-
Die
Erfindung betrifft einen Niederdruckverdichter für Gasförmige Medien, insbesondere
Umgebungsluft, mit wenigstens einer in einem Gestell befestigten
Kolben-Zylinder
Verschiebeeinheit mit jeweils in einem Zylinder zwischen zwei Hubstellungen hin-
und her verschieblichen Kolben, an welchem eine aus einem der Stirnseitigen
Enden des Zylinders herausgeführten
Kolbenstange angreift, deren Kolbenabgewandtes Ende mit einem Ende
des verschiebbaren Teils der Verschiebeeinheit verbunden ist, dessen
anderes Ende mit einer Pleuelstange verbunden ist, die wiederum
an ihrem anderen Ende mit dem Ende eines Kurbelarms drehbar gekoppelt
ist, dessen anderes Ende drehfest auf Abtriebswelle der motorisch
betätigten
Antriebseinheit gehalten ist, wobei der Kolben im Zylinder bei angetriebener
Abtriebswelle wenigstens einen volumenveränderlichen Arbeitsraum bildet,
welcher über
jeweils ein bei Druckabsenkung infolge Volumenvergrößerung des Arbeitsraumes
zur Umgebungsatmosphäre öffnendes
Saugventil und ein bei Druckerhöhung
infolge von Volumenverringerung des Arbeitsraumes in eine nachgeschaltete
Druckleitung öffnendes
Druckventil verfügt.
-
Solche
volumetrisch arbeitenden Verdichter, die beispielsweise als Kolbenverdichter
mit einem oder mehreren Zylindern ausgebildet sein können, werden
zur Verdichtung und Förderung
von Gasen und flüssigen
Medien, beispielsweise Luft oder Wasser, verwendet. Die Arbeitsbewegung
des Verdrängerbauteils,
d.h. die Hubbewegung des bzw. der Kolben (s) im jeweiligen Zylinder
wird dabei in der Regel über
einen Kurbeltrieb erzeugt, dessen Kurbelwelle von der äußeren Antriebsquelle,
z. B. einem Elektro.- oder Verbrennungsmotor drehangetrieben wird.
Solche Verdichter sind in dieser Bauform konstruktiv aufwändig und
damit in der Herstellung teuer und erzeugen im Betrieb erhebliche
Geräusche.
Durch ihre Bauform und die zumeist sehr hohe Hubzahl wird meistens
ein Schmierstoff notwendig, der dann wieder aus dem Gas herausgefiltert
werden muss, wenn beispielsweise ölfreie Druckluft geliefert
werden soll. Andere Bauformen, bei denen die Kolbenstange direkt
mit dem Kurbelarm verbunden ist, sind wiederum sehr störanfällig, da
dort der Zylinder immer in Bewegung ist. Bei beiden zuvor erwähnten Konstruktionen muss
der Kolben mit den Dichtungsringen Radiale Auflagekräfte gegenüber der
Zylinderwand aufnehmen, was einen erhöhten Verschleiß zur Folge
hat. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Kolbenverdichter
ausgestalteten Niederdruckverdichter zu schaffen, bei dem der Belastung
entsprechende Bauteilgruppen zur Verschleißminderung verwendet werden
und dies bei so geringem konstrukttiefem Aufbau wie möglich, der
Luft im Niederdruckbereich liefert, die dann beispielsweise zur
Belüftung
von stehenden, ökologisch
bedrohten Gewässern
einsetzbar ist, ohne dass die Gefahr einer zusätzlichen Verschmutzung durch
in der gelieferten Luft noch enthaltene Ölnebel oder dergleichen besteht.
-
Ausgehend
von einem der eingangs erwähnten
Art von Verdichter wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die kompakte motorisch betriebene Antriebseinheit über einen
Antriebsmotor verfügt,
dem ein Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet ist und auf dessen
Abtriebswelle(n) jeweils ein Kurbelarm drehfest angeordnet ist und
dass die kompakte(n) Lineareinheit(en) mittels Pleuelstange(n) mit
der Antriebseinheit sowie mit der/den Kolbenstange(n) der Zylinder.-
Kolbeneinheit verbunden ist/sind wodurch die Rotationsbewegung der
Antriebsachse in eine Linearbewegung des/der Kolben umgesetzt wird
wobei die Linearachse senkrecht auf der Rotationsachse der Antriebswelle
steht. Die angestrebte Verbesserung und Vereinfachung gegenüber normalen
Kolbenverdichtern mit dem üblichen
in einem geschlossenen Gehäuse
angeordneten Antriebseinheit/Kurbeltrieb/Zylindereinheit wird dadurch erreicht,
dass der gesamte konstruktive Aufbau in unterschiedlichen einfachen
räumlich
getrennten Funktionseinheiten aufgegliedert wird, die auf einfache
Art und Weise miteinander verbunden sind. Ein aufwändiges Gesamtgehäuse entfällt dadurch,
ebenso die aufwändige
Lagerung der Kolben/Zylindereinheit bei Verdichtern, bei denen diese
Einheit geschwenkt wird. Durch den Aufbau in unterschiedliche Funktionsgruppen
ist es auch ausgeschlossen, dass die Arbeitsräume der Zylinder/Kolbeneinheit
mit dem Ölnebel
der Antriebseinheit in Berührung
kommen. Weiterhin wird durch die Verwendung der Lineareinheit und
der ggf. durchgehenden Kolbenstange die bei herkömmlichen Konstruktionen auftretenden
Radialkräfte
auf den Kolben, Kolbenringe und Zylinderwand nahezu verhindert.
Die Zylinder/Kolbeneinheit(en) kann/können sowohl als einfach.- als
auch als doppeltwirkende Zylinder eingesetzt werden wobei bei der
Ausführung
als doppeltwirkender Zylinder zwei durch den Kolben voneinander
getrennte Arbeitsräume
pro Zylinder entstehen. Besonders vorteilhaft und aufgrund der starren
Lagerung des/der Kolben- Zylinderinheit(en) möglich ist auch eine Ausgestaltung
bei welcher die Kolbenstange der gegenüber liegenden Seite der Lineareinheit
durch den Zylinder hindurch geht. Man spricht bei dieser Zylinderbauform
von beidseitiger Kolbenstange. Beide Volumen der Arbeitsräume weisen
die gleiche Größe auf was
sich positiv auf den Volumenstrom und das benötigte Drehmoment auswirkt.
Man spricht bei dieser Zylinderbauform von Doppeltwirkenden Zylindern
mit durchgehender Kolbenstange.
-
Das
Untersetzungsgetriebe kann in erfindungsmäßiger Weiterbildung auch über eine
durch das Getriebe gehende Antriebswelle verfügen, die dann auf den sich
gegenüberliegenden
Getriebeaußenflächen
heraussteht. Jede dieser Wellenenden kann dann mit je einem Kurbelarm
versehen werden der dann je eine Linear und somit auch je eine Kolben-Zylindereinheit
antreibt. Zweckmäßig ist
hierbei die Kurbelarme zueinander in einem Winkel anzuordnen. Vorteilhaft
bezogen auf den Volumenstrom und die Belastung sind hierbei 90°.
-
Das
Druckventil bzw. die Druckventile der Kolben-Zylindereinheit können mittels
elastischer Druckleitung oder aber auch starr mit der nachgeschalteten
Druckverteilereinheit verbunden werden. Dem(n) Saugventil(en) der
Kolben Zylindereinheit(en) ist zweckmäßig ein Festkörperpartikelfilter vorgeschaltet.
-
Die
Antriebseinheit weist zweckmäßig einen mit
Untersetzungsgetriebe zusammengeflanschten Elektromotor oder Verbrennungsmotor
auf, wobei die Linearlagereinheit(en) und die Kolben- Zylindereinheit(en)
in einem Gestell mit Abstand von der Antriebseinheit erfolgt, und
die Drehachse der Antriebswelle der Antriebseinheit im rechten Winkel
zur Linearachse der Lineareinheit steht. Die Erfindung ist in den
folgenden Beschreibungen zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung
mit den vier Zeichnungen näher
erläutert:
-
Zeichnung 1
-
zeigt
eine räumliche
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsmäßigen Niederdruckverdichters
mit einer Antriebseinheit die über
einen Kurbelarm und einer Pleuelstange auf eine Linearführungseinheit
einwirken. An diese Linearführungseinheit
ist eine Zylindereinheit mit doppeltwirkendem Zylinder mit durchgehender
Kolbenstange angeflanscht.
-
Zeichnung 2
-
zeigt
die Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsmäßigen Niederdruckverdichters
mit einer Antriebseinheit die über
einen Kurbelarm und einer Pleuelstange auf eine Linearführungseinheit
einwirken. An diese Linearführungseinheit
ist eine Zylindereinheit mit doppeltwirkendem Zylinder mit durchgehender
Kolbenstange angeflanscht.
-
Zeichnung 3
-
zeigt
die Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsmäßigen Niederdruckverdichters
mit einer Antriebseinheit die über
einen Kurbelarm und einer Pleuelstange auf eine Linearführungseinheit
einwirken. An diese Linearführungseinheit
ist eine Zylindereinheit mit doppeltwirkendem Zylinder mit durchgehender
Kolbenstange angeflanscht.
-
Zeichnung 4
-
zeigt
eine räumliche
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsmäßigen Niederdruckverdichters
mit einer Antriebseinheit die über zwei
Kurbelarme und je einer Pleuelstange auf je eine Linearführungseinheit
einwirken. An jeder dieser Linearführungseinheiten ist eine Zylindereinheit
mit doppeltwirkendem Zylinder mit durchgehender Kolbenstange angeflanscht.
-
Das
auf Zeichnung 1;2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines in der
erfindungsmäßigen Weise
ausgebildeten, in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneten Verdichters
weist einen doppeltwirkenden Zylinder (19) der in einem
Gestell (11) gehalten wird auf. In diesem Zylinder befindet
sich ein Kolben (21 nicht dargestellt) der den Zylinder
in zwei Arbeitsräume
(191; 192) unterteilt. Der Kolben ist auf der
Kolbenstange (20) befestigt, welche an der Vorderseite und
der hinteren Seite des Zylinders (19) herausragt und dort
gelagert ist (193; 194). Die Kolbenstange (20)
ist weiterhin mit dem beweglichen Teil der Führungseinheit (17; 18),
dem Linearschlitten (18) verbunden. Dieser Linearschlitten
gleitet auf der Linearführungsschiene
(17). Ebenfalls ist an dem Linearschlitten (18)
das Pleuel (16) mit einem Ende drehbar befestigt. Das andere
Ende des Pleuels (16) ist drehbar mit dem Antriebsarm (15)
verbunden. Dieser Antriebsarm (15) ist drehfest auf der
Antriebswelle (14) befestigt. Die Antriebswelle (14)
ist der drehbare Teil des Getriebes (13) und bildet zusammen
mit dem Motor (12) der sowohl als Elektromotor als auch
als Verbrennungsmotor ausgebildet sein kann, die Entriebseinheit
(12;13;14). Versetzt nun der Motor (12) über das
Getriebe (13) den Antriebsarm (15) in Bewegung,
beschreibt das Ende des Antriebsarms an dem das Pleuel befestigt
ist und somit auch das Ende des Pleuels (16) eine konzentrische
Kreisbahn um die Drehachse der Abtriebswelle (14) des Getriebes (13).
Diese Drehbewegung wird aufgrund der geometrischen Getriebebedingungen
in der Lineareinheit (17; 18) in eine geradlinige
vorwärts
und rückwärts gerichtete
Bewegung umgewandelt. Hierzu ist die Pleuelstange (16)
drehbar mit dem Antriebsarm (15) und dem Linearschlitten
(18) verbunden. Da die Kolbenstange (20) auf der
sich der Kol ben (21) befindet, ebenfalls mit dem Linearschlitten
(18) verbunden ist, folgte diese und somit auch der Kolben
ebenfalls dieser Linearbewegung. Durch das sich Vor.- und Zurückbewegen
des Kolbens (21) im Zylinder (19) verändern sich
die Arbeitsräume
(191; 192) im Zylinder (19) stetig. Hierbei
kommt es in dem Arbeitsraum dessen Volumen sich durch die Bewegung
des Kolbens (21) gerade verkleinert zu einem Überdruck,
der über
ein Druckventil (22) (federbetätigtes Rückschlagventil) an die nachgeschaltete
Druckleitung (23) weitergeleitet wird. Dort steht die komprimierte Luft
dann zur weiteren Verwendung zur Verfügung. Umgekehrt entsteht in
dem Arbeitsraum der sich gerade durch die Bewegung des Kolbens vergrößert ein Unterdruck.
Hier wird über
ein Saugventil (24) (federbetätigtes Rückschlagventil) und der Saugleitung (25)
Luft oder Flüssigkeit,
die durch einen Filter (26) gereinigt wird, in den Zylinder
(19) gesaugt. Die Drehachse der Antriebswelle (14)
steht senkrecht zur Linearachse der Lineareinheit (17; 18)
und der Mittelachse der Kolbenstange (20). Durch die Geometrie des
Kurbeltriebs ergibt sich pro Umdrehung der Antriebswelle (14)
pro Arbeitsraum (191; 192) ein Saug.- und ein
Druckhub. Bei dem Ausführungsbeispiel
(10) ergeben sich somit pro Umdrehung der Antriebswelle
(14) zwei Saug und Druckarbeitsvorgänge. Das auf Zeichnung 4 gezeichnete
Ausührungsbeispiel
eines erfindermäßigen Niederdruckverdichters
in seiner Gesamtheit mit 100 bezeichnet unterscheidet sich vom vorbeschriebenen
Verdichter (10) auf den Zeichnungen 1-3 nur dadurch, dass
in dem Gestell (11) die Antriebseinheit (12; 13; 14)
zwei Antriebsarme (15), zwei Lineareinheiten (17; 18)
und zwei Kolben- Zylindereinheiten (19-26) aufweist. Eine
so angeordnete Anlage liefert pro Umdrehung der Antriebswelle (14)
vier Saug und Druckarbeitsvorgänge.
Zweckmäßig ist
es die Antriebsarme (15) auf der Antriebswelle (14)
Winkelversetzt aufzubauen.
-
Es
ist ersichtlich, dass im Rahmen des Erfindergedankens Abwandlungen
und Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichbar
sind, die sich sowohl auf die Anordnung als auch auf die Anzahl
der von einer Antriebseinheit (12; 13;14)
angetriebenen Kolben- Zylindereinheiten (19-26)
beziehen.
-
Es
ist ersichtlich, dass im Rahmen des Erfindergedankens Abwandlungen
und Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichbar
sind, die sich auf die Antriebseinheit (12; 13;14) beziehen.
Diese kann auch durch eine Antriebseinheit ersetzt werden bei der
die Drehbewegung mittels Elektro- oder Verbrennungsmotors erfolgt,
die Übersetzung
die im Ausführungsbeispiels
mittels Getriebe erfolgt kann jedoch auch mittels Riemen oder Zahnradtrieb
erfolgen.