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Pneumatisch-hydraulische Vorrichtung mit einer Abdichtung zwischen
dem gasförmigen Medium und dem hydraulischen Gestänge Die Erfindung bezieht sich
auf eine pneumatischhydraulische Vorrichtung mit einem in einem Zylinder verschiebbaren
ersten Kolben, auf dessen einer Seite ein gasförmiges Medium, auf dessen anderer
Seite ein auf einen zweiten Kolben wirkendes hydraulisches Gestänge vorhanden ist,
und mit einer zwischen erstem Kolben und Zylinder angeordneten Dichtung, wobei an
das hydraulische Gestänge eine Flüssigkeitsquelle und ein gesteuerter Flüssigkeitsabfluß
angeschlossen sind.
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Bei solchem pneumatisch-hydraulischen Gestängen wird durch die Flüssigkeitszufuhr
eine bestimmte Flüssigkeitsmenge dem hydraulischen Teil zugeführt, während durch
den Flüssigkeitsabfluß die überschüssige Flüssigkeit abgeführt wird. Hiermit wird
einerseits der Verlust an Flüssigkeit kompensiert und andererseits zusammen mit
der abgeleiteten Flüssigkeit etwaiges in die Flüssigkeitssäule gelangtes Gas mit
abgeführt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, die Dichtung zwischen Kolben und Zylinder
derart auszugestalten, daß ohne große Beschränkung des Geberkolbenhubes Eintritt
von Flüssigkeit in den Gasraum vollkommen beseitigt ist, und daß eine Gasblasenbildung
in der Flüssigkeit im Hilfsraum und im hydraulischen Gestänge verhindert wird.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Dichtung zwischen dem ersten
Kolben und dem Zylinder in bereits vorgeschlagener Weise aus einer Rollmembran besteht,
die den Gas enthaltenden Zylinderraum von einem mit Flüssigkeit gefüllten Hilfsraum
trennt, der zwischen den Wandteilen dieses Kolbens und des Zylinders liegt und so
ausgebildet ist, daß der Durchmesser des zwischen Zylinder und diesem Kolben liegenden
Ringspaltes die Ringfläche des Hilfsraumes in zwei gleich große Ringflächen aufteilt,
wobei der Hilfsraum mit Flüssigkeit des hydraulischen Gestänges über eine Drosselleitung
verbunden und ein durch die Druckdifferenz an der Rollmembran gesteuertes Ventil
vorhanden ist, das die Flüssigkeit aus dem Hilfsraum abfließen läßt, wenn eine gewünschte
Druckdifferenz an der Rollmembran erreicht ist, wobei der Druck im Hilfsraum niedriger
ist als auf den beiden Seiten des ersten Kolbens.
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Es ist bereits eine Rollmembrandichtung mit Stützflüssigkeit vorgeschlagen
worden, die verhindert, daß Flüssigkeit in den Raum eindringt, in dem sich Gas befindet.
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Diese Rollmembran ist dabei zwischen dem Gasraum und einem Stützflüssigkeit
enthaltenden Hilfsraum angeordnet, wobei der Hilfsraum so ausgebildet ist, daß sein
Rauminhalt während der Bewegung des Geberkolbens im Zylinder wenigstens nahezu konstant
bleibt. Im Hilfsraum ist immer so viel Flüssigkeit vorhanden, daß durch den Druck
im Gasraum die Rollmembran stets in gestrecktem Zustand gegen die im Hilfsraum befindliche
Flüssigkeit gedrückt wird, so daß die Flüssigkeit in diesem Hilfsraum als Abstützung
für die Rollmembran dient. Demzufolge sind hohe Gasdrücke zulässig.
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Obgleich das Material, aus dem die Rollmembran hergestellt ist, völlig
flüssigkeitsdicht ist, besteht die Möglichkeit, das Gas durch die Rollmembran hindurch
in die Flüssigkeit im Hilfsraum diffundiert. Hierdurch kann durch eine Gasblasenbildung
in der Flüssigkeit deren Inkompressibilität in diesem Hilfsraum verloren gehen.
Um dies zu verhüten, wird, wie bereits vorgeschlagen, dem Hilfsraum stetig ein Flüssigkeitsstrom
zugeführt, während mittels eines gesteuerten Ventiles, das eine konstante Druckdifferenz
an der Rollmembran aufrechterhält, Flüssigkeit aus dem Hilfsraum abgeführt wird.
Zusammen mit der abgeführten Flüssigkeit wird auch das in ihr gelöste, durch die
Rollmembran hindurch diffundierte Gas abgeführt.
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Beim Erfindungsgegenstand sind das hydraulische Gestänge und der Hilfsraum
miteinander über eine Drosselleitung verbunden. Durch diese Leitung fließt eine
bestimmte Flüssigkeitsmenge des hydraulischen Gestänges zum Hilfsraum, wobei die
Menge selbstverständlich durch die Abmessungen dieser Leitung
und
durch die an ihr auftretende Druckdifferenz bedingt wird.
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Ein Vorteil dieser Ausbildung ist, daß für die Flüssigkeitszufuhr
zum Hilfsraum keine zusätzliche Flüssigkeitsquelle erforderlich ist. Die Flüssigkeitsquelle
gleicht automatisch etwaige Flüssigkeitsverluste durch Leckverluste und Durchspülung
des hydraulischen Gestänges und des Hilfsraumes aus. Hierdurch wird die Bildung
von Gasblasen im Hilfsraum und im hydraulischen Gestänge verhütet.
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Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß sich hierdurch eine gewisse
Kühlung der Rollmembran und des Kolbens ergibt, wodurch deren Lebensdauer verlängert
wird.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird für die Drosselleitung
zwischen dem Hilfsraum und dem hydraulischen Gestänge der Ringspalt zwischen Kolben
und Zylinderwand verwendet. Diese baulich besonders einfache Ausführungsform hat
den weiteren Vorteil, daß der Geberkolben in einem Ölbad läuft.
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Dadurch, daß der mit Flüssigkeit gefüllte Hilfsraum unter der Rollmembran
und das hydraulische Gestänge miteinander verbunden werden, genügt eine einzige
Flüssigkeitsart.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
besteht darin, daß die Drosselleitung zwischen dem Hilfsraum und dem hydraulischen
Gestänge so bemessen ist, daß mindestens so viel Flüssigkeit durch diese Verbindung
zum Hilfsraum fließt, daß die Konzentration des durch die Membran hindurchdiffundierten
in der Flüssigkeit im Hilfsraum gelösten Gases bei den in diesem Raum auftretenden
Drücken unterhalb der Sättigungskonzentration dieses Gases in dieser Flüssigkeit
bleibt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen Kompressor, bei dem
die Dichtung zwischen Kolben und Zylinder als Rollmembran ausgebildet ist und die
Verbindung zwischen dem Kolben und dem Triebwerk aus einem hydraulischen Gestänge
besteht.
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Im Zylinder 1 kann ein Geberkolben 2 hin- und herbewegt werden, der
aus zwei Teilen mit unterschiedlichem Durchmesser aufgebaut ist, so daß sich eine
ringförmige Fläche 3 ergibt, während der Zylinder 1 gleichfalls aus zwei Teilen
mit unterschiedlichem Durchmeser aufgebaut ist, so daß sich eine ringförmige Fläche
4 bildet. Der sich ergebende Hilfsraum 5 zwischen Geberkolben und Zylinderwand ist
oben durch eine Rollmembran 6 abgeschlossen. Dadurch, daß der Kolben und der Zylinder
so ausgebildet sind, daß die Flächen 3 und 4 einander gleich sind, ändert sich bei
einer Bewegung des Kolbens, vorausgesetzt, daß die Rollmembran keine Längenänderung
erfährt, der Rauminhalt des Hilfsraumes 5 nicht. Der Kolben 2 ruht auf einer Flüssigkeitssäule
7 des hydraulischen Gestänges, die auf der anderen Seite durch einen Nehmerkolben
8 begrenzt wird. Der Kolben 2 begrenzt auf der Oberseite einen Raum 9, in dem sich
ein zu komprimierendes Gas befindet. Der Raum unter der Rollmembran ist völlig mit
Flüssigkeit gefüllt.
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Der Raum 9 steht durch ein Einlaßventil 10 mit einer Gaszufuhrleitung
11 und durch ein Auslaßventil 12 mit einer Abfuhrleitung 13 in Verbindung. Der Zylinder
1 ist an einem Maschinengestell 14 befestigt, in dem sich eine Kurbelwelle
15, eine mit dieser verbundene Kurbel 16 und eine Kurbelstange 17, welche die Verbindung
zwischen der Kurbel 16 und dem Kolben 8 bildet, befinden. Die Kurbelwelle
15 ist mit einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung verbunden. Der Kompressor
enthält weiter ein Steuerventil 18, das aus einem Gehäuse 19 besteht, das durch
eine Membran 20 in zwei Teile 21 und 22 unterteilt wird. Der Hilfsraum 5 unter der
Rollmembran 6 steht durch eine Leitung 23 in offener Verbindung mit dem Raum 21.
Der Raum 9 über dem Kolben 2 steht durch eine Leitung 24 in offener Verbindung mit
dem Raum 22. An der Membran 20 wirkt somit die gleiche Druckdifferenz wie an der
Rollmembran 6. Die Membran 20 trägt weiter einen Ventilkörper 25, der in Abhängigkeit
von der Lage der Membran 20 eine Flüssigkeitsabfuhrleitung 26 abschließen oder öffnen
kann. Weiter enthält das Steuerventil 18 eine an der Membran 20 angreifende Druckfeder
27, mittels deren die erwünschte Druckdifferenz über der Membran 20 bzw.
6 einstellbar ist. Um zu verhüten, daß die Membran 20 bei raschen Druckschwankungen
zu schwingen anfängt, sind in den Verbindungsleitungen 23 und 24 Einschnürungen
23' und 24' vorgesehen, welche die Druckschwankungen dämpfen. Die Flüssigkeitsabflußleitung
26 mündet in einen Flüssigkeitsbehälter 28. An diesen Flüssigkeitsbehälter
28 ist weiter eine Leitung 29 angeschlossen, in der eine Flüssigkeitspumpe 30 angeordnet
ist. Das andere Ende derLeitung29 mündet in denZylinderl.
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An den Flüssigkeitsbehälter ist weiter eine dritte Leitung 31 angeschlossen,
deren anderes Ende bei 32 in den Zylinder 1 mündet. Die Öffnung 32 ist so angeordnet,
daß sie nur dann freiliegt, wenn der Kolben 2 seinen oberen Totpunkt erreicht hat.
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Die Wirkungsweise des Kompressors ist folgende. Wenn die Kurbelwelle
15 angetrieben wird, wird der Kolben 8 bewegt und diese Bewegung wird von dem hydraulischen
Gestänge 7 auf den Kolben 2 übertragen. Infolgedessen wird das Gas im Raum 9 komprimiert.
Um eine gute Wirkung der Rollmembran 6 zu gewährleisten, ist es dabei erwünscht,
daß über ihr eine nahezu konstante Druckdifferenz aufrechterhalten wird. Hierfür
sorgt das Steuerventil 18, das wie folgt arbeitet.
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Bei einer richtigen Druckdifferenz über der Rollmembran 6 nimmt die
Membran 20 unter der Einwirkung der durch die Flüssigkeit im Raum 21, die Druckfeder
27 und den Druck des Gases im Raum 22 auf sie ausgeübten Kräfte eine derartige Lage
ein, daß die Mündung der Flüssigkeitsabflußleitung 26 im Raum 21 durch den Ventilkörper
25 abgeschlossen ist. Wenn jetzt die Druckdifferenz über der Rollmembran 6 abnimmt,
wird, weil über der Membran 20 die gleiche Druckdifferenz steht, die Membran 20
und somit auch der Ventilkörper 25 von der Feder 27 nach oben gedrückt, wodurch
die Abflußleitung 26 geöffnet wird, und Flüssigkeit aus dem Raum 5 durch die Leitung
23 und dem Raum 21 abfließen kann, bis die richtige Druckdifferenz über der Rollmembran
6 wieder erreicht ist.
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Da die Rollmembran 6 für Flüssigkeit völlig undurchlässig ist, bleibt
das Gas im Raum 9 völlig flüssigkeitsfrei. Dies ist für Anlagen mit Gasräumen, die
flüssigkeitsfrei bleiben müssen, z. B. Luftkompressoren, ein großer Vorteil. Obgleich
die Rollmembran völlig flüssigkeitsdicht ist, kann Gas durch sie hindurchdiffundieren.
Dies hat den Nachteil, daß etwas Gas in den Hilfsraum 5 kommen kann, wodurch die
Inkompressibilität
des Mittels in diesem Raum verloren geht. Dadurch hat die Rollmembran 6 keine massive,
sondern eine etwas nachgiebige Abstützung, und es können Dehnungen der Rollmembran
6 bei Druckschwankungen im Raum 9 auftreten.
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Um diesen Nachteil zu beheben, ist der Hilfsraum 5 mit dem hydraulischen
Gestänge 7 verbunden, so daß etwas Flüssigkeit aus dem hydraulischen Gestänge zum
Hilfsraum 5 fließen kann, wobei ein Flüssigkeitsüberschuß durch das Steuerventil
18 aus dem Hilfsraum 5 abgeführt wird. Hierdurch wird verhindert, daß die Konzentration
des zum Raum 5 diffundierten Gases so hoch wird, daß sich Gasblasen bilden.
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Beim dargestellten Kompressor besteht diese Verbindung zwischen dem
hydraulischen Gestänge 7 und dem Raum 5 aus dem Ringspalt 33 zwischen dem Kolben
2 und der Zylinderwand 1. Diese Verbindung kann auch aus einer Drosselleitung bestehen.
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Die Flüssigkeit, die infolge von Leckverlusten durch den Ringspalt
33, den Hilfsraum 5, die Leitung 23, das Steuerventil 18 und die Flüssigkeitsablaßleitung
26 aus dem Raum 7 des hydraulischen Gestänges abfließt und die Flüssigkeit, die
bei jedem Hub durch die Leitung 31 aus dem Raum 7 fließt, werden durch die Pumpe
30 wieder zugeführt.
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Obgleich der Zylinder 1 bei dieser Ausführungsform unmittelbar mit
dem Maschinengestell 14 verbunden ist, können der Zylinder 1 mit Zubehör und das
Maschinengestell 14 auch getrennt angeordnet werden, wobei der Raum unter. dem Kolben
2 und der Raum über dem Kolben 8 durch eine Flüssigkeitsleitung miteinander verbunden
sind.