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Die
Erfindung betrifft einen Verdichter für gasförmige und/oder tiefkalt verflüssigte Meiden,
mit einem ersten Verdichterkolben und einem zweiten Verdichterkolben,
die mit einer Exzenterwelle in trieblicher Verbindung stehen, wobei
der zweite Verdichterkolben bezüglich
der Exzenterwelle im wesentlichen gegenüber dem ersten Verdichterkolben
angeordnet ist.
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Derartige
Verdichter mit zwei gegenüberliegend
angeordneten Verdichterkolben werden zur Verdichtung von gasförmigen Medien
und/oder tiefkalt verflüssigten
(kryogenen) Medien, beispielsweise Stickstoff, Erdgas oder Wasserstoff,
eingesetzt. Der Verdichter kann hierbei als Zweistufenverdichter ausgebildet
sein, wobei der erste Verdichterkolben die Eingangsstufe und der
zweite Verdichterkolben die Ausgangsstufe bildet.
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Bei
bekannten gattungsgemäßen Verdichtern
mit zwei Verdichterkolben sind die beiden Verdichterkolben axial
beabstandet und mit der Exzenterwelle mittels jeweils einer Pleuelstange
verbunden, die an der Exzenterwelle und dem Verdichterkolben jeweils
gelenkig gelagert ist. Durch die axial beabstandeten Verdichterkolben
weist der Verdichter in axialer Richtung einen hohen Platzbedarf
auf. Die Verdichterkolben führen
hierbei eine Linearbewegung in dem entsprechenden Verdichterzylinder
aus. Durch die Verbindung des Verdichterkolbens mit der Exzenterwelle
mittels der Pleuelstange entstehen jedoch am Verdichterkolben hohe
Seitenführungskräfte, die
zu einem hohen Verschleiß der
an dem Verdichterkolben angeordneten Dichteinrichtung führt, wodurch
der Verdichter einen hohen Wartungsaufwand und somit Bauaufwand
aufweist. Die Seitenführungskräfte können durch
eine Verlängerung
der Pleuelstange verringert werden, wodurch jedoch der Verdichter
ebenfalls in radialer Richtung einen hohen Platzbedarf aufweist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter
der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, der einen
geringen Platzbedarf und einen geringen Bauaufwand aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Verdichter in Schwenkkolbenbauweise ausgebildet ist, wobei
der erste Verdichterkolben an einem Exzenterring angeordnet ist,
der mit der Exzenterwelle in Wirkverbindung steht, und der zweite
Verdichterkolben an einem Anlenkauge befestigt ist, das mit dem
Exzenterring in Wirkverbindung steht. Durch die Bauweise des Verdichters
in Schwenkkolbenbauweise, wobei der zweite Verdichterkolben an einem
Anlenkauge befestigt, das mit dem mit der Exzenterwelle in Verbindung
stehenden Exzenterring in Verbindung steht, wobei am Exzenterring
der erste Verdichterkolben befestigt ist, kann auf einfache Weise
und mit geringem Bauaufwand eine in axialer und radialer Richtung
platzsparende Bauweise eines Verdichters mit zwei Verdichterkolben
erzielt werden. Durch die Ausbildung des Verdichters in Schwenkkolbenbauweise
weist der Verdichter durch den Verzicht auf Pleuelstangen zudem sehr
geringe Seitenführungskräfte auf,
wodurch der Verdichter eine hohe Lebensdauer bei geringem Wartungsaufwand
und somit Bauaufwand aufweist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist am Exzenterring ein Befestigungsauge ausgebildet,
an dem der erste Verdichterkolben befestigt ist, wobei das Anlenkauge
des zweiten Verdichterkolbens im Bereich des Befestigungsauges des
ersten Verdichterkolbens am Exzenterring gelenkig angeordnet ist.
Durch diese gelenkige Anordnung des Anlenkauges am Exzenterring
wird erzielt, dass die Pendelbewegung und somit die Auslenkung des zweiten
Verdichterkolbens geringer als die Pendelbewegung und somit die
Auslenkung des ersten Verdichterkolben ist, wobei die Seitenführungskräfte des zweiten
Verdichterkolbens weiter verringert werden können.
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Ein
geringer Bauaufwand ist erzielbar, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform
der Erfindung das Anlenkauge als bügelförmiges Bauteil ausgebildet
ist, das eine Querplatte aufweist, an dem der zweite Verdichterkolben
befestigt ist, und zwei im wesentlichen ringförmige Seitenteile aufweist,
die voneinander beabstandet sind, wobei zwischen den Seitenteilen
ein Aufnahmeraum für
den Exzenterring ausgebildet ist. Hierdurch kann auf einfache Weise eine
Anordnung des ersten Verdichterkolbens und des zweiten Verdichterkolbens
in einer Ebene und somit ein geringer Platzbedarf des Verdichters
in axialer Richtung erzielt werden.
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Zweckmäßigerweise
ist an den Seitenteilen eine Aufnahmebohrung für einen Gelenkbolzen ausgebildet.
Mittels eines Gelenkbolzens, der in der Aufnahmebohrung der Seitenteile
des Anlenkauges angeordnet und befestigt ist, kann auf einfache
Weise eine gelenkige Verbindung des als bügelförmigen Bauteils ausgebildeten
Anlenkauges mit dem Exzenterring erzielt werden.
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Sofern
an dem Exzenterring eine Durchgangsbohrung für den Gelenkbolzen ausgebildet
ist, kann der Gelenkbolzen auf einfache Weise und mit geringem Bauaufwand
in dem Exzenterring angeordnet werden.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn der Gelenkbolzen mittels einer Buchse
in der Durchgangsbohrung des Exzenterringes gelagert ist. Mit einer
Buchse, insbesondere einer Gleitlagerbuchse, kann mittels des in
dem Anlenkauge befestigten Gelenkbolzens auf einfache Weise eine
gelenkige Lagerung des Anlenkauges an dem Exzenterring mit einer hohen
Lebensdauer bei geringem Wartungsaufwand erzielt werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Verdichter
als Zweistufenverdichter ausgebildet, wobei der erste Verdichterkolben
die Eingangsstufe und der zweite Verdichterkolben die Ausgangsstufe
des Verdichters bildet. Mit einem erfindungsgemäßen Verdichter in Schwenkkolbenbauweise
mit zwei Verdichterkolben kann ein Zweistufenverdichter mit geringem
Platzbedarf und Bauaufwand zur Verfügung gestellt werden. In der Eingangsstufe
kann hierbei das gasförmige
Medium und/oder das tiefkalt verflüssigte Medium, das eine Eingangstemperatur
von bis –250°C aufweisen
kann, auf einen Zwischendruck von beispielsweise 10-15 bar verdichtet
werden, wobei in der Ausgangsstufe in Abhängigkeit von dem Flächenverhältnis des
ersten und zweiten Verdichterkolbens und somit des Stufendruckverhältnisses
ein Betriebsdruck von beispielsweise bis zu 450 bar erzeugbar ist.
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Zweckmäßigerweise
ist der erste Verdichterkolben in einem ersten Verdichterzylinder
und der zweite Verdichterkolben in einem zweiten Verdichterzylinder
angeordnet, wobei der Ausgang des ersten Verdichterzylinders mit
dem Eingang des zweiten Verdichterzylinders in Verbindung steht.
Durch die im wesentlichen gegenüberliegende
Anordnung der Verdichterkolben, wobei bei einer gegenüberliegenden
Anordnung der Verdichterkolben die Verdichterkolben bezüglich der
Exzenterwelle um 180° versetzt angeordnet
sind und somit phasenversetzt arbeitet, kann der Ausgang des ersten
Verdichterkolbens direkt mit dem Eingang des zweiten Verdichterkolbens verbunden
werden, wodurch ein Zweistufenverdichter mit geringem Bauaufwand
erzielbar ist. Anstelle eines Versetzungswinkels von 180° des ersten
Verdichterkolbens und des zweiten Verdichterkolbens können abweichende
Versetzungswinkel zur Verbesserung der Kräfteverhältnisse und Momentenverhältnisse
vorgesehen werden.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei
zeigt
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1 ein
erfindungsgemäßer Verdichter
in einer perspektivischen Darstellung,
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2 eine
Detailansicht der 1,
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3 eine
Seitenansicht der 2 und
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4 und
eine Draufsicht der 2.
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In
der 1 ist die perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verdichters 1 in
Schwenkkolbenbauweise dargestellt.
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Der
Verdichter 1 ist als Zweistufenverdichter ausgebildet und
weist ein ringförmiges
Gehäuse 15 auf,
in dem ein erster Verdichterzylinder 16, der die Eingangsstufe
bildet, und ein zweiter Verdichterzylinder 17 befestigt
ist, der die Ausgangsstufe bildet. An den Verdichterzylindern 16, 17 ist
jeweils ein den Eingang sowie den Ausgang der Verdichterzylinder 16, 17 bildender
Zylinderkopf 18, 19 angeordnet. Der Zylinderkopf 18 steht
eingangsseitig mit einer Eingangsleitung 20 für das zu
verdichtende gasförmige Medium
in Verbindung. Ausgangsseitig ist an den Zylinderkopf 18 eine
Zwischenleitung 21 angeschlossen, die das von der Eingangsstufe
auf den Zwischendruck verdichtete Medium führt und zu dem Eingang des
Zylinderkopfes 19 geführt
ist. Der Zylinderkopf 19 steht ausgangsseitig mit einer
Ausgangsleitung 22 für
das auf den Betriebsdruck verdichtete Medium in Verbindung. In der
Zwischenleitung 21 ist ein Anschluss 23 für ein Sicherheitsventil,
beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil, ausgebildet.
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Der
Verdichter 1 weist – wie
in den 2 bis 4 gezeigt ist – eine mit
einer in der 1 dargestellten Kurbelwelle 24,
die um eine Drehachse D drehbar gelagert ist, in trieblicher Verbindung
stehende Exzenterwelle 2 auf, an der mittels eines Wälzlagers 3 ein
Exzenterring 4 befestigt ist.
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An
dem Exzenterring 4 ist ein Befestigungsauge 5 ausgebildet,
an dem ein erster Verdichterkolben 6 befestigt ist, der
in dem ersten Verdichterzylinder 16 angeordnet ist. An
dem Befestigungsauge 5 ist hierzu – wie der 3 zu
entnehmen ist – beispielsweise
eine Gewindebohrung 5a ausgebildet, wobei der erste Verdichterkolben 6 mittels
einer Schraubverbindung in dem Befestigungsauge 5 befestigt
ist. Der erste Verdichterkolben 6 ist mit einer nutförmigen Ausnehmung 6a versehen,
in der eine Dichteinrichtung angeordnet werden kann. Bei einer Drehung
der Kurbelwelle 24 führt
der erste Verdichterkolben 6, der über den Exzenterring 4 und
die Exzenterwelle 2 mit der Kurbelwelle 24 in
Verbindung steht, in dem Verdichterzylinder 16 eine Pendelbewegung
aus.
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Der
Verdichter 1 weist einen zweiten Verdichterkolben 7 auf,
der in dem Verdichterzylinder 17 angeordnet ist, und bezüglich der
Exzenterwelle 2 und somit der Kurbelwelle 24 im
dargestellten Ausführungsbeispiel
um 180° versetzt
und somit gegenüberliegend
zum ersten Verdichterkolben 6 angeordnet ist.
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Der
zweite Verdichterkolben 7 ist – wie aus den 2 bis 4 ersichtlich
ist – an
einem Anlenkauge 8 befestigt, das an dem Exzenterring 4 im
Bereich des Befestigungsauges 5 des ersten Verdichterkolbens 6 um
eine Schwenkachse S, die parallel zur Drehachse D angeordnet ist,
gelenkig befestigt ist. Der zweite Verdichterkolben 7 ist
mit zumindest einer nutförmigen
Ausnehmung 7a versehen, in der eine Dichteinrichtung angeordnet
werden kann.
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Das
Anlenkauge 8 ist als bügelförmiges Bauteil
mit einer Querplatte 8a und an der Querplatte 8a angeordneten
Seitenteilen 8b, 8c ausgebildet. Die Seitenteile 8b, 8c sind
hierbei einstückig
an der Querplatte 8a angeformt. An der Querplatte 8a ist
der zweite Verdichterkolben 7 befestigt. Hierzu ist beispielsweise
in der Querplatte 8a eine Gewindebohrung 8d ausgebildet,
in der der zweite Verdichterkolben 7 eingeschraubt werden
kann.
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Die
Seitenteile 8b, 8c sind im wesentlichen ringförmig ausgebildet
und voneinander in axialer Richtung der Drehachse D beabstandet,
wodurch zwischen den Seitenteilen 8b, 8c ein Aufnahmeraum für den Exzenterring 4 gebildet
ist. An den Seitenteilen 8b, 8c ist an dem der
Querplatte 8a gegenüberliegenden
Bereich eine die Schwenkachse S bildende Aufnahmebohrung 10 ausgebildet,
die beispielsweise von einer Durchgangsbohrung in dem Seitenteil 8b und
einer Gewindebohrung in dem Seitenteil 8c gebildet ist.
In der Aufnahmebohrung 10 ist ein Gelenkbolzen 11 angeordnet
und eingeschraubt.
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Am
Exzenterring 4 ist im Bereich des Befestigungsauges 5 eine
Durchgangsbohrung 12 ausgebildet, mittels der der Gelenkbolzen 11 und
somit das Anlenkauge 8 mit dem Exzenterring 4 verbunden
ist. Zwischen der Durchgangsbohrung 12 und dem Gelenkbolzen 11 kann
eine Buchse 13, beispielsweise eine Gleitlagerbuchse, angeordnet
werden.
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Durch
die von dem Gelenkbolzen 11 gebildete gelenkige Befestigung
des Anlenkauges 8 des zweiten Verdichterkolbens 7 an
dem Exzenterring 4 im Bereich des Befestigungsauges 5 des
ersten Verdichterkolbens 6 kann eine bezüglich der
Drehachse D gegenüberliegende
Anordnung des ersten Verdichterkolbens 6 und des zweiten
Verdichterkolbens 7 in einer zur Drehachse D senkrechten
Ebene auf einfache Weise gebildet werden. Hierdurch ergibt sich
eine platzsparende Bauweise des erfindungsgemäßen Verdichters 1 in
axialer Richtung. Durch die Ausbildung des Verdichters 1 in
Schwenkkolbenbauweise mit zwei Verdichterkolben 6, 7,
wobei durch die Anlenkung des mit dem zweiten Verdichterkolben 7 versehenen
Anlenkauges 8 am Befestigungsauge 5 des ersten
Verdichterkolbens 6 eine verringerte Pendelbewegung und
eine verringerte Auslenkung des zweiten Verdichterkolbens 7 erzielt
wird, wird zudem ein platzsparende Bauweise des Verdichters in radialer
Richtung erzielt, wobei weiterhin an den Verdichterkolben 6, 7 sehr
geringe Seitenführungskräften auftreten
und somit der erfindungsgemäße Verdichter
einen geringen Wartungsaufwand und somit Bauaufwand aufweist.