DE10210187A1

DE10210187A1 - Niederdruck-Verdichter

Info

Publication number: DE10210187A1
Application number: DE10210187A
Authority: DE
Inventors: Roger Spaar
Original assignee: Individual
Current assignee: Spaar Monika Andrea 64625 Bensheim De
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: DE10210187C2

Abstract

Niederdruck-Verdichter (10) für gasförmige Medien, insbesondere Umgebungsluft, mit wenigstens einer in einem Gestell (12) gehalterten Kolben-/Zylinder-Einheit mit jeweils in einem Zylinder (28) zwischen zwei Hubstellungen hin- und herverschieblichen Kolben (32), an welchen eine aus einem der stirnseitigen Enden des Zylinders (28) herausgeführte Kolbenstange (26) angreift, deren kolbenabgewandtes Ende mit einem Ende eines Kurbelarms (24) gekoppelt ist. Das andere Ende des Kurbelarms ist drehfest auf der Abtriebswelle (22) einer motorisch drehantreibbaren Antriebseinheit (16) gehalten, wobei der Kolben (32) im Zylinder (28) bei angetriebenem Kurbelarm (24) wenigstens einen volumenveränderlichen Arbeitsraum bildet, welcher über jeweils ein bei Druckabsenkung infolge von Volumenvergrößerung des Arbeitssraums zur Umgebungsatmosphäre öffnendes Saugventil und ein bei Druckerhöhung infolge von Volumenverringerung des Arbeitsraums in eine nachgeschaltete Druckleitung öffnendes Druckventil angeschlossen ist. DOLLAR A Die motorisch antreibbare Antriebseinheit (16) weist einen Antriebsmotor (18) mit einem nachgeschalteten Untersetzungsgetriebe (20) auf, auf dessen Abtriebswelle (22) der wenigstens eine Kurbelarm (24) drehfest angeordnet ist. Das der Kolbenstangen-Austrittsseite gegenüberliegende stirnseitige Ende des Zylinders (28) der Kolben-/Zylinder-Einheit ist um eine parallel zur Drechachse der Abtriebswelle (22) des Untersetzungsgetriebes (20) verlaufende Achse verschwenkbar im ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederdruck-Verdichter für gasförmige Medien, insbesondere Umgebungsluft, mit wenigs tens einer in einem Gestell gehalterten Kolben-/Zylinder- Einheit mit jeweils in einem Zylinder zwischen zwei Hub stellungen hin- und herverschieblichen Kolben, an welchem eine aus einem der stirnseitigen Enden des Zylinders her ausgeführte Kolbenstange angreift, deren kolbenabgewandtes Ende mit einem Ende eines Kurbelarms gekoppelt ist, dessen anderes Ende drehfest auf der Abtriebswelle einer motorisch drehantreibbaren Antriebseinheit gehalten ist, wobei der Kolben im Zylinder bei angetriebenem Kurbelarm wenigstens einen volumenveränderlichen Arbeitsraum bildet, welcher über jeweils ein bei Druckabsenkung infolge von Volumenver größerung des Arbeitsraums zur Umgebungsatmosphäre öffnen des Saugventil und ein bei Druckerhöhung infolge von Volu menverringerung des Arbeitsraums in eine nachgeschaltete Druckleitung öffnendes Druckventil angeschlossen ist.

Solche volumetrisch arbeitende Verdichter, die beispiels weise als Kolbenverdichter mit einem oder mehreren zylin dern ausgebildet sein können, werden zur Verdichtung und Förderung von Gasen, beispielsweise Luft, verwendet. Die Arbeitsbewegung des Verdrängerbauteils, d. h. die Hubbewe gung des bzw. der Kolben(s) im jeweiligen Zylinder wird da bei in der Regel über einen Kurbeltrieb erzeugt, dessen Kurbelwelle von der äußeren Antriebsquelle, z. B. einem Elektro- oder Verbrennungsmotor drehangetrieben wird. Sol che Verdichter sind konstruktiv aufwendig und damit in der Herstellung teuer und erzeugen im Betrieb erhebliche Geräu sche. Außerdem erfordern sie in der Regel zusätzlich Hilfs aggregate, wie Ölabscheider etc., wenn beispielsweise öl freie Druckluft geliefert werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Kolben- Verdichter ausgestalteten Niederdruck-Verdichter zu schaf fen, der bei vereinfachten konstruktivem Aufbau Luft im Niederdruckbereich liefert, die dann beispielsweise zur Be lüftung von stehenden, ökologisch bedrohten Gewässern ein setzbar ist, ohne dass die Gefahr einer zusätzlichen Ver schmutzung durch in der gelieferten Luft noch enthaltene Ölnebel o. dgl. besteht.

Ausgehend von einem Verdichter der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die motorisch antreibbare Antriebseinheit einen Antriebsmotor mit einem nachgeschalteten Untersetzungsgetriebe aufweist, auf dessen Abtriebswelle der wenigstens eine Kurbelarm drehfest angeordnet ist, und dass das der Kolbenstangen- Austrittsseite gegenüberliegende stirnseitige Ende des Zy linders der Kolben-/Zylinder-Einheit um eine parallel zur Drehachse der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes ver laufende Achse verschwenkbar im Gestell gelagert ist. Die angestrebte Vereinfachung gegenüber normalen Kolbenverdich tern mit dem üblichen in einem geschlossenen Gehäuse einge ordneten Kurbeltrieb, bei dem zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle eine beidseitig verschwenkbar gelagerte Pleuel stange angeordnet ist, wird nun dadurch erreicht, dass durch die verschwenkbare Anlenkung des Zylinders am Gestell auf eine verschwenkbar im Kolben angelenkte Pleuelstange verzichtet werden kann. Kolben und Kolbenstange können vielmehr starr miteinander verbunden werden, so dass also eine verschwenkbare Gelenkverbindung lediglich zwischen dem zylinderäußeren Ende der Kolbenstange und dem Kurbelarm er forderlich ist. Eine gesondert in einem Gehäuse zu lagernde Kurbelwelle entfällt also. Damit ist auch die Entstehung von Ölnebel aus überschüssigem Schmieröl für die Kurbelwel lenlager und der Übertritt solchen Ölnebels in den Zylinder ausgeschlossen.

Die Kolben-/Zylinder-Einheit(en) kann bzw. können als einen auf der kolbenstangenabgewandten Seite des Kolbens im Zy linder gebildeten größenveränderlichen Arbeitsraum aufwei sende einfach wirkende Kolben-/Zylinder-Einheit ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft - und aufgrund der starr mit dem Kol ben verbundenen Anordnung der Kolbenstange möglich - ist auch eine Ausgestaltung, bei welcher die Kolben-/Zylinder- Einheit(en) als zwei jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens im Zylinder gebildete größenveränderliche Ar beitsräume aufweisende doppelt wirkende Kolben-/Zylinder- Einheit ausgebildet ist bzw. sind. Jede Kolben-/Zylinder- Einheit führt also bei einer vollen Umdrehung des Kurbel arms zwei volle Saug- und Druckhübe durch, wobei allerdings infolge der Verkleinerung des kolbenstangenseitigen Ar beitsraums durch das Volumen der Kolbenstange die Liefer mengen der beiden Arbeitsräume unterschiedlich sind. Man spricht bei solchen doppelt wirkenden Kolben-/Zylinder-Ein heiten deshalb auch von Differenzial-Einheiten.

Das Untersetzungsgetriebe kann in erfindungsgemäßer Weiter bildung auch eine Antriebswelle mit zwei auf gegenüberlie genden Enden aus dem Getriebegehäuse herausgeführten Wel lenenden aufweisen, wobei dann auf jeden der Wellenenden ein Kurbelarm drehfest angeordnet ist, deren freien Enden jeweils eine Kolbenstange von zwei Kolben-/Zylinder-Einhei ten angelenkt ist.

Dabei ist es dann zweckmäßig, wenn die beiden Kurbelarme jeweils in Drehrichtung der Abtriebswelle zueinander win kelversetzt auf dem jeweils zugeordneten Wellenende dreh fest angeordnet sind, da hierdurch insgesamt von beiden Zy lindern gelieferte Luftmenge nicht nur verdoppelt, sondern auch der Luft-Mengenstrom vergleichmäßigt wird.

Das Druckventil bzw. die Druckventile der Kolben-/Zylinder- Einheit(en) ist bzw. sind dann zweckmäßig über jeweils ei nen elastischen Druckschlauch an die nachgeschaltete Druck leitung angeschlossen. Dadurch wird die Förderung der Druckluft in die nachgeschaltete Druckluftleitung ermög licht, ohne dass konstruktiv aufwendige, in der Schwenk achse des Zylinders am Gestell anzuordnende Drehkupplungen von starren Druckluftleitungen vorgesehen sein müssen, was aber natürlich grundsätzlich ebenfalls möglich ist.

Dem Saugventil bzw. den Saugventilen der Kolben-/Zylinder- Einheit(en) ist zweckmäßig jeweils ein sowohl feste Parti kel als auch Feuchtigkeitströpfchen aus der angesaugten Um gebungsatmosphäre zurückhaltender Filter vorgeschaltet.

Die Antriebseinheit weist zweckmäßig einen mit dem Unter setzungsgetriebe zusammengeflanschten Elektromotor auf, wo bei die verschwenkbare Lagerung der Kolben-/Zylinder-Ein heit(en) im Gestell mit Abstand von der Antriebseinheit er folgt, und die Mittelachse der Abtriebswelle und die Schwenkachse des Zylinders der Kolben-/Zylinder-Einheit(en) im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene liegen.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt bzw. zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausfüh rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Niederdruck-Verdichter mit einer von ei ner Antriebseinheit motorisch angetriebe nen doppelt wirkenden Kolben-/Zylinder- Einheit in einer Totpunktstellung des Kolbens;

Fig. 2 den in Fig. 1 gezeigten Niederdruck-Ver dichter in einer Arbeitsstellung, in wel cher der Kolben bereits einen Teil-Ar beitshub ausgeführt hat; und

Fig. 3 und 4 eine Seitenansicht bzw. Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfin dungsgemäßen Niederdruck-Verdichters mit zwei Kolben-/Zylinder-Einheiten.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigten, in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnete Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Niederdruck-Verdichters weist ein aus miteinander verschraubten oder verschweißten senkrecht oder waagerecht angeordneten Metallprofilabschnitten hergestelltes Gestell 12 auf, welches - in dem in den Zeichnungsfiguren linken oberen Endbereich - eine auf einer Befestigungsplatte 14 gehalterte Antriebseinheit 16 trägt, die von einer mit ei nem elektrischen Antriebsmotor 18 zusammengeflanschten Un tersetzungsgetriebe 20 gebildet wird. Auf der aus dem Ge häuse des Untersetzungsgetriebes 20 horizontal herausge führten Abtriebswelle 22 ist ein Kurbelarm 24 drehfest mon tiert, dessen freies Ende bei laufender Antriebseinheit auf dem in den Figuren strichpunktiert dargestellten Kreis um läuft.

Am freien Ende des Kurbelarms 24 ist das äußere freie Ende einer Kolbenstange 26 um eine horizontale Achse drehbar an gelenkt, welche einen auf dem linken stirnseitigen Ende ei nes Zylinders 28 vorgesehenen Zylinderdeckel 30 abgedichtet und längsverschieblich durchsetzt und im Innern des Zylin ders starr an einem im Zylinderinnern hin- und herver schieblichen Kolben 32 angreift. Auf der kolbenstangenabge wandten Stirnseite des Zylinderdeckels 30 ist noch ein hül senförmiges Gehäuse 31 befestigt, in welchem eine die Kol benstange 26 längsverschieblich lagernde Lagerbüchse einge setzt ist, welche radial auf die Kolbenstange 26 einwir kende Beanspruchungen auf den Zylinderdeckel überträgt und dadurch die Kolbenstange zentriert und so Verschleiß der die Kolbenstange abdichtenden Dichtung durch einseitig radiale Versetzung der Kolbenstange ausschließt.

Auch das rechte stirnseitige Ende des Zylinders 28 ist durch einen weiteren Zylinderdeckel 34 mit einem äußeren zum rechten oberen Ende des Gestells vortretenden Lagerauge 36 verschlossen.

Im Bereich dieses Lagerauges 36 ist am Gestell 12 ein La gerbock 38 mit zwei das Lagerauge 36 beidseitig übergrei fenden Schenkelplatten 38a, 38b angeordnet. Durch eine fluchtende Bohrung im Lagerauge 36 und den Schenkelplatten 38a, 38b des Lagerbocks 38 durchsetzenden Bolzen 40 ist der Zylinderdeckel 34 und somit auch der Zylinder 26 ver schwenkbar am Gestell 12 gehalten.

In den Zylinderdeckeln 30 und 34 sind jeweils (nicht ge zeigte) Durchlasskanäle vorgesehen, über welche Umgebungs luft ins Zylinderinnere eingesaugt bzw. im Zylinder befind liche Luft aus dem Zylinder verdrängt werden kann, wobei dieses Ansaugen bzw. Verdrängen abhängig von der Volumen veränderung der beidseitig des Kolbens 32 im Zylinderinnern gebildeten Arbeitsräume bei einer Verschiebung des Kolbens ist. Durch Anordnung an sich bekannter, als Rückschlagven tile ausgebildete, selbstöffnender und -schließender Ven tile in diesen Durchlasskänälen wird erreicht, dass jeweils Luft aus der Umgebung in den sich vergrößernden Arbeitsraum des Zylinders angesaugt und Luft aus dem sich verkleinern den Arbeitsraum des Zylinders in eine nachgeschaltete Druckluftsammelleitung ausgestoßen wird.

Da der Zylinder bei angetriebenem Kurbelarm 24 um die in Fig. 1 dargestellte horizontale Mittellage beidseitig nach oben und unten verschwenkt wird, sind an den Durchlasskanä len in den Zylinderdeckeln 30 und 34 druckseitig elastische Druckschläuche 42 bzw. 44 angeschlossen, von denen in den Zeichnungsfiguren nur kurze Abschnitte dargestellt sind. Diese Druckschläuche, welche den Verschwenkbewegungen des Zylinders durch elastische Verbiegung zu folgen vermögen sind dann an die eigentliche Druckluftsammelleitung oder auch einen Druckluftspeicher angeschlossen.

Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel ei nes erfindungsgemäßen Niederdruck-Verdichters 10' unter scheidet sich von den vorstehend in Verbindung mit den in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Verdichter 10 nur da durch, dass anstelle einer doppelt wirkenden Kolben-/Zy linder-Einheit zwei jeweils auf gegenüberliegenden Sei ten nebeneinander angeordneten Kolben-/Zylinder-Einheiten an der Antriebseinheit 16 angeschlossen sind. Zu diesem Zweck ist die Abtriebswelle 22 beidseitig aus dem Gehäuse des Untersetzungsgetriebes 20 herausgeführt und auf jedem Wellenende ist jeweils ein Kurbelarm 24, 24' angeordnet, an den dann jeweils die Kolbenstange 26 je einer der beiden Kolben-/Zylinder-Einheiten angeschlossen ist. In Fig. 3 ist erkennbar, dass die Kurbelarme 24 und 24' der beiden Kol ben-/Zylinder-Einheiten relativ zueinander winkelversetzt auf der Abtriebswelle befestigt sind. Neben der Erhöhung der Luft-Fördermenge wird dadurch auch eine Verminderung der Druckpulsation in der nachgeschalteten Druckluftsammel leitung erreicht.

Es ist ersichtlich, dass im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele verwirklichbar sind, die sowohl auf die An ordnung als auch die Zahl der vorgesehenen und von der ge meinsamen Antriebseinheit 16 angetriebenen Kolben-/Zylin der-Einheiten beziehen. Anstelle der im Wesentlichen hori zontalen Anordnung der Zylinder 28 der Kolben-/Zylinder- Einheit(en) können diese auch in senkrechter oder geneigter Ausgangslage angeordnet sein. Bei einer Verbreiterung des Gestells 12 und Verlängerung der aus dem Untersetzungsge triebe 20 vortretenden Enden der Abtriebswelle 22 können zusätzliche Kolben-/Zylinder-Einheiten angeschlossen wer den, um so die Luft-Fördermenge zu erhöhen. Es ist klar, das in diesem Fall die Antriebsleistung des Elektromotors 18 und die Belastbarkeit des Untersetzungsgetriebes 20 ent sprechend angepasst werden muss.

Es ist ersichtlich, dass im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele verwirklichbar sind. So kann das dem An triebsmotor 18 nachgeschaltete Untersetzungsgetriebe 20, welches bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit dem Antriebsmotor 18 zu einer integralen Motor-/Getriebe- Antriebseinheit zusammengebaut ist, auch als gesonderter, vom Motor weg gebauter Untersetzungs-Getriebezug ausgebil det sein. Dadurch kann die erforderliche hohe Untersetzung zum Beispiel anstelle durch Schneckengetriebe auch durch Riemen- oder Kettengetriebe verwirklicht werden, bei wel chen ein geschlossener Riemen, z. B. ein Zahnriemen bzw. eine Kette mit einem Ritzel geringen Durchmessers auf der Motor-Abtriebswelle und einem Zahn- oder Kettenrad entspre chend größeren Durchmessers auf der den Kurbelarm 24 la gernden Welle kämmt. Anstelle der direkt verschwenkbaren Anlenkung des kolbenstangenabgewandten Zylinderdeckels 34 am Gestell 12 kann der Zylinder auch starr auf einer Halterungsplatte angeordnet sein, die ihrerseits dann ver schwenkbar am Gestell 12 gelagert ist.

Claims

1. Niederdruck-Verdichter (10; 10') für gasförmige Medien, insbesondere Umgebungsluft, mit wenigstens einer in einem Gestell (12) gehalterten Kolben-/Zylinder-Einheit mit je weils in einem Zylinder (28) zwischen zwei Hubstellungen hin- und herverschieblichen Kolben (32), an welchem eine aus einem der stirnseitigen Enden des Zylinders (28) her ausgeführte Kolbenstange (26) angreift, deren kolbenabge wandtes Ende mit einem Ende eines Kurbelarms (24) gekoppelt ist, dessen anderes Ende drehfest auf der Abtriebswelle (22) einer motorisch drehantreibbaren Antriebseinheit (16) gehalten ist, wobei der Kolben (32) im Zylinder (28) bei angetriebenem Kurbelarm (24) wenigstens einen volumenverän derlichen Arbeitsraum bildet, welcher über jeweils ein bei Druckabsenkung infolge von Volumenvergrößerung des Arbeits raums zur Umgebungsatmosphäre öffnendes Saugventil und ein bei Druckerhöhung infolge von Volumenverringerung des Ar beitsraums in eine nachgeschaltete Druckleitung öffnendes Druckventil angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die motorisch antreibbare Antriebseinheit (16) einen Antriebsmotor (18) mit einem nachgeschalteten Unterset zungsgetriebe (20) aufweist, auf dessen Abtriebswelle (22) der wenigstens eine Kurbelarm (24) drehfest angeordnet ist, und dass das der Kolbenstangen-Austrittsseite gegenüberlie gende stirnseitige Ende des Zylinders (28) der Kolben-/Zy linder-Einheit um eine parallel zur Drehachse der Ab triebswelle (22) des Untersetzungsgetriebes (20) verlau fende Achse verschwenkbar im Gestell (12) gelagert ist.

2. Niederdruck-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Kolben-/Zylinder-Einheit(en) als einen auf der kolbenstangenabgewandten Seite des Kolbens (32) im Zylinder (28) gebildeten größenveränderlichen Arbeitsraum aufweisende einfach wirkende Kolben-/Zylinder-Einheit aus gebildet ist bzw. sind.

3. Niederdruck-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Kolben-/Zylinder-Einheit(en) als zwei jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens (32) im Zylinder (28) gebildete größenveränderliche Arbeitsräume aufweisende doppelt wirkende Kolben-/Zylinder-Einheit aus gebildet ist bzw. sind.

4. Niederdruck-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (20) eine Antriebswelle (22) mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten aus dem Getriebegehäuse herausgeführte Wellenenden aufweist, und dass auf jedem der Wellenenden ein Kurbelarm (24) drehfest angeordnet ist, an deren freien Enden jeweils eine Kolbenstange (26) von zwei Kolben-/Zylinder-Einheiten angelenkt ist.

5. Niederdruck-Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die beiden Kurbelarme (24) jeweils in Dreh richtung der Abtriebswelle (22) zueinander winkelversetzt auf dem jeweils zugeordneten Wellenende drehfest angeordnet sind.

6. Niederdruck-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckventil bzw. die Druckventile der Kolben-/Zylinder-Einheit(en) über jeweils einen elastischen Druckschlauch (42; 44) an die nachge schaltete Druckleitung angeschlossen ist bzw. sind.

7. Niederdruck-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Saugventil bzw. den Saug ventilen der Kolben-/Zylinder-Einheit(en) jeweils ein feste Partikel und/oder Feuchtigkeitströpfchen aus der angesaug ten Umgebungsatmosphäre zurückhaltender Filter vorgeschal tet ist.

8. Niederdruck-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (16) einen mit dem Untersetzungsgetriebe (20) zusammengeflanschten Elektromotor (18) aufweist, dass die verschwenkbare Lage rung der Kolben-/Zylinder-Einheit(en) im Gestell (12) mit Abstand von der Antriebseinheit (16) erfolgt, und dass die Mittelachse der Abtriebswelle (22) und die Schwenkachse des Zylinders (28) der Kolben-/Zylinder-Einheit(en) im Wesent lichen in einer horizontalen Ebene liegen.

9. Niederdruck-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem den Zylinder (28) auf der Kolbenstangen-Austrittsseite verschließenden Zylinder deckel (30) ein hülsenförmiges Gehäuse (31) angeordnet ist, an welchem eine die Kolbenstange (26) längsverschieblich führende Lagerbüchse vorgesehen ist.