DE102017202521A1

DE102017202521A1 - Kompressor mit Bewegungskompensationseinrichtung

Info

Publication number: DE102017202521A1
Application number: DE102017202521.2A
Authority: DE
Inventors: Marc Langela
Original assignee: STASSKOL GmbH
Current assignee: STASSKOL GmbH
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: DE102017202521B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kompressor (1). Der Kompressor (1) weist ein Gehäuse (2), einen Verdichtungsraum (10), ein erstes Zwischenstück (20), ein zweites Zwischenstück (30), einen Kurbelraum (40) und eine Kolbenstange (50) auf. Zwischen dem ersten Zwischenstück (20) und dem zweiten Zwischenstück (30) ist ein erster Durchgang (22) und zwischen dem zweiten Zwischenstück (30) und dem Kurbelraum (40) ist ein zweiter Durchgang (32) vorgesehen. Zum Abdichten der Kolbenstange (50) in und/oder an dem ersten Durchgang (22) ist eine erste Dichtungseinrichtung (60) und zum Abdichten der Kolbenstange (50) in und/oder an dem zweiten Durchgang (32) ist eine zweite Dichtungseinrichtung (70) vorgesehen. Zur Verbesserung der Abdichtung der Kolbenstange (50) ist vorgesehen, dass die erste Dichtungseinrichtung (60) und/oder die zweite Dichtungseinrichtung (70) zumindest eine Bewegungskompensationseinrichtung aufweist.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft Kompressoren gemäß den Patentansprüchen 1 und 6.
Kompressoren werden zum Verdichten von Gasen, beispielsweise in der chemischen Industrie, eingesetzt. Bei diesen Gasen handelt es sich mitunter um brennbare Gase wie Wasserstoff oder Ethen.
Insbesondere bei der Verdichtung brennbarer Gase soll verhindert werden, dass das Prozessgas aus dem Verdichtungsraum entlang der Kolbenstange als Leckagegas entweicht. Die Abdichtung der Kolbenstange zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Verdichtungsraum des Kompressors ist daher von großer Bedeutung. In der Regel sind aus diesem Grund mehrere Dichtungseinrichtungen vorgesehen.
Ausgehend von dem Verdichtungsraum ist oftmals entlang der Kolbenstange zunächst eine Kolbenstangenpackung mit mehreren, hintereinander angeordneten Einzeldichtungen vorgesehen. Die Kolbenstangenpackung befindet sich zwischen dem Verdichtungsraum und einem ersten Zwischenstück. Zwischen dem ersten Zwischenstück und einem zweiten Zwischenstück befindet sich eine Zwischendichtung. Zwischen dem zweiten Zwischenstück und dem Kurbelgehäuse befindet sich eine Ölabstreifdichtung. In dem Kurbelgehäuse befindet sich Öl, mit dem die Kurbel geschmiert wird. Das Öl kriecht an der sich in axialer Richtung oszillierend bewegenden Kolbenstange entlang und wird von der Ölabstreifdichtung abgestreift. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DE 20 2012 012 213 U1 bekannt.
Die Zwischendichtung und/oder das erste Zwischenstück können mit einem Sperrgas befüllt werden. Ein Sperrgas trägt zusätzlich dazu bei, dass das Prozessgas nicht in Richtung des Kurbelgehäuses strömen kann.
Trotz der mehrfachen Abdichtung entlang der Kolbenstange ist die Dichtwirkung nicht vollkommen. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass Prozessgas in Richtung des Kurbelgehäuses strömt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Dichtwirkung entlang einer Kolbenstange in einem Kompressor zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen Kompressor gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch einen Kompressor gemäß Anspruch 6 gelöst.
Gemäß einer ersten Variante weist der erfindungsgemäße Kompressor einen Verdichtungsraum, ein erstes Zwischenstück, ein zweites Zwischenstück und einen Kurbelraum auf. Diese vier Abschnitte sind unmittelbar hintereinander angeordnet. Der Kompressor weist ein Gehäuse auf, in dem die vier Abschnitte angeordnet sind. Zwischen dem ersten Zwischenstück und dem zweiten Zwischenstück ist ein erster Durchgang vorgesehen. Zwischen dem zweiten Zwischenstück und dem Kurbelraum ist ein zweiter Durchgang vorgesehen.
Der Kompressor weist eine Kolbenstange auf, die sich durch die vier Abschnitte erstreckt. Die Kolbenstange wird bei bestimmungsgemäßem Gebrauch von einer Kurbel die im Kurbelraum angeordnet ist, oszillierend vor und zurück bewegt. Die Kolbenstange bewegt dadurch einen Kolben in dem Verdichtungsraum. Auf diese Weise wird dort ein Prozessgas verdichtet.
Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch soll verhindert werden, dass das Prozessgas aus dem Verdichtungsraum in Richtung des Kurbelraums entweicht und dass Schmiermittel aus dem Kurbelraum in Richtung des Verdichtungsraums gelangt. Daher ist zum Abdichten der Kolbenstange an und/oder in dem ersten Durchgang eine erste Dichtungseinrichtung und zum Abdichten der Kolbenstange an und/oder in dem zweiten Durchgang eine zweite Dichtungseinrichtung vorgesehen.
Ein Problem herkömmlicher Dichtungseinrichtungen besteht darin, dass sie ausschließlich an dem Gehäuse des Kompressors fixiert werden. Auf diese Weise besteht im Stand der Technik immer ein Spalt zwischen den Dichtungseinrichtungen und der Kolbenstange, was insbesondere bei einem Verschleiß der Dichtungseinrichtungen zu einer mangelhaften Abdichtung führt.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Dichtungseinrichtung und/oder die zweite Dichtungseinrichtung zumindest eine Bewegungskompensationseinrichtung aufweist. Eine Bewegungskompensationseinrichtung kann die Relativbewegung der Kolbenstange zu dem Gehäuse des Kompressors ausgleichen. Daher ist es möglich, sowohl eine dichte Verbindung zwischen Bewegungskompensationseinrichtung und Kolbenstange als auch zwischen der Bewegungskompensationseinrichtung und dem Gehäuse des Kompressors vorzusehen.
Unter einer Bewegungskompensationseinrichtung wird vorzugsweise eine Einrichtung verstanden, die an dem Gehäuse des Kompressors und an der Kolbenstange fixiert ist, wobei bei einer Relativbewegung von Kolbenstange und Gehäuse ein erstes Ende der Bewegungskompensationseinrichtung keine Relativbewegung zu dem Gehäuse und ein zweites Ende der Bewegungskompensationseinrichtung keine Relativbewegung zu der Kolbenstange ausführt.
Wird ein Kompressor mit zwei Zwischenstücken versehen, so kann eine Bewegungskompensationseinrichtung an und/oder in einem der Durchgänge vorgesehen werden, während an und/oder in einem weiteren Durchgang eine Zwischendichtung oder eine Ölabstreifdichtung vorgesehen ist. Insbesondere kann die erste Dichtungseinrichtung als Zwischendichtung oder die zweite Dichtungseinrichtung als Ölabstreifdichtung ausgeführt sein. Die jeweils andere Dichtungseinrichtung weist eine Bewegungskompensationseinrichtung auf.
Eine Zwischendichtung ist vorzugsweise eine Dichtungseinrichtung mit zumindest zwei Dichtringen, die einen ähnlichen Aufbau wie die Kolbenstangenpackung haben kann. Eine Zwischendichtung kann einen Anschluss für ein Spül- oder ein Sperrgas aufweisen. Eine Zwischendichtung ist bevorzugt gasdicht. Eine Ölabstreifdichtung ist in der Regel nicht gasdicht.
Die Bewegungskompensationseinrichtung weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf.
Ist die erste Dichtungseinrichtung eine Bewegungskompensationseinrichtung, so kann das erste Ende in und/oder an dem ersten Durchgang an dem Gehäuse und das zweite Ende an der Kolbenstange befestigt werden. Das zweite Ende befindet sich vorzugsweise in dem zweiten Zwischenstück.
Ist die zweite Dichtungseinrichtung eine Bewegungskompensationseinrichtung, so kann das erste Ende in und/oder an dem zweiten Durchgang an dem Gehäuse und das zweite Ende an der Kolbenstange befestigt werden. Das zweite Ende befindet sich vorzugsweise in dem Kurbelraum.
Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch findet zwischen dem zweiten Ende und der Kolbenstange vorteilhafterweise keine Relativbewegung statt. Gleichermaßen ist es auch möglich, dass sowohl die erste Dichtungseinrichtung als auch die zweite Dichtungseinrichtung mindestens eine Bewegungskompensationseinrichtung aufweist. Auf diese Weise wird die Abdichtwirkung verdoppelt und die Leckage des Prozessgases in Richtung des Kurbelraums sowie die Leckage des Schmiermittels in Richtung des Verdichtungsraums verhindert.
Herkömmliche Kompressoren wie der aus DE 20 2012 012 213 U1 weisen zwei Zwischenstücke auf. Durch die Erfindung ist es nun möglich, auf eines der Zwischenstücke zu verzichten.
Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung weist der Kompressor einen Verdichtungsraum, ein Zwischenstück, eine Kolbenstange, ein Gehäuse und einen Kurbelraum auf. Somit ist nur ein einziges Zwischenstück vorgesehen, das unmittelbar an den Verdichtungsraum und den Kurbelraum angrenzt. Die drei Abschnitte bestehend aus Verdichtungsraum, Zwischenstück und Kurbelraum sind in dem Gehäuse angeordnet. Da nur ein Zwischenstück vorgesehen werden muss, kann der Kompressor deutlich kompakter und insbesondere in seiner Ausdehnung entlang der Hauptachse der Kolbenstange kürzer konstruiert werden.
Der Aufbau und die Funktionsweise der Kolbenstange, des Kolbens sowie der einzelnen Abschnitte sind vorzugsweise identisch zu der ersten Variante mit zwei Zwischenstücken. Die Kolbenstange kann jedoch kürzer ausgeführt werden.
Zwischen dem Zwischenstück und dem Kurbelraum ist ein Durchgang vorhanden. Zum Abdichten der Kolbenstange in und/oder an dem Durchgang ist eine Bewegungskompensationseinrichtung vorgesehen. Die Bewegungskompensationseinrichtung weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das erste Ende ist in und/oder an dem Durchgang an dem Gehäuse und das zweite Ende ist an der Kolbenstange befestigt. Das zweite Ende befindet sich vorzugsweise in dem Kurbelraum.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf beide Varianten der Erfindung, das heißt auf erfindungsgemäße Kompressoren mit zwei Zwischenstücken und auf erfindungsgemäße Kompressoren mit nur einem Zwischenstück.
Eine Bewegungskompensationseinrichtung wird bevorzugt in einer von zwei möglichen Orientierungen in dem Kompressor angeordnet. Die beiden Orientierungen sind entgegengesetzt. Bei der ersten Orientierung befindet sich ausgehend von dem Kurbelraum in Richtung des Verdichtungsraums das erste Ende der Bewegungskompensationseinrichtung vor dem zweiten Ende. In der zweiten Orientierung befindet sich bei der gleichen Betrachtung das zweite Ende vor dem ersten Ende. Bei beiden Orientierungen entspricht eine Hauptachse der Bewegungskompensationseinrichtung bevorzugt der Hauptachse des Kompressors oder ist parallel zu der Hauptachse des Kompressors. Die beiden Orientierungen liegen jeweils insbesondere in einem Zustand des Kompressors vor, in dem der Verdichtungsraum das größtmögliche Volumen für das Prozessgas bietet.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen sind in und/oder an zumindest einem Durchgang zwei Bewegungskompensationseinrichtungen vorgesehen.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass in und/oder an zumindest einem Durchgang drei Bewegungskompensationseinrichtungen angeordnet sind. Bevorzugt weisen zumindest zwei der drei Bewegungskompensationseinrichtungen die gleiche Orientierung auf.
Bevorzugt wird zwischen zwei Bewegungskompensationseinrichtungen ein Zwischenraum gebildet. Durch drei Bewegungskompensationseinrichtungen können zwei Zwischenräume gebildet werden. Auf diese Weise wird die Sicherheit der Abdichtung verdoppelt.
Zumindest ein Zwischenraum kann mit einem Sperrgas beaufschlagt werden. Das Sperrgas kann beispielsweise Stickstoff oder CO₂ sein.
In und/oder an zumindest einem Zwischenraum kann ein Sensor vorgesehen sein. Der Sensor ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass er die Bewegungskompensationseinrichtungen, die den jeweils überwachten Zwischenraum bilden, auf Gasdichtigkeit überprüft.
Der Sensor ist bevorzugt ein Drucksensor, ein Durchflusssensor oder ein Sensor zur Ermittlung der Gasart oder Gaszusammensetzung in dem Zwischenraum. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Sperrgas und das Vorsehen eines Sensors zur Ermittlung der Gaszusammensetzung. Sind beide einen Zwischenraum bildenden Bewegungskompensationseinrichtung intakt, so befindet sich ausschließlich Sperrgas in dem Zwischenraum. Stellt eine an den Sensor angeschlossene Auswerteeinrichtung fest, dass sich die Gaszusammensetzung ändert, so kann beispielsweise der Kompressor angehalten und/oder eine Warnmeldung erzeugt werden.
Die Bewegungskompensationseinrichtungen, die in und/oder an einem Durchgang angeordnet sind, können in entgegengesetzter oder in gleicher Orientierung angeordnet werden.
Besonders bevorzugt werden zwei Bewegungskompensationseinrichtungen zumindest teilweise ineinander angeordnet. Auf diese Weise wird der Bauraum des Kompressors nicht verlängert, obwohl zwei Faltenbälge vorgesehen sind.
Eine axiale Länge des ersten und/oder zweiten Zwischenstücks ist vorzugsweise so bemessen, dass eine darin angeordnete Bewegungskompensationseinrichtung ausreichend Platz für eine axiale Expansion hat. Vorteilhafterweise ist die axiale Länge größer als eine maximale Länge der Bewegungskompensationseinrichtung. Die axiale Länge kann sich auch an dem Hub der Kolbenstange orientieren. Bevorzugt ist die axiale Länge größer als der Hub der Kolbenstange.
Die Verbindung zwischen Bewegungskompensationseinrichtung und Gehäuse und die Verbindung zwischen Bewegungskompensationseinrichtung und Kolbenstange sind bevorzugt gasdicht. Auf diese Weise kann weder Schmiermittel in die eine noch Prozessgas in die entgegengesetzte Richtung gelangen.
Als gasdicht wird eine Verbindung oder eine Dichtung insbesondere dann bezeichnet, wenn eine Leckagerate q_L durch die Abstreifanordnung kleiner als 10^-7 mbar*l*s^-1 ist. Eine Leckagerate von q_L = 1 mbar*l*s^-1 ist gegeben, wenn in einem abgeschlossenen, evakuierten Behälter mit dem Volumen 1 Liter (l) der Druck in 1 Sekunde um 1 Millibar ansteigt oder bei Überdruck im Behälter um 1 Millibar pro Sekunde abfällt. Die Leckagerate kann beispielsweise mittels eines Helium-Leckdetektors ermittelt werden.
Vorzugsweise ist zumindest ein erstes Ende der Bewegungskompensationseinrichtung formschlüssig an dem Gehäuse befestigt. Eine formschlüssige Verbindung bietet einen großen Widerstand gegenüber dem Lösen der Verbindung.
Vorteilhafterweise weist die Bewegungskompensationseinrichtung an zumindest einem ersten Ende einen Kragen auf. Der Kragen ermöglicht die formschlüssige Verbindung. Bei vorteilhaften Weiterbildungen des Kompressors ist vorgesehen, dass zumindest ein erstes Ende der Bewegungskompensationseinrichtung mittels eines Klemmhalters an dem Gehäuse befestigt ist. Der Klemmhalter ist vorzugsweise lösbar.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist vorgesehen, dass zumindest ein zweites Ende der Bewegungskompensationseinrichtung kraftschlüssig an der Kolbenstange befestigt ist. An der Kolbenstange ist eine kraftschlüssige Verbindung vorteilhaft, da eine Angriffsstelle für eine formschlüssige Verbindung an der Kolbenstange nur schwer herstellbar ist und diese Angriffsstelle die Kolbenstange schwächen könnte.
Die Bewegungskompensationseinrichtung weist vorzugsweise an zumindest einem zweiten Ende ein zylindrisches Endstück auf. Ein solches Endstück ermöglicht eine kraftschlüssige Verbindung. Bei vorteilhaften Weiterbildungen ist zumindest ein zweites Ende der Bewegungskompensationseinrichtung mittels zweier Halbschalen an der Kolbenstange befestigt. Die Halbschalen werden beispielsweise mittels Schrauben miteinander verbunden und üben dadurch eine Kraft auf das zweite Ende der Bewegungskompensationseinrichtung aus, sodass dieses zweite Ende kraftschlüssig an der Kolbenstange befestigt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest das zweite Ende der Bewegungskompensationseinrichtung formschlüssig an der Kolbenstange befestigt sein. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist an der Kolbenstange eine Eindrehung vorgesehen, mit der die formschlüssige Verbindung hergestellt wird. Bevorzugt wird die Kolbenstange größer dimensioniert, wenn eine formschlüssige Verbindung zwischen Bewegungskompensationseinrichtung und Kolbenstange vorgesehen werden soll. Konkret bedeutet das in einem bevorzugten Fall, dass die Kolbenstange ohne die formschlüssige Verbindung einen bestimmten Durchmesser aufweisen müsste, dass der Durchmesser aber größer gewählt wird und die Kolbenstange mit einer Eindrehung versehen wird, so dass sie an der Eindrehung den Durchmesser aufweist, den sie ohne die formschlüssige Verbindung aufweisen müsste.
Das Material der Bewegungskompensationseinrichtung ist vorteilhafterweise gasdicht und resistent gegen Schmiermittel, insbesondere gegen Öl. Um eine ausreichende Flexibilität zu ermöglichen, besteht die Bewegungskompensationseinrichtung vorteilhafterweise zumindest teilweise aus Kunststoff, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE). PTFE eignet sich aufgrund einer hohen Temperaturbeständigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber aggressiven Medien für die Anwendung in einem Kompressor.
Weist ein Kompressor mehrere Bewegungskompensationseinrichtungen auf, so können diese gleicher oder unterschiedlicher Bauart sein. Vorteilhafterweise sind alle Bewegungskompensationseinrichtungen gemäß einer oder mehrerer der obigen Ausführungen ausgebildet. Bevorzugt werden alle Bewegungskompensationseinrichtungen gleich ausgeführt.
Vorzugsweise weist zumindest eine Bewegungskompensationseinrichtung einen Faltenbalg und/oder eine Membran auf.
Unter einer Membran wird insbesondere ein plattenförmiges Bauteil mit einer großen Ausdehnung in zwei Dimensionen und einer geringen Ausdehnung in einer dritten Dimension verstanden, das in Richtung der dritten Dimension elastisch verformbar ist. Die Membran ist undurchlässig. Die Membran kann in unbelastetem Zustand beispielsweise die Form einer Ringscheibe oder einer Tellerfeder aufweisen.
Vorzugsweise besteht die erste und/oder die zweite Dichtungseinrichtung aus einer Membran oder einem Faltenbalg, insbesondere ausschließlich aus einer Membran oder einem Faltenbalg.
Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch wird der Faltenbalg durch die oszillierende Bewegung der Kolbenstange wechselweise zusammengedrückt und auseinandergezogen .
Der Faltenbalg ist vorzugsweise so angeordnet, dass Schmiermittel aus dem Kurbelgehäuse mit einer Außenseite in Berührung kommen kann. Eine Innenseite oder ein Innenraum des Faltenbalgs ist gegenüber dem Raum, aus dem Schmiermittel kommen könnte, abgedichtet. Wenn Schmiermittel, das insbesondere Öl ist, mit der Außenseite des Faltenbalgs in Berührung kommt, kann es einfacher entfernt werden. Insbesondere kann Öl außen an dem Faltenbalg entlang fließen. Auch kann das Öl durch die Einwirkung der Schwerkraft anschließend von dem Faltenbalg heruntertropfen. Es ist möglich, dass das Schmiermittel gesammelt und rückgeführt wird, insbesondere wenn der Faltenbalg an einem Durchgang zwischen zwei Zwischenstücken zum Einsatz kommt.
Der Faltenbalg ist vorzugsweise so angeordnet, dass aus dem Verdichtungsraum entweichendes Prozessgas vorrangig mit der Innenseite des Faltenbalgs in Berührung kommt, sich also im Innenraum des Faltenbalgs befindet. Bevorzugt wird der Faltenbalg daher in der zweiten Orientierung angeordnet. Anders als das Schmiermittel kann das Prozessgas aus dem Innenraum des Faltenbalgs beispielsweise durch einen Spülvorgang mit einem Spülgas, beispielsweise Stickstoff oder CO₂, weitestgehend entfernt werden.
Zumindest ein Faltenbalg weist bevorzugt eine zylindrische Grundform auf. Möglich sind jedoch auch andere Formen, beispielsweise eine kegelartige Grundform. Wird eine kegelartige Grundform verwendet, so befindet sich das Ende des Faltenbalgs mit geringerem Durchmesser an der Kolbenstange.
Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielhaft dargestellt und erläutert. Es zeigt dabei:

1 eine teilweise schematische Darstellung eines Kompressors gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine teilweise schematische Darstellung eines Kompressors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine teilweise schematische Darstellung eines Kompressors gemäß einer dritten Ausführungsform,
4 eine teilweise schematische Darstellung eines Kompressors gemäß einer vierten Ausführungsform,
5 eine teilweise schematische Darstellung eines Kompressors gemäß einer fünften Ausführungsform,
6 eine teilweise schematische Darstellung eines Kompressors gemäß einer sechsten Ausführungsform,
7 eine teilweise schematische Darstellung eines Kompressors gemäß einer siebten Ausführungsform,
8 eine teilweise schematische Darstellung eines Kompressors gemäß einer achten Ausführungsform.

Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kompressors 1. Der Kompressor 1 weist ein Gehäuse 2 auf. In dem Gehäuse 2 sind vier Abschnitte angeordnet: ein Verdichtungsraum 10, ein erstes Zwischenstück 20, ein zweites Zwischenstück 30 und ein Kurbelraum 40.
Eine Kolbenstange 50 erstreckt sich von dem Kurbelraum 40 bis in den Verdichtungsraum 10. Die Kolbenstange 50 wird von einer Kurbel (nicht dargestellt) in eine oszillierende Bewegung versetzt. In dem Verdichtungsraum 10 ist ein Kolben 14 angeordnet, der durch die Kolbenstange 50 bewegt wird. Auf diese Weise wird ein Prozessgas in dem Verdichtungsraum 10 verdichtet. Nach dem Verdichten strömt das Prozessgas durch einen Auslass (nicht dargestellt) aus dem Verdichtungsraum 10. Anschließend strömt zu verdichtendes Prozessgas durch einen Einlass (nicht dargestellt) in den Verdichtungsraum 10.
Zwischen aneinander angrenzenden Abschnitten sind Durchgänge 12, 22, 32 vorhanden, die einen Durchtritt der Kolbenstange 50 ermöglichen. Zwischen dem ersten Zwischenstück 20 und dem zweiten Zwischenstück 30 befindet sich ein erster Durchgang 22, zwischen dem zweiten Zwischenstück 30 und dem Kurbelraum 40 befindet sich ein zweiter Durchgang 32 und zwischen dem Verdichtungsraum 10 und dem ersten Zwischenstück 20 befindet sich ein dritter Durchgang 12. Die Kolbenstange 50 ist in den drei Durchgängen 12, 22, 32 abgedichtet.
An dem ersten Durchgang 22 ist eine erste Dichtungseinrichtung 60 angeordnet. Die Dichtungseinrichtung 60 weist eine Bewegungskompensationseinrichtung in Form eines Faltenbalgs 80 auf. Der Faltenbalg 80 dichtet die Kolbenstange 50 gegenüber dem Gehäuse 2 ab. Der Faltenbalg 80 weist ein erstes Ende 82 und ein zweites Ende 84 auf. Der Faltenbalg 80 weist eine zylindrische Grundform auf.
An dem ersten Ende 82 weist der Faltenbalg 80 einen Kragen 81 auf. Der Kragen 81 ist formschlüssig durch einen Klemmhalter 24 im Bereich des ersten Durchgangs 22 an dem Gehäuse 2 befestigt. An dem zweiten Ende 84 weist der Faltenbalg 80 ein zylindrisches Endstück 83 auf. Das zylindrische Endstück 83 ist mittels zweier Halbschalen 54 kraftschlüssig an der Kolbenstange 50 befestigt. Das zweite Ende 84 ist in dem zweiten Zwischenstück 30 angeordnet.
Die beschriebene Anordnung des Faltenbalgs 80 hat zur Folge, dass ausgehend von dem Verdichtungsraum 10 in Richtung des Kurbelraums 40 das erste Ende 82 vor dem zweiten Ende 84 angeordnet ist. Der Faltenbalg 80 ist somit in der zweiten Orientierung angeordnet.
An dem zweiten Durchgang 32 ist eine Ölabstreifdichtung als zweite Dichtungseinrichtung 70 angeordnet. Die Ölabstreifdichtung ist vorrangig dafür verantwortlich, dass Schmiermittel aus dem Kurbelraum 40 abgestreift wird und zum Großteil nicht in Richtung des Verdichtungsraums 10 gelangen kann. In der Praxis muss davon ausgegangen werden, dass keine Dichtung vollkommen dicht ist. Daher kann es vorkommen, dass Schmiermittel und/oder Prozessgas in das zweite Zwischenstück 30 gelangen.
In dem dritten Durchgang 12 ist eine Kolbenstangenpackung 52 angeordnet. Die Kolbenstangenpackung 52 weist mehrere Dichtringe auf, die nicht näher beschrieben werden.
Der Kompressor 1 weist einen Leckagegasauslass 4 auf. Der Leckagegasauslass 4 ist im Bereich der Kolbenstangenpackung 52 angeordnet.
Die 1 zeigt zwei Zustände des Kompressors 1. In einem ersten Zustand ist der Faltenbalg 80 zusammengedrückt. In diesem Zustand ist das Prozessgas in dem Verdichtungsraum 10 stark komprimiert. In dem zweiten Zustand ist der Faltenbalg 80 in die Länge gezogen. In diesem Zustand befindet sich der Kolben 14 an einem hinteren Anschlagpunkt.
Die axiale Länge des zweiten Zwischenstücks 30 ist größer als der Hub der Kolbenstange 50. Dadurch kann der Faltenbalg 80 bei einer Bewegung der Kolbenstange 50 in Richtung des Kurbelgehäuses 40 axial expandieren. Die Relativbewegung zwischen dem zweiten Ende 84 und der Kolbenstange 50 ist gleich null.
Bei dem Kompressor 1 gemäß 2 wird die erste Dichtungseinrichtung 60 durch eine Zwischendichtung gebildet. Die Zwischendichtung ist in dem ersten Durchgang 22 angeordnet.
Die zweite Dichtungseinrichtung 70 weist eine Bewegungskompensationseinrichtung in Form eines Faltenbalgs 80 auf. Der Faltenbalg 80 ist an dem zweiten Durchgang 32 angeordnet. Die Ausführung des Faltenbalgs 80 ist im Vergleich mit der Ausführungsform der 1 identisch. Das erste Ende 82 des Faltenbalgs 80 weist einen Kragen 81 auf. Der Kragen 81 ist mittels eines Klemmhalters 24 im Bereich des zweiten Durchgangs 32 an dem Gehäuse 2 befestigt. Das zweite Ende 84 des Faltenbalgs 80 ist in dem Kurbelraum 40 angeordnet. Der Faltenbalg 80 ist somit in der zweiten Orientierung angeordnet.
Die beschriebene Anordnung des Faltenbalgs 80 hat ebenfalls zur Folge, dass ausgehend von dem Verdichtungsraum 10 in Richtung des Kurbelraums 40 das erste Ende 82 vor dem zweiten Ende 84 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform führt diese Anordnung dazu, dass sich das Schmiermittel in dem Kurbelraum 40 außerhalb des Faltenbalgs 80 befindet.
Auch die 2 zeigt den Kompressor 1 in zwei Zuständen. In einem Zustand ist der Faltenbalg 80 zusammengedrückt oder komprimiert und in dem zweiten Zustand auseinandergezogen oder expandiert.
Nicht gezeigt ist eine weitere Ausführungsform des Kompressors, bei der sowohl die erste Dichtungseinrichtung als auch die zweite Dichtungseinrichtung einen Faltenbalg aufweist. Bei dieser sind zwei Faltenbälge vorgesehen, die jeweils wie einer der Faltenbälge der Ausführungsformen gemäß den 1 und 2 angeordnet sind.
3 zeigt einen Kompressor 101 mit nur einem Zwischenstück 120. Der Kompressor 101 weist zudem einen Verdichtungsraum 110 und einen Kurbelraum 140 auf. Der Verdichtungsraum 110, das Zwischenstück 120 und der Kurbelraum 140 sind in einem Gehäuse 102 angeordnet.
Der Kompressor 101 weist eine Kolbenstange 150 auf, die von einer Kurbel (nicht dargestellt) in eine oszillierende Bewegung versetzt werden kann. In dem Verdichtungsraum 110 ist ein Kolben 114 angeordnet. Der Kolben 114 ist mit der Kolbenstange 150 verbunden.
Zwischen dem Zwischenstück 120 und dem Kurbelraum 140 ist ein Durchgang 122 vorgesehen. In dem Durchgang 122 ist ein Faltenbalg 180 angeordnet. Der Faltenbalg 180 dichtet die Kolbenstange 150 ab.
Der Faltenbalg weist ein erstes Ende 182 und ein zweites Ende 184 auf. An dem ersten Ende 182 weist der Faltenbalg 180 einen Kragen 181 auf. Der Kragen 181 ist mittels eines Klemmhalters 124 formschlüssig an dem Gehäuse 102 befestigt. Der Faltenbalg 180 weist an dem zweiten Ende 184 ein zylindrisches Endstück 183 auf. Das zylindrische Endstück 183 ist mittels zweier Halbschalen 154 kraftschlüssig an der Kolbenstange 150 befestigt. Der Faltenbalg 180 ist somit in der zweiten Orientierung angeordnet.
Zwischen dem Verdichtungsraum 110 und dem Zwischenstück 120 ist ein weiterer Durchgang 112 vorgesehen. In dem weiteren Durchgang 112 ist eine Kolbenstangenpackung 152 angeordnet. Die Kolbenstangenpackung 152 dichtet die Kolbenstange 150 ab.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Kompressors 101. Der Kompressor 101 weist ein Zwischenstück 120 auf. In dem Durchgang 122 ist ein Faltenbalg 180 angeordnet. Der Durchgang 122 ist mittels eines Versatzelementes 142 in Richtung des Verdichtungsraums 110 verlagert. Dadurch kann die Länge des Kompressors 101 und damit der benötigte Bauraum gegenüber der in 3 gezeigten Ausführungsform verringert werden.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kompressors 101, bei dem im Durchgang 122 zwei Faltenbälge 180a,b angeordnet sind. Die Faltenbälge 180a,b weisen zueinander entgegengesetzte Orientierungen auf. Der Faltenbalg 180a ist in der ersten Orientierung und der Faltenbalg 180b ist in der zweiten Orientierung angeordnet.
Die ersten Enden 182 sind mit den Kragen 181 am Gehäuse 102 im Bereich des Durchgangs 122 befestigt. Die jeweiligen zweiten Enden 184 sind mit den zylindrischen Endstücken 183 kraftschlüssig an der Kolbenstange 150 befestigt. Es entsteht so ein Zwischenraum 186 zwischen den beiden Faltenbälgen 180a,b, welcher mittels einer Sensoreinrichtung mit einem Sensor 128 überwacht werden kann, um Beschädigungen an einem der Faltenbälge 180a,b zu detektieren. Beispielsweise kann der Zwischenraum 186 zwischen den Faltenbälgen 180a,b mit einem Sperrgas beaufschlagt werden, dessen Druck über dem Druck des Zwischenstückes 120 und über dem Druck des Kurbelgehäuses 140 liegt. Kommt es zu einer Beschädigung eines der Faltenbälge 180a,b, so kann der Sensor 128 einen Druckabfall registrieren und der Kompressor 101 kann zwecks Wartung gestoppt werden.
Der Sensor 128 kann beispielsweise ein Drucksensor oder ein Durchflusssensor oder ein Sensor zur Ermittlung der Gasart in dem Zwischenraum 186 sein. Durch den Sensor 128 wird der Zwischenraum 186 überwacht. Eine Auswerteeinrichtung 129 wertet die Signale des Sensors 128 aus. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob die Faltenbälge 180 undicht sind.
Der Kompressor 101 weist einen Sperrgaseinlass 126 auf. Durch diesen Sperrgaseinlass 126 kann der Zwischenraum 186 von einer Versorgungseinrichtung 127 mit einem Sperrgas beaufschlagt werden. Das Sperrgas kann beispielsweise Stickstoff sein. Der Druck in dem Zwischenraum 186 ist bevorzugt höher als der Druck in dem Zwischenstück 120 und/oder als der Druck in dem Kurbelraum 140. Der Kompressor 101 weist einen Leckagegasauslass 104 auf. Der Leckagegasauslass 104 ist bei der vorliegenden Ausführungsform im Bereich der Kolbenstangenpackung 152 vorgesehen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Leckagegasauslass 104 auch im Bereich des Zwischenstücks 120 vorgesehen sein.
6 zeigt eine sechste Ausführungsform eines Kompressors 101. Der Kompressor 101 weist zwei Faltenbälge 180a,b auf, die beide in zweiter Orientierung in und an dem Durchgang 122 angeordnet sind. Die Faltenbälge 180a,b sind teilweise ineinander angeordnet. Zwischen den Faltenbälgen 180a,b wird ein Zwischenraum 186 gebildet. Durch die Anordnung der Faltenbälge 180a,b in gleicher Orientierung wird der Bauraum des Kompressors verkürzt. Der Faltenbalg 180a weist einen kleineren Durchmesser als der Faltenbalg 180b auf.
Der Zwischenraum 186 wird durch einen Sensor 128 überwacht. Ein Sperrgaseinlass 126 mündet in den Zwischenraum 186.
Im Bereich der Kolbenstangenpackung 152 ist ein Leckagegasauslass 104 angeordnet.
In 7 ist eine weitere Ausführungsform eines Kompressors 101 dargestellt. Der Kompressor 101 weist drei Faltenbälge 180a,b,c auf. Zwei Faltenbälge 180a,b weisen die zweite Orientierung auf und sind in dem Kurbelgehäuse 140 angeordnet. Der dritte Faltenbalg 180c weist gegenüber den beiden weiteren Faltenbälgen 180a,b eine entgegengesetzte Orientierung auf, nämlich die erste Orientierung.
Der dritte Faltenbalg 180c ist in dem Zwischenstück 120 angeordnet. Die Faltenbälge 180a,b sind in dem Kurbelraum 140 angeordnet.
Durch die drei Faltenbälge 180 werden zwei Zwischenräume 186a,b gebildet. Die Zwischenräume 186a,b sind gegeneinander abgedichtet. Grundsätzlich können die Zwischenräume 186a,b jeweils mit einem Sperrgaseinlass 126 und/oder einem Sensor 128 versehen werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen beide Zwischenräume 186a,b jeweils einen Sperrgaseinlass 126 und einen Sensor 128 auf. Durch die Sperrgaseinlässe 126 kann mittels einer vorgeschalteten Versorgungseinrichtung 127 unabhängig voneinander Sperrgas in die Zwischenräume 186 eingebracht werden.
Die Sensoren 128 sind an eine gemeinsame Auswerteeinrichtung 129 angeschlossen. Die Auswerteeinrichtung 129 empfängt die Signale der Sensoren 128 und stellt fest, ob die Faltenbälge 180 dicht sind. Stellt die Auswerteeinrichtung 129 fest, dass zumindest ein Faltenbalg 180 nicht dicht ist, so gibt sie ein Warnsignal aus.
8 zeigt eine Ausführungsform eines Kompressors 101 mit zwei Membranen 190a,b. Die Membranen 190a,b sind im Bereich eines Durchgangs 122 angeordnet. Beide Membranen 190a,b weisen jeweils ein erstes Ende in Form eines Außenrands 192 und ein zweites Ende in Form eines Innenrands 194 auf.
Die Außenränder 192 sind mittels Klammerhaltern 124 an dem Gehäuse 102 des Kompressors 101 befestigt. Die Innenränder 194 sind jeweils mittels zweier Halbschalen 154 an der Kolbenstange 150 befestigt.
In 8 sind zwei Betriebszustände des Kompressors 101 dargestellt. In einem ersten Betriebszustand steht dem zu verdichtenden Gas in dem Verdichtungsraum 110 das größtmögliche Volumen zur Verfügung. In 8 ist dies in der oberen Hälfte dargestellt.
In dem zweiten Betriebszustand ist das Volumen in dem Verdichtungsraum 110 verkleinert bzw. darin befindliches Gas komprimiert. Dieser Betriebszustand ist in der unteren Hälfte der 8 dargestellt.
In dem ersten Betriebszustand sind die Membranen 190a,b so verformt, dass sich ausgehend von dem Kurbelraum 140 in Richtung des Verdichtungsraums 110 der jeweilige Innenrand 194 vor dem jeweiligen Außenrand 192 befindet. Die Membranen 190a,b befinden sich dann in der zweiten Orientierung. In dem zweiten Betriebszustand befinden sich die Membranen 190a,b in der ersten Orientierung. Die Membranen 190a,b werden bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durch die oszillierende Bewegung der Kolbenstange 150 elastisch verformt.
Zwischen den Membranen 190a,b wird ein Zwischenraum 196 gebildet. Der Zwischenraum 196 ist durch die Membranen 190a,b gegenüber dem Innenraum des Zwischenstücks 120 und dem Innenraum des Kurbelgehäuses 140 abgedichtet.
Der Kompressor 101 weist einen Sperrgaseinlass 126 auf, der mit dem Zwischenraum 196 in Verbindung steht. Der Zwischenraum 196 weist einen Sensor 128 auf, mittels dem eine Auswerteeinrichtung 129 ermittelt, ob die Membranen 190 dicht sind.
Die Ausführung von Bauteilen wie beispielsweise der Kolbenstange 50, 150, des Kolbens 14, 114 und Teilen der Kolbenstangenpackung 52, 152 ist bei den acht in den 1 bis 8 gezeigten Ausführungsformen identisch.
Ein Sperrgaseinlass und/oder ein Leckagegasauslass können auch bei Ausführungsformen des Kompressors mit nur einem Faltenbalg vorgesehen sein. Der Sperrgaseinlass befindet sich bei diesen Ausführungsformen bevorzugt in einer Wandung eines Zwischenstücks.
Bezugszeichenliste

1: Kompressor
2: Gehäuse
4: Leckagegasauslass
10: Verdichtungsraum
12: dritter Durchgang
14: Kolben
20: erstes Zwischenstück
22: erster Durchgang
24: Klemmhalter
30: zweites Zwischenstück
32: zweiter Durchgang
40: Kurbelraum
50: Kolbenstange
52: Kolbenstangenpackung
54: Halbschale
60: erste Dichtungseinrichtung
70: zweite Dichtungseinrichtung
80: Faltenbalg
81: Kragen
82: erstes Ende
83: zylindrisches Endstück
84: zweites Ende
101: Kompressor
102: Gehäuse
104: Leckagegasauslass
110: Verdichtungsraum
112: weiterer Durchgang
114: Kolben
120: Zwischenstück
122: Durchgang
124: Klemmhalter
126: Sperrgaseinlass
127: Versorgungseinrichtung
128: Sensor
129: Auswerteeinrichtung
140: Kurbelraum
142: Versatzelement
150: Kolbenstange
152: Kolbenstangenpackung
154: Halbschale
180: Faltenbalg
180a: Faltenbalg
180b: Faltenbalg
180c: Faltenbalg
181: Kragen
182: erstes Ende
183: zylindrisches Endstück
184: zweites Ende
186: Zwischenraum
186a: Zwischenraum
186b: Zwischenraum
190a: Membran
190b: Membran
192: Außenrand
194: Innenrand
196: Zwischenraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202012012213 U1 [0004, 0021]

Claims

Kompressor mit einem Gehäuse (2), einem Verdichtungsraum (10), einem ersten Zwischenstück (20), einem zweiten Zwischenstück (30), einem Kurbelraum (40) und einer Kolbenstange (50), wobei zwischen dem ersten Zwischenstück (20) und dem zweiten Zwischenstück (30) ein erster Durchgang (22) und zwischen dem zweiten Zwischenstück (30) und dem Kurbelraum (40) ein zweiter Durchgang (32) vorgesehen ist, wobei zum Abdichten der Kolbenstange (50) in und/oder an dem ersten Durchgang (22) eine erste Dichtungseinrichtung (60) und zum Abdichten der Kolbenstange (50) in und/oder an dem zweiten Durchgang (32) eine zweite Dichtungseinrichtung (70) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtungseinrichtung (60) und/oder die zweite Dichtungseinrichtung (70) zumindest eine Bewegungskompensationseinrichtung aufweist.
Kompressor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtungseinrichtung (60) eine Bewegungskompensationseinrichtung aufweist, wobei die Bewegungskompensationseinrichtung ein erstes Ende (82) und ein zweites Ende (84) aufweist, wobei das erste Ende (82) in und/oder an dem ersten Durchgang (22) an dem Gehäuse (2) und das zweite Ende (84) an der Kolbenstange (50) befestigt ist.
Kompressor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Ende (84) in dem zweiten Zwischenstück (30) befindet.
Kompressor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtungseinrichtung (70) eine Bewegungskompensationseinrichtung aufweist, wobei die Bewegungskompensationseinrichtung ein erstes Ende (82) und ein zweites Ende (84) aufweist, wobei das erste Ende (82) in und/oder am dem zweiten Durchgang (32) an dem Gehäuse (2) und das zweite Ende (84) an der Kolbenstange (50) befestigt ist.
Kompressor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Ende (84) in dem Kurbelraum (40) befindet.
Kompressor mit einem Gehäuse (102), einem Verdichtungsraum (110), einem Zwischenstück (120), einen Kurbelraum (140) und einer Kolbenstange (150), wobei zwischen dem Zwischenstück (120) und dem Kurbelraum (140) ein Durchgang (122) vorhanden ist, wobei zum Abdichten der Kolbenstange (150) in und/oder an dem Durchgang (122) eine Bewegungskompensationseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Bewegungskompensationseinrichtung ein erstes Ende (182) und ein zweites Ende (184) aufweist, wobei das erste Ende 182 in und/oder an dem Durchgang (122) an dem Gehäuse (102) und das zweite Ende (184) an der Kolbenstange (150) befestigt ist.
Kompressor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Ende (184) in dem Kurbelraum (140) befindet.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an zumindest einem Durchgang (22, 32, 122) zwei Bewegungskompensationseinrichtungen vorgesehen sind.
Kompressor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an zumindest einem Durchgang (22, 32, 122) drei Bewegungskompensationseinrichtungen vorgesehen sind.
Kompressor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Bewegungskompensationseinrichtungen ein Zwischenraum (186, 196) gebildet wird.
Kompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (186, 196) mit einem Sperrgas beaufschlagt wird.
Kompressor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an dem Zwischenraum (186, 196) ein Sensor (128) vorgesehen ist.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungskompensationseinrichtungen, die in und/oder an einem Durchgang (22, 32, 122) angeordnet sind, in entgegengesetzter oder gleicher Orientierung angeordnet sind.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungskompensationseinrichtungen zumindest teilweise ineinander angeordnet sind.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Ende (82, 182) der Bewegungskompensationseinrichtung formschlüssig an dem Gehäuse (2, 102) befestigt ist.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungskompensationseinrichtung an zumindest einem ersten Ende (82, 182) einen Kragen (81, 181) aufweist.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Ende (82, 182) der Bewegungskompensationseinrichtung mittels eines Klemmhalters (24, 124) an dem Gehäuse (2, 102) befestigt ist.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Ende (84,184) der Bewegungskompensationseinrichtung kraftschlüssig an der Kolbenstange (50, 150) befestigt ist.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungskompensationseinrichtung an zumindest einem zweiten Ende (84, 184) ein zylindrisches Endstück (83, 183) aufweist.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Ende (84, 184) der Bewegungskompensationseinrichtung mittels zweier Halbschalen (54, 154) an der Kolbenstange (50, 150) befestigt ist.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungskompensationseinrichtung zumindest teilweise aus Kunststoff besteht.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungskompensationseinrichtung zumindest teilweise aus PTFE besteht.
Kompressor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Bewegungskompensationseinrichtung einen Faltenbalg (80, 180) und/oder eine Membran (190) aufweist.
Kompressor gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Faltenbalg (80, 180) eine zylindrische Grundform aufweist.