DE102007033601B3

DE102007033601B3 - Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters

Info

Publication number: DE102007033601B3
Application number: DE200710033601
Authority: DE
Inventors: Peter Rausch
Original assignee: Compart Compressor Technology GmbH
Current assignee: BORSIG COMPRESSOR PARTS GMBH, DE
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: WO2009010039A3; WO2009010039A2

Abstract

Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von im Zylinderkopf (20) angeordneten Einheiten (40), bestehend aus einem mit dem Schadraum kommunizierenden Stellzylinder und einem im Stellzylinder in seiner Position verschiebbar angeordneten Kolben, und Mitteln (50) zum Verstellen der Position der in den Stellzylindern angeens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters.
Verdichter (Kompressoren) werden zum Verdichten (Komprimieren) von Gasen verwendet. Für die Liefermengenregelung eines Verdichters sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, z. B. Staudruckregelung, Rückstromregelung, Abschalten von Ventilen und Schadraumregelung.
Energetisch gesehen ist die Schadraumregelung besonders vorteilhaft, da durch einen variablen Schadraum der Zeitpunkt des Ansaugvorgangs durch Rückexpansion verschoben wird und zusätzliche Energie nur zur Betätigung der stufenlosen Schadraumverstellung erforderlich ist.
Hierzu ist regelmäßig im Zylinderkopf des Kolbenverdichters ein weiterer Kolben zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens vorgesehen, der mechanisch oder hydraulisch angetrieben ist. Eine derartige Ausgestaltung ist beispielsweise aus der AT 003 213 U1 bekannt.
Da bei der Verstellung des Kolbens für die Schadraumregelung jedoch hohe Stellkräfte auftreten, wird bei einer automatisierten Regelung des Systems in der Regel ein hydraulischer Antrieb vorgesehen sein, wodurch die Schadraumregelung technisch sehr aufwändig ist.
Werden als alternative Lösungen hingegen Clearance Pockets verwendet oder Schadräume durch Ventile hinzugeschaltet, kommt es zu einer Erwärmung durch die Verengung des Querschnitts und damit zu einer Verschlechterung der Energiebilanz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters zu schaffen, die einfach herzustellen und zu bedienen ist. Weiterhin soll auch die Möglichkeit bestehen, Kolbenverdichter mit der neu geschaffenen Vorrichtung nachzurüsten.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, die bei herkömmlichen Systemen auftretenden hohen Stellkräfte dadurch zu verringern, dass mehrere mit dem Schadraum kommunizierende Stellzylinder mit jeweils einem im Stellzylinder in seiner Position verschiebbar angeordneten Kolben vorgesehen sind, wodurch die an dem jeweiligen Stellzylinder anliegende Kraft verringert ist. Damit sind wesentlich niedrigere Stellkräfte erforderlich und ein Antrieb der in den Stellzylindern angeordneten Kolben ist beispielsweise durch Elektromotoren ermöglicht.
Dabei kann die im Zylinderkopf angeordnete Mehrzahl von aus Stellzylinder und darin angeordneten Kolben bestehenden Einheiten gemeinsam von einem Mittel zum Verstellen der Position der in den Stellzylinder angeordneten Kolben zur Veränderung des Schadraumvolumens angetrieben sein. Bevorzugt sind die Mittel aber voneinander unabhängig betriebsfähig, so dass eine optimale Anpassung des Schadraumvolumens durch Veränderung nur eines einzelnen oder einiger weniger Stellzylinder erfolgen kann.
Sind die Einheiten mit Mitteln versehen, die einen Elektromotor und einen Gewindetrieb zum Verstellen der Position der in den Stellzylindern angeordneten Kolben aufweisen, kann eine besonders kostengünstig und sehr zuverlässige Ausführung der Erfindung erhalten werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine skizzenhafte, perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung, mit einem Schadraumzylinder und einem Stellzylinder und
2 eine weitere skizzenhafte, perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 1 mit einem den Kolben im Stellzylinder antreibenden motorischen Antrieb.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schadraumzylinders 10 mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderkopf 20, der eine Mehrzahl von Aufnahmen 30 für die aus Stellzylinder und daran angeordneten Kolben bestehenden Einheiten 40 aufweist, wobei lediglich eine derartige Einheit 40 exemplarisch dargestellt ist. Dabei können die Stellzylinder am Zylinderkopf 20 wie im Beispiel gezeigt (axial) oder am Umfang des Zylinderkopfs 20 mit dem Schadraum kommunizierend (i. e. radial) angeordnet sein.
Im Stellzylinder ist ein Kolben vorgesehen, der bevorzugt – wie in 2 angedeutet – durch einen Gewindetrieb im Stellzylinder zur Volumenänderung des Schadraums bewegt werden kann. Der Gewindetrieb kann über einen Zahnriemen durch einen motorischen Antrieb 50 bewegt werden. Dadurch wird im durch den Stellzylinder veränderten Schadraum die Rückexpansion des komprimierten Gases zeitlich verändert, wodurch das Druckgleichgewicht zwischen dem Zylinderinnendruck und dem Saugdruck zeitlich verschoben wird. Dadurch wird das Gas je nach Stellung des Kolbens im Stellzylinder früher oder später durch das Öffnen des Saugventils in den Zylinder geleitet und somit die Liefermenge stufenlos variiert.
Vorteilhaft dabei ist, dass durch die Aufteilung auf mehrere, mit dem Schadraum kommunizierenden Stellzylindern 40 die Stellkräfte reduziert werden, wobei hydraulisch angetriebene Systeme bei der automatischen Regulierung nicht notwendig sind. Weiterhin müssen bei der Liefermengenregelung je nach Volumen nicht alle Stellzylinder gleichzeitig betätigt werden, wodurch auch Energie eingespart werden kann.
Mit Hilfe eines durch die Messung des Zylinderinnen- sowie des Saug- und Enddrucks erstellten p-V-Diagramms kann die Liefermengenregelung wie bekannt automatisiert werden.
Schließlich bietet es sich auch an, bereits vorhandene Verdichter mit der in 1 gezeigten Vorrichtung nachzurüsten.

Claims

Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung des Schadraumvolumens eines Kolbenverdichters, gekennzeichnet durch – eine Mehrzahl von im Zylinderkopf (20) angeordneten Einheiten (40), bestehend aus einem mit dem Schadraum kommunizierenden Stellzylinder und einem im Stellzylinder in seiner Position verschiebbar angeordneten Kolben, und – Mitteln (50) zum Verstellen der Position der in den Stellzylindern angeordneten Kolben zur Veränderung des Schadraumvolumens.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50) voneinander unabhängig betriebsfähig sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50) einen Motor aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (50) einen Gewindeantrieb zum Verstellen der Position der in den Stellzylindern angeordneten Kolben aufweisen.