistet, daß erstens das gesamte im Zylinderraum vorhandene Gas in die
Druckkammer 6 befördert wird, ein schädlicher Raum also praktisch nicht wirksam
wird, und daß zweitens der Kolben 25 schon vor Ende oder spätestens am Ende der
zweiten Phase in Verbindung mit der Ventilplatte 2 steht.
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Die dritte Phase verläuft nun. genauso wie die zweite Phase, mit dem
einzigen Unterschied, daß die Bewegungen und Beschleunigungen in umgekehrter Richtung
wie in der zweiten Phase erfolgen. Der Kolben 25 verdichtet das über die Ansaugschlitze
26 in den linken Zylinderraum des Zylinders 1 angesaugte Gas und schiebt dieses
Gas in die Druckkammer 7 aus. Die vierte Phase der Bewegung gleicht dann wieder
der zweiten, die fünfte Phase der dritten Phase usw., womit die periodische Umwandlung
der kinetischen Energie des Kolbens 25 in Verdichterarbeit gegeben ist.
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Das verdichtete Gas in der Druckkammer 6 kann über das Rohr 12, über
die Druckkammer 7 und über die Bohrung 13 einer Hauptdruckkammer 14 zugeführt werden,
während, das komprimierte Gas in der Druckkammer 7 über die Bohrung 13 in die Hauptdruckkammer
14 gelangt. Aus der Hauptdruckkammer gelangt das verdichtete Gas über den Druckstutzen
27 an die Verbrauchersteller. Ein besonderes Rückschlagventil28 sorgt dafür, daß
bei Stillstand des Schwingverdichters durch etwa vorhandene geringe Undichtigkeiten
zwischen Führungsstange 11 und Lager 16 kein - wenn auch noch so geringes -Rückströmen
des verdichteten Gases eintritt. Bei Verwendung des Schwingverdichters als Kleinkältemaschine
ist das Rückschlagventil28 unbedingt erforderlich, während es für viele andere Verwendunszwecke
wegfallen kann.
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Die Hubzahl eines Schwingantriebes in der Minute ist gleich bzw. einem
Vielfachen, der Frequenz des speisenden Wechselstromes, sie ist daher je nach Bauart
des Schwingantriebes ein, für allemal festgelegt. Dagegen kann der Hub des Schwingantriebes,
wie bereits erwähnt, in weiten Grenzen schwanken. Diese Hubschwankungen wirken,
sich auf den Schwingverdichter in der Weise aus, daß er von einem bestimmten Mindesthub
an beginnt, einwandfrei zu arbeiten, und das ist dann, der Fall, wenn der Hub des
Schwingantriebes und damit des Beschleunigers ausreicht, um dem Schwingkolben die
für seine Verdichterarbeit notwendige kinetische Energie zu vermitteln. Liegt der
Hub des Schwingantriebes oberhalb dieses Mindesthubes, so ist die kinetische Energie
des Schwingkolbens stets größer als die zu leistende Verdichterarbeit. Der Schwingverdichter
leistet somit seine volle Verdichterarbeit, wobei seine Förderleistung praktisch
unabhängig vom Hub des Beschleunigers und damit des Schwingantriebes ist, denn das
Ansaugvolumen ist durch den vorgegebenen Weg des Schwingkolbens im Zylinder gegeben
und nicht durch den Hub des Beschleunigers.
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Auf diese Weise ist die Aufgabe gelöst, elektrische Schwingantriebe
mit Verdichtern derart zusammenarbeiten zu lassen, daß, beginnend von einem gewissen
Mindesthub des Schwingantriebes, die Förderleistung
des Kompressors
praktisch unabhängig vom Hub des Schwingantriebes wird, d. h., daß der Hub des Schwingantriebes
in sehr weiten Grenzen (± 30% und mehr) schwanken kann., ohne daß sich. die Förderleistung
merklich ändert.
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Diese gleichbleibende Förderleistung bei Schwankungen des Hubes, welche
ihrerseits die Folge von Änderungen der Frequenz und der Spannung des elektrischen
Netzes, des zu beherrschenden. Druckbereiches. am Kompressor, der Unterschiedlichkeit
in der Lagerreihung usw. sind, ist eine Forderung, die vor allem von Kleinkältemaschinen
erfüllt werden muß.
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Wesentlich für das einwandfreie, Arbeiten von Schwingantrieben in
Verbindung mit Schwingverdichtern. ist dabei die Beachtung, daß der Schwingkolben
nur über federnde Zwischenglieder, wie sie beispielsweise die Ventilfedern, 4 und
5 darstellen, in seinen Endlagern mit dem Zylinder in Berührung steht. Die überschüssige
Bewegungsenergie des Schwingkolbens, die er vor allem bei größeren. Hüben des Schwingantriebes
aufnimmt, kann mit dieser Maßnahme so aufgefangen werden, daß Betschädigungen von
Kolben. und/oder Zylinder nicht eintreten.
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Statt mit Federn. kann man auch mit anderen Mitteln die überschüssige
kinetische Energie des Schwingkolbens auffangen, z. B. mittels pneumatischer Puffer
oder Luftpolster. Die Fig. 2 zeigt eine. solche Ausbildung der Druckventile, bei
der ein geringer schädlicher Raum in Kauf genommen wird. Dieser schädliche Raum.
stellt das Luftpolster zwischen Kolben und Zylinder dar. Der Zylinder 29 .ist ein.
Rohr mit den. Ansaugschlitzen 26, in das die Zylinderböden als zylindrische Abschlußdeckel
31 und. 32 gasdicht eingepreßt sind. Die Stehbolzen 33 verspannen, diese Abschlußdeckel
gegeneinander; so daß der Zylinder29 mit seinen beiden Abschlußdeckeln 31 und 32
ein festgefügtes Ganzes bildet. Die Auslaßöffnungen 34 und 35 für die Druckventile
36 und 37 sind seitlich in der Zylinderwand angeordnet, und zwar ein kleines Stück
vor den Zylinderböden. Der frei bewegliche Schwingkolben, 25 wird also nach Überfahren.
von einer der beiden Auslaßöffnungen 34 oder 35 auf ein Gaspolster stoßen, welches
den, Aufschlag des Kolbens auf den Zylinderboden verhindert.
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Wegen der selbst bei größeren. Verdichterleistungen verhältnismäßig
geringen. Masse des. Kolbens kann das Gaspolster -und damit der Raum zwischen den
Auslaßöffnungen 34 und 35 und den Zylinderböden 31 und 32 sehr klein. gehalten werden..
Die Druckkammer 39 besitzt zwei durch Öffnungen, 40 verbundene: Ventilkammern 41
und 42 und steht schließlich z. B. über ein Rohr 45 mit der Bohrung 13 der Führungsstange
11 in Verbindung. Damit kann das vom Kolben 25 über die Auslaßöffnungen 34 und 35
ausgeschobene Gas in die Bohrung 13 gelangen.
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Der Vorteil der beschriebenen: Maßnahmen zur Abbremsung des Kolbens
liegt in einem geräuscharmen Arbeiten des Kompressors, weil keinerlei Kontaktberührung
des Kolbens 25 mit irgendwelchen Bauelementen stattfindet und jeder harte Aufschlag
vermieden wird. Dadurch eignet sich die Anordnung nach Fig. 2 besonders gut für
Kälteverdichter, insbe sondere Kleinkältemaschinen, weil dort vor allem bei Haushaltkühlschränken
die Forderung nach Geräuscharmut mit an, erster Stelle steht.
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Fig. 3 zeigt noch eine Lösung, wie das Lager 16 in Fig. 1 von seiner
Funktion der Abdichtung befreit werden kann.. Die Führungsstange 11 ist im Lager
16 verschiebbar gelagert, an das die Hauptdruckkammer 14 mit dem Druckkammerboden,
52 und dem Druckstutzen 53 angeschraubt sind.. Auf das Ende der Führungsstange 11
wird ein Faltenbalg 54 z. B. mit einem Schraubanschluß 55 aufgeschraubt, während
das andere Ende des Faltenbalges 54 gasdicht z. B. zwischen der Verschraubung von
Hauptdruckkammer 14 und Druckkammerboden 52 gehalten ist. Das verdichtete Gas strömt
aus der Bohrung 13 der Führungsstange 11 durch die hohle Verschraubung 55 in den
Faltenbalg 54 und von dort über die Bohrung 57 und den Druckstutzen 53 in die nicht
gezeichnete Druckleitung. Das Lager 16 kann jetzt kürzer und einfacher gehalten
werden. Statt des Faltenbalges können. auch andere Zwischenglieder vorgesehen werden.,
z. B. Stahlwellrohre, Membranen, Doppelmembranen, Schläuche aus hochbeanspruchbaren
flexiblen. Kunststoffen. usw.
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Wie beispielsweise ein hermetisch gekapselter Verdichter insbesondere
als Kleinkältemaschine aufgebaut werden kann, zeigt Fig. 4. Hier ist 58 der Schwingverdichter
z. B. nach den Fig. 1 oder 2, dessen untere Führungsstange 11 im Lager 16 längs
verschiebbar wie in Fig. 1 gelagert ist. Die Hauptdruckkammer 14 mit dem Druckstutzen
27 ist ebenfalls aus Fig. 1 entnommen. Die obere Führungsstange 10 ist im oberen
Gehäuseteil 18 längs verschiebbar gelagert. Die beiden Lager 16 und
18 bilden mit dem Gehäuseteil 65 den Rahmen bzw. das gekapselte Gehäuse des
Aggregates. Die obere Führungsstange 10 dient gleichzeitig zur Aufnahme des Schwingankers
69, z. B. eines elektromagnetischen Schwingantriebes. Der Schwinganker 69 ist dann
lamelliert und besteht aus parallel zur Zeichenebene geschichteten, z. B. rechteckigen
Eisenblechen. Die Eisenbleche können durch nicht gezeichnete Niete oder Schrauben
miteinander verbunden sein und bilden ein stabiles Blechpaket, das mit seiner Mittelbohrung
auf die Führungsstange 10 aufgeschoben und auf dieser fest verschraubt ist. Der
Stator des elektromagnetischen Schwingantriebes wird durch die beiden U-förmigen
Blechpakete 74 und 75 gebildet, welche ebenfalls parallel zur Zeichenebene geschichtet
und deren Eisenbleche durch Niete oder Schrauben zusammengehalten sind.
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Wird nun die auf dem Spulenkörper 81 aufgebrachte Statorwicklung 80
über die Zuleitungen. 78 und 79 und die Stromdurchführungen. 76 und 77 mit Wechselstrom
gespeist, so wird der Schwinganker sowohl bei der positiven als auch bei der negativen
Halbwelle des Wechselstromes nach oben. in den. Stator hineingezogen, während die
zwischen den Feldertellern 83 und 84 liegende Rückhodfeder 82 den. Schwinganker
in der stromlosen Phase des Wechselstrome,s wieder aus dem Stator herauszieht. Die!
Rückhodfeder 82 bildet mit den gesamten bewegten, Massen (Schwinganker, Schwingverdichter,
Führungsstangen usw.) ein Schwingsystem.
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Bei Verwendung der Anordnung als hermetisch geikapseltes Kälteaggregat
wird über, den Saugstutzen 85 und die. Bohrung 86 das Kältegas angesaugt und über
den Druckstutzen 27 komprimitiert dem Kältekreislauf wieder zugeführt. Legt man
Wert auf besonders geräuschloses Arbeiten des Aggregates, so wäre! ein Schwingkolben.verdichteir
ähnlich Fsg. 2 zu verwenden und noch dazu das gesamte: Aggregat federnd an einer
zweiten, hermetisch abgeschlossenen Kapsel aufzuhängen. In diesem Falle braucht
das Gehäuse 65 nicht unbedingt hermetisch gekapselt zu sein, da man die äußere Kapsel
als Saugraum benutzen kann:.
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Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Schwingverdichter sind doppelt wirkende
Kompressoren, weil der Kolben
sowohl beim Hingang als auch beim
Rückgang Verdichterarbeit leistet. Eine leicht abzuleitende Beziehung sagt nun aus,
daß der Kolbenhub maximal H = s . (w t-sin wt) sein darf, wobei für wt als Größtwert
(i) t = n einzusetzen ist. Der Hub des Kolbens kann somit zwischen denn theoretischen
Wert Null und dem Maximalwert s . n gewählt werden, also auch größer sein als der
Gesamthub 2 . s des Beschleunigers. Der Kolbenhub ist danach in sehr weiten Grenzen
frei wählbar. Der Vorteil liegt nun darin, daß der Kolbenhub wesentlich kleiner
als der Hub des Beschleunigers festgelegt werden kann, was für das Arbeiten, des
Kolbens und des Kompressors wegen der damit verbundenen Kolbengeschwindigkeit nur
günstig ist, während ein größerer Hub des Beschleunigers kleine Lagerbelastungen
der Führungslager und damit wieder größere Betriebssicherheit mit sich bringt.
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Ein Kolbenhub, der klein ist im Vergleich zum Hub des Beschleunigers,
hat noch einen weiteren Vorteil. Während eines Hin- und Herganges des. Beschleunigers
wird der Kolben den. größten Teil dieser Zeitspanne in seinen beiden Endstellungen
verharren. und für seine Hubbewegung nur einen Bruchteil der Zeitspanne des Hin-
und Herganges des Beschleunigers benötigen. Dadurch werden die Ansaugschlitze 26
sehr lange Zeit freigegeben, so daß eine vollkommene Füllung des Zylinderraumes
gewährleistet ist. Bekanntlich haben sich Ansaugschlitze als Einlaßorgane bei den
normalen Tauchkolbenkompressoren nicht durchgesetzt, weil wegen der zu kurzzeitigen.
Freigabe der Schlitze nur eine unvollkommene Füllung möglich ist. Die Vorteile des
Ansaugschlitzes, keinen schädlichen Raum zu besitzen und konstruktiv denkbar einfach
zu sein, können nunmehr im Schwingkolbenkompressor nach der Erfindung voll ausgenutzt
werden.
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Auch die Ventilanordnungen 2 und 3 der Fig. 1 können beim Schwingkolbenkompressor
günstiger verwendet werden, und arbeiten. hier einwandfrei, während diese Ventile
bei normalen Tauchkolbenkompressoren nicht die erwarteten Vorteile brachten. Tauchkolbenkompressoren
haben. einen zwangläufig bewegten Kolben. Richtet man es bei diesen Kompressoren
so ein, daß der Tauchkolben sich in seiner oberen Totpunktlage ein wenig über den
Zylinderrand hinausbewegt, so sollte beim Zurückgehen des Kolbens die mit Federkraft
auf dem Kolben aufliegende Ventilplatte so weit mit zurückgehen, bis sie auf dem
Zylinderrand aufliegt und dort auch liegenbleibt. Die Bewegungen der Ventilplatte
werden also vom zwangläufig bewegten Kolben bestimmt. Die Ventilplatte macht aber
die Kolbenbewegungen nicht so genau mit. Das hat ein Rückströmen eines Teiles des
verdichteten Gases zur Folge, was sich genau wie das Vorhandensein eines schädlichen
Raumes auswirkt.
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Ganz anders liegen die Verhältnisse bei vorliegenden Schwingverdichtern.
Wenn sich dort der frei bewegliche Kolben 25 infolge seiner kinetischen Energie
über den Zylinderrand hinausbewegt hat, wird er durch die Federkraft der Ventilfeder
5 bzw. 4 zurückbewegt. Der Bewegungsablauf des Kolbens in dieser Phase wird also
vom Ventil bestimmt. Diese Ventilanordnung, welche bei den bisherigen Tauchkolbenkompressoren
nicht befriedigt, arbeitet jetzt beim Schwingverdichter einwandfrei, weil die Bewegungsfunktionen
hier völlig anders liegen und vom Ventil selbst beeinflußt werden.
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Es ist zweckmäßig, die Masse des Beschleunigers einschließlich der
übrigen Masse größer als die Masse des Schwingkolbens zu wählen. Je größer der Massenunterschied
ist, desto ruhiger ist der Lauf des Schwingverdichters. Bei einer Masse von z. B.
75 g für den Kolben bietet diese Maßnahme keine Schwierigkeiten. Die Wahl von beispielsweise
M = 500 g für die Gesamtmasse des schwingenden Systems ist für Schwingantriebe dieser
Größenordnung durchaus üblich.
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In einer Weiterbildung ist es möglich, durch Ausbildung des Kolbens
25 als Stufenkolben und entsprechende Konstruktion der Druckkammer eine zweistufige
Verdichtung zu erzielen, wobei in der einen Bewegungsrichtung des Kolbens die erste
Stufe der Verdichtung und in der anderen die zweite Stufe der Verdichtung liegt.
Die Kolbendurchmesser des Stufenkolbens werden dann ähnlich wie bei zweistufigen
Kompressoren bisheriger Bauart bemessen. Auch die Verwendung eines Kolbens gleichen
Durchmessers in beiden Stufen ist möglich, indem man durch entsprechende Anordnung
der Ansaugschlitze den wirksamen Verdichtungshub verschieden groß festlegt und damit
dieselbe Wirkung wie bei einem Stufenkolben erzielt. Ist Zwischenkühlung erforderlich,
so könnte man das in der ersten Stufe verdichtete Gas durch die linke Führungsstange
dem Zwischenkühler zuführen und durch die rechte Führungsstange dem Ansaugschlitz
der zweiten Stufe wieder zuleiten. Das nach der zweiten Stufe anfallende verdichtete
Gas wäre eventuell über flexible Rohrleitungen zu entnehmen; wenn nicht eine der
Führungsstangen doppelt gelagert wird und das Gas hinter dem zweiten Lager oder
zwischen den beiden Lagern zur Entnahme kommt. Bei mehr als zweistufiger Verdichtung
können auch mehrere Schwingkolbenverdichter fest miteinander verbunden und von einem
einzigen Motor angetrieben werden.
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Statt des Kolbens 25 kann man auch den Zylinder zum frei beweglichen
und mit Masse behafteten Element machen, während man dann den Kolben mit dem Anker
69 des Schwingantriebes verbindet. Auch hier sind federnde Zwischenglieder zwischen
Kolben und Zylinder vorzusehen, die ein hartes Aufschlagen des jetzt frei beweglichen
Zylinders auf den Kolben verhindern.
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An Stelle der Lager 16 und 18 kann gegebenenfalls eine Blattfederführung
vorgesehen werden, indem die Lager durch an den Führungsstangen befestigte Blattfedern
ersetzt werden, deren freie Enden mit dem Gehäuse verbunden sind und die sich in
Bewegungsrichtung des Schwingankers und des Schwingverdichters durchbiegen, während
sie senkrecht zu dieser Bewegungsrichtung keine oder nur geringe Nachgiebigkeit
zeigen. Die Federkonstante dieser Federn kann allein oder mit zur Abstimmung des
Schwingsystems herangezogen werden, wobei die Feder 82 z. B. überflüssig werden
würde.