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Trockenlauf-Kolbenverdichter, insbesondere für Kältemaschinen In der
Vakuumtechnik werden vielfach Kolbenverdichter mit Ölschmierung angewandt. Zur Schaffung
nur gering belasteter Lagerstellen hat man sie z. B. so konstruiert, daß die beim
Verdichten auftretenden Kolbenkräfte in bezug auf einen Punkt diametral gegenüberliegend
angreifen und so wirksam sind, daß die Drehmomente bezüglich dieses Punktes einander
zumindest nahezu gleich sind. Andere ölgeschmierte Kolbenverdichter hat man mit
einer eine taumelnde oder schwingende Bewegung ausführenden Hauptachse ausgerüstet.
Zur Abdichtung zwischen dem schwingenden bzw. taumelnden Glied und dem Gehäuse ist
die Anwendung eines Balges bekanntgeworden.
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Die beschriebenen Verdichter sind in der Kältetechnik nur beschränkt
einsatzfähig, denn in Kälteanlagen, in denen ein flüssiges Schmiermittel, z. B.
Öl, verwendet wird, muß dieses laufend mit Hilfe besonderer Vorrichtungen dem Kältemittelkreislauf
entzogen und zu den Gleitstellen im Verdichter zurückgeführt werden. Man benötigt
also Verdichter, bei denen kein flüssiges Schmiermittel für übereinander gleitende
Teile erforderlich ist. Derartige Trockenlauf-Kolbenverdichter mit Tauchkolben,
Pleuelstange und Gleitringstopfbüchse sind an sich bekannt. Sie haben sich jedoch
nicht bewährt, da die Lager an Kurbelwelle und Pleuelstange sowie die Stopfbüchse
wenig dauerhaft gewesen sind. Insbesondere hat die Gleitringstopfbüchse die an sie
zu stellenden Anforderungen nicht erfüllt. Von einer Stopfbüchse muß verlangt werden,
daß sie auch lange Zeit einwandfrei dicht bleibt. Auch ist keine zuverlässig dichtende
und langlebige, trockene Stopfbüchse für hin- und hergehende Kolbenstangen bekannt;
daher hat sich auch noch kein trockenlaufender Verdichter bewähren können, bei welchem
der Kolben durch eine Stange hin-und leerbewegt wird, die durch eine Stopfbüchse
in einem der beiden Zylinderdeckel geführt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trockenlauf-Kolbenverdichter
zu schaffen, der auch ein Dauerbetrieb, insbesondere für Kältemaschinen, geeignet
ist.
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Diese Verbesserung wird erreicht durch Kombination mehrerer bei ölgeschmierten
Verdichtern bereits bekannter Einzelmaßnahmen. Erfindungsgemäß wird ein Trockenlauf-Kolbenverdichter,
insbesondere für Kältemaschinen, mit mindestens zwei Verdichtungsräumen und mindestens
einem in; der Hauptachse befestigten Kolben vorgeschlagen, der folgende, bei ölgeschmierten
Verdichtern einzeln an sich bekannte Merkmale aufweist: Die beim Verdichten auftretenden
Kolbenkräfte sind in bezug auf einen in der Hauptachse liegenden Punkt diametral
gegenüberliegend so wirksam, daß die Drehmomente bezüglich dieses Punktes einander
zumindest nahezu gleich sind; die Hauptachse führt eine schwingende oder taumelnde
Bewegung aus; die Hauptachse oder der an der Hauptachse zur Übertragung der Antriebskraft
vorhandene Sch-,vinghebel ist gegen das Gehäuse mittels eines Balges abgedichtet.
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Eine Ausführungsart des Verdichters weist zwei Doppelkolben auf, die
in bezug auf eine Drehachse einander gegenüberliegen und die in kreisförmig gebogenen
Zylindern beweglich sind. Es ist möglich, auch drei oder mehr Doppelkolben zu verwenden,
vorausgesetzt, daß die Drehmomente bezüglich der Drehachse einander gleich sind
und daß kein Lagerdruck durch die Kolbenkräfte hervorgerufen wird. Eine weitere
Ausführungsart ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem zum Teil kugelförmigen Gehäuse
in bezug auf einen Drehpunkt ein Scheibenkolben taumelnd beweglich ist, der mit
seinen ebenen Flächen gleichzeitig auf je einem vom Gehäuse gebildeten Kegelmantel
abrollbar ist. Statt eines sich um eine Achse drehenden Lagerzapfens mit zylinderförmigen
Lagerschalen wird in letzterem Fall ein kugelförmiges Lager verwendet.
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Wenn der Antriebsmotor außerhalb des Verdichtergehäuses liegt und
die Antriebskraft mechanisch übertragen werden soll, muß das übertragende Bauelement
durch eine Wand des Verdichtergehäuses geführt werden. Nach der Efindung ist dann
die Öffnung, durch welche ein die Antriebskraft übertragender, eine Pendelbewegung
ausführender Hebel geführt ist, mit Hilfe eines an Hebel und Öffnungsrand befestigten
Balges
abgedichtet. Der Balg kann z. B. ein an sich bekanntes Metallfederrohr oder eine
Gummimanschette sein. Je ein Ende des Balges ist am Öffnungsrand und am Hebel befestigt.
Liegt der Drehpunkt des Hebels innerhalb des Balges, insbesondere nahe der Balgmitte,
so erträgt der Balg eine größere Anzahl elastischer Verformungen, als wenn der Drehpunkt
außerhalb der Balgabmessungen liegt.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des Balges ist gekennzeichnet
durch dicht aneinandergefügte, vorzugsweise kreisringförmige Scheiben.Werden abwechselnd
leicht elastisch verformbare und starre Scheiben aneinandergefügt, und Stützringe
gegen zu starke Verformung der leicht verformbaren Scheiben vorgesehen, so entsteht
ein Balg, der auch stärkerem äußerem oder innerem Überdruck gewachsen ist, selbst
wenn für die leicht verformbaren Scheiben ein sehr elastischer Werkstoff, wie z.
B. Weichgummi, v erwendet wird. ha die elastischen Scheiben, welche nahe den eingespannten
Enden des Balges liegen, stärkeren Deformationskräften unterliegen, ist es vorteilhaft,
insbesondere die leicht elastisch verformbaren Scheiben in der Balgmitte dünner
zu wählen als an den Balgenden.
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Die Erfindung sei an Hand der Figuren erläutert. Fig. 1 zeigt einen
Schnitt durch die Kolben und Verdichtungsräume eines Verdichters mit Doppelkolben
und kreisförmig gebogenen Zylindern; in Fig. 2 ist ein zu dem Schnitt nach Fig.
1 senkrechter Schnitt durch denselben Verdichter dargestellt; im Schnitt nach Fig.
3, der parallel zu dem Schnitt nach Fig. 1 liegt, ist der Antrieb der schwingenden
Doppelkolben erläutert; Fig.4 gibt einen Schnitt durch einen Verdichter wieder,
bei welchem sich eine taumelnde Scheibe in einem zum Teil kugelförmigen Gehäuse
bewegt, während Fig. 5 in einem zu diesem Schnitt längs A-B senkrechten Schnitt
die Anordnung der Ventile und die Aufteilung des Verdichtungsraumes durch Schieber
erkennen läßt; der Schnitt in Fig. 6 betrifft den Balg.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 zwei Doppelkolben, die mit an sich bekannten,
für Trockenlauf geeigneten Kolbenringen 2 versehen sind. Die Doppelkolben 1, die
sich in vier kreisförmig gebogenen Zylindern hin- und herschwingend bewegen, sind
durch Arme 3 mit der Achse 4 starr verbunden. Jeder der vier Zylinder besitzt je
ein nicht gezeichnetes Saug- und Druckventil. In je zwei gegenüberliegenden Zylindern
wird gleichzeitig verdichtet bzw. angesaugt. Die auftretenden Kolbenkräfte sind
daher in bezug auf einen Punkt in der gelagerten Achse 4 diametral gegenüberliegend
wirksam; die Drehmomente bezüglich dieses Punktes sind zumindest nahezu gleich.
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Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, schließt sich an die Achse 4
eine mit ihr starr verbundene Kröpfung 5 an, an welcher der Hebel 6 angreift. Durch
den Balg 7, der einerseits an der Gehäuseöffnung, durch welche der Hebel 6 geführt
ist, und andererseits an diesem Hebel 6 befestigt ist, wird das Verdichtergehäuse
stopfbüchslos abgedichtet. Der Drehpunkt des Hebels 6 liegt innerhalb des Balges
18.
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In Fig. 4 ist der kreisrunde Scheibenkolben 7 zu erkennen, der sich
im zum Teil kugelförmigen Gehä »se 8 taumelnd bewegt. Trockenlaufkolbenringe 9 dichten
den Kolben 7 im Gehäuse 8 ab. Antriebshebel :.0 steht auf Kolben 7 senkrecht und
umfährt einen -:ge?mwatel_, wenn er durch Kurbel 11 bewegt wird. Kolben 7 ist mittels
Kugellager 12 im Gehäuse 8 gelagert und rollt auf den kegelförmigen Gehäusewänden
13 ab. Die beiderseits des Scheibenkolbens 7 vorhandenen Räume werden durch je einen
Schieber 14 (vgl. auch Eig, 5) unterbrochen, die mittels der Wülste 15 gelenkartig
in den Scheibenkolben 7 eingesetzt sind. Beide Schieber gleiten in Taschen 16, die
sich diametral gegenüberliegen. Zu beiden Seiten jedes Schiebers befinden sich Saug-
und Druckventile 17. Mittels Balg 18 wird der Antriebshebel 10 gegen das Gehäuse
8 stopfbüchslos abgedichtet. Durch die während der Taumelbewegung des Kolbens 7
wandernden beiden Berührungslinien zwischen dem Kolben 7 und den kegelförmigen Gehäusewänden
13 werden je zwei voneinander getrennte Räume gebildet, deren Größe sich während
der Kolbenbewegung ständig ändert. Zu jedem Zeitpunkt wird in je zwei Räumen verdichtet
und in je zwei Räumen angesaugt. Da die Räume diametral zueinander liegen, wirken
die Kolbenkräfte in bezug auf das Kugellager 12 diametral und so, daß die Drehmomente
bezüglich dieses Kugellagers 12 zumindest nahezu gleich sind. Auf das Lager 12 wird
daher kein Lagerdruck: ausgeübt, der von Kolbenkräften herrührt.
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Bei dem in Fig.6 im Schnitt dargestellten Balg sind vorzugsweise kreisringförmige,
leicht elastisch verformbare Scheibsn 19 mit starren Scheiben 20 abwechselnd aneinandergefügt.
Die Stützringe 21 sind so ausgebildet, daß sie die Scheiben 20 bei zu starker Verformung
durch inneren Überdruck stützen können, ohne daß der Balg unbeweglich wird. Entsprechend
ausgebildete Stützringe, die nicht dargestellt sind, können auch im Balginneren
vorgesehen werden, falls im Balg Unterdruck herrscht. Es hängt vom Arbeitsdruck
des Verdichters ab, ob innerhalb oder außerhalb des Balges Stützringe 21 vorzusehen
sind.