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Kolbenmaschine, insbesondere Verdichter Gegenstand derErfindung ist
eine Kolbenmaschine, insbesondere ein Verdichter nach dem Wechselstromprinzip, bei
der der als Tauchkolben ausgebildete Arbeitskolben durch einen unmittelbar an diesem
befestigten Führungskolben in einer Büchse geführt ist oder bei der der als Tauchkolben
bzw. Scheibenkolben ausgebildete Arbeitskolben am oberen und unteren Ende Dichtungsringe
trägt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer weitgehend ölfreien Verdichtung
gasförmiger Medien den übertritt von Leckmengen dieser Medien zum Triebwerk durch
eine besondere Leckgasführung der am Kolben vorbeiziehenden Leckmengen zu verhindern.
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Es sind Bauformen von Kolbenmaschinen bekannt, bei denen der Arbeitskolben
unmittelbar mit einem Führungskolben verbunden ist, wobei dieser Führungskolben
oder Kreuzkopf in einer besonderen Büchse läuft, die teilweise oder weitgehend in
den Arbeitszylinder hineinragt. Hierfür werden meist Tauchkolben verwendet, die
zwecks Vermeidung von Zylinderberührung mit einer Labyrinthdichtung oder auch einer
anderen geeigneten Ringabdichtung versehen sind. Insbesondere sind die labyrinthgedichteten
Kolben durch die Eigenschaft der Labyrinthe nicht so dicht, wie die mit Ringen versehenen
Kolben. Für besonders hohe Verdichtungsdrücke ist jedoch selbst bei Kolben mit Ringdichtung
eine Lässigkeit vorhanden, die für manche Arbeitsmittel über dem erwünschten Minimalmaß
liegt, so daß meist eine Vielzahl solcher Dichtungsringe angeordnet werden muß,
wodurch jedoch die Reibung erheblich erhöht wird, die etwa proportional mit der
Ringhöhe steigt. Diese Reibung verursacht unerwünschte Wärme. Bei verschiedenen
Gasen darf bei der Verdichtung eine bestimmte Grenztemperatur nicht erreicht werden,
ohne daß erhebliche Schäden an der Maschine, Zersetzung der Gase oder gar Explosionen
und überhaupt Funktionsunfähigkeit auftreten. Dies gilt z. B. für Chlorgase, Kohlenwasserstoffgase
usw.
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Der bisherige Weg, hohe Dichtungswirkung durch entsprechende Anzahl
von Dichtungsringen zu erwirken, verhindert andererseits auch die Steigerung der
Drehzahl solcher Maschinen, obwohl diese sonst nicht durch die Funktionsfähigkeit
der Ventile und durch das Triebwerk behindert wäre, so daß leichtere und kleinere
Maschinen gebaut werden könnten. Man hat auch schon Kolbenkraftmaschinen vorgeschlagen,
bei denen unterhalb des Kolbens besondere Räume angeordnet sind, in die das Leckgas
abströmen kann und von denen es dann in geeigneter Weise abgeführt wird. Bei der
Verdichtung von Sauerstoff besteht jedoch die Gefahr, daß sich aus dem Triebwerk
kommendes Schmieröl in diesem Leckraum ansammelt, wodurch schwere Schäden entstehen
können, wenn dieses mit Lecksauerstoff in Verbindung tritt.
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Für geschmierte Kolben ist auch vorgesehen worden, durch besondere
Bohrungen imZylinder Schmieröl zum Zwecke besserer Versorgung der Laufbahnen zwischen
zwei Dichtungsringpartien des Kolbens, die am oberen und unteren Ende des Kolbens
angeordnet sind, durchzupumpen und damit einen stets ausreichend temperierten Schmierfilm
sicherzustellen. Hierdurch wird aber keine Sperrwirkung erzielt, die auch nicht
beabsichtigt ist, da es sich um eine Schmiermittelversorgung handelt. Weiterhin
sind Kolben bekanntgeworden, bei denen eine Abführungsmöglichkeit darin besteht,
daß zwischen zwei Dichtungspartien am Kolben eine Bohrung nach der Kolbenstange
führt und durch diese hohl ausgebildete Stange das Leckmittel abgeführt wird, wobei
der Scheibenkolben in üblicher Weise geführt und durch Ringe gedichtet ist.
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Erfindungsgemäß wird zur Schaffung eines Verdichters, bei dem die
Leckgasmengen, die am Kolben vorbeiziehen, so abgeführt werden können, daß diese
den Raum des Triebwerks nicht mehr erreichen können, vorgeschlagen,daß im Zylinder
Abführungskanäle mit Auslaßöffnungen derart angeordnet sind, daß die Abführungskanäle
von der Oberkante und Unterkante des Arbeitskolbens bzw. von den Kolbenringen des
Arbeitskolbens während des Hubes desselben nicht überschnitten werden. Der Kolben
kann dabei in beliebiger Weise gedichtet sein, entweder mit Ringen oder mit Spaltlabyrinthdichtung
arbeiten, wobei der Führungskolben seinerseits ebenfalls Dichtungsringe tragen kann,
um durch die Führungsbüchse auch gegen das Triebwerk nochmals zu dichten. Besonders
bei Tauchkolben, die an sich eine größere Längserstreckung als Scheibenkolben haben,
ist die Durchführung verhältnismäßig einfach. Die von den
oberen
Dichtungsringen oder Dichtungspartien nach unten strebenden Leckgasmengen, die dem
Druckgefälle folgen, können nach dem Vorschlag nicht mehr auch über die unteren
Dichtungen ziehen, sondern werden bereits vorher durch die Zylinderwand abgeführt.
Insbesondere bei Maschinen mit geführtem Arbeitskolben und unter dem Arbeitskolben
angeordneten Leckraum ergibt sich die neue Möglichkeit, den unteren an sich bekannten
Leckraum mit einem Schutzgas zu beschicken, das gegebenenfalls unter einem höheren
Druck als die Leckgase steht, so daß keinerlei Übertritt in das Triebwerk mehr erfolgenkann.
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Analog gilt diese Feststellung auch für Kraftmaschinen, bei denen
eine Verseuchung des Triebwerkschmiermittels mit Restgasen aus dem Arbeitsprozeß
vermieden werden soll, um dessen Verschiammung u. a. Schädigungen zu verhüten, was
bis jetzt nicht möglich war und einen entsprechenden Ölverbrauch zur Folge hatte.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Abb. 1 eine an sich bekannte
Tauchkolbenausführung mit Führungskolben schematisch in einem Ausführungsbeispiel
gezeigt. Hierin ist 1 der Arbeitskolben mit dem Führungskolben 2, der in einer Büchse
3 geführt wird. Der Zylinder 4 trägt den Zylinderkopf 5, der in dem vorliegenden
Falle mit selbsttätigem Einlaßventil 6 und Auslaßventil 7 versehen ist. Der Arbeitskolben
1 trägt beispielsweise oben zwei Dichtungsringe 8 und unten ebensolche Ringe 9.
Der Zylinder 4 hat Auslaßöffnungen 10, die bei dem entsprechenden Hub des Kolbens
1 von den Ringen 8 und 9 nicht überschnitten werden. Die obere
Stellung ist in der linken Hälfte, die untere dagegen in der rechten Hälfte der
Abb. 1 dargestellt, woraus zu entnehmen ist, wie die Auslaßöffnungen 10 im Zylinder
liegen müssen. Es ist dabei gleichgültig, ob der Zylinder luft- oder wassergekühlt
ist. Im letzteren Falle genügt eine rohrähnliche Durchführung durch den Kühhnantel
vom Zylinderinneren nach außen, über die die von den oberen Dichtungsringen 8 kommenden
Leckgase abgefangen werden können. Diese Abführungskanäle können auch als Gasfalle
insofern benutzt werden, als daß über diese in den Zwischenraum der Dichtung ein
z. B. inertes Gas oder auch bei Langsamläufern eine Sperrflüssigkeit zugeführt wird.
In gleicher Weise kann der an sich bekannte Leckraum 11 unter dem Arbeitskolben
1 mit verschiedenem Druck oder unterschiedlichem Medium beschickt werden. In ähnlicher
Weise kann auch als Arbeitskolben 1 ein Scheibenkolben gemäß Abb. 2 verwendet werden,
dessen Länge größer als der Hub sein muß, um die Durchführung des Vorschlags zu
ermöglichen. Gleiche Teile sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der
Arbeitskolben 1 trägt hier Labyrinthdichtung, die mit 12
bezeichnet ist und
teilweise in der Ansicht dargestellt ist.
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Wenn als Dichtungsmaterial selbstschmierende Werkstoffe verwendet
werden, ergibt sich auch bei der Anordnung nach Abb. 1 die Möglichkeit vollkommen
ölfreien Betriebs im Zylinderraum auch für höchste Drücke, wobei infolge der sicheren
Kolbenführung hohe Lebensdauer der empfindlichen Dichtungsringe gewährleistet ist.