DE1428009A1 - Vorrichtung zum Komprimieren bzw. Expandieren eines Mediums - Google Patents
Vorrichtung zum Komprimieren bzw. Expandieren eines MediumsInfo
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Description
Vorrichtung zum Komprimieren bzw. Expandieren eineg Mediunm
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Komprimieren bzw. Expandieren eines Mediums. Solche Vorrichtungen sind
z.B. Kompressoren, Expansionsmaschinen, Kaltgas-Kühlmaschinen, HelQgasmotoren, usw.
Die Erfindung bezweckt, eine verbesserte Bauart dieser Art von Vorrichtungen zu sdiäffen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung enthält mindestens einen Zylinder mit einem darin beweglichen kolbenartigen Körper
zum Ändern des Volumens eines Arbeitsraumes, wobei die von dem Arbeitsraum abgekehrte Seite dieses kolbenartigen Körpers
an einer Flüssigkeitskolonne anliegt, die an sich an einem zweiten, mit dem Triebwerk gekuppelten, kolbenartigen
Körper anliegt, wobei die Abdichtung zwischen dem erstgenannten kolbenartigen Körper und der Zylinderwand durch
mindestens eine Rollmembran gebildet wird, die sich wenigstens auf einer Seite an eine Flüssigkeit anschließt, wobei
Mittel vorgesehen sind, durch welche an jeder Rollmembrane ein wenigstens nahezu pro Hub konstanter Druckunterschied
aufrechterhalten wird, wobei der euerst genannte
kolbenartige Körper mit einem sich in Richtung auf den zweiten
kolbenartigen Körper erstrakenden, mantelförmigen EIe-
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? T)Q?.. 1969 -Z-
/S. BAD ORIGINAL
nent versehen i st und der zweite kolbenartige Körper ein
elastisch verformbares Abdichtungselement trägt, da? sich
in ayialer Richtung des kolbenartigen Körpers wenigstens
teilweise längs dessen Urafanges erstreckt und einen AuQendiirchmesser
hat, der kleiner ist ala der Innendurchmesser
der Zylinderwand, wobei das mnntelförmige Element eino solche
länge hat, daß bei dem minimal zulässigen Abstand zwischen
den beiden kolbenartigen Körpern das mantelförmige Element das Abdichtungselement derart verformt, daß eine
Abdichtung zwischen den zwei kolbenartigen Körpern und der Zylinderwand entsteht.
Ein Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung ist der, daß die Anwendung einer Rollmembran eine vollkommene Abdichtung
des Arbeitsraumes ergibt. Es ist infolgedessen absolut unmöglich, daß Schmierölteilchen oder andere Verunreinigungen
längs des Kolbens in den Arbeitsraum gelangen.
Bei einer bekannten Rollmembranabdichtung ist eine Seite der Rollmembran mit einer Flüssigkeit in Berührung, die
in einem Raum untergebracht ist, der im Betrieb ein konstantes Volumen besitzt. Wenn je doch aus irgendeinem Grunde
die Flüssigkeitsmenge in diesem Raum im Betrieb von der vorgeschriebenen Menge abweicht, so tritt eine Änderung im
Druckunterschied an der Rollmembrane auf, die somit mehr oder weniger ausgereckt wird.
Gemäß der Erfindung ist eine Seite der Rollmembrane mit
einer Flüssigkeitskolonne zwischen den beiden kolbenarti-
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gen Körpern in Berührung und sind Mittel z.B. auf den Kolben
einwirkende elastische Glieder vergesehen, durch welche ein Driickunt er schied an der Rollmembran aufrechterhalten
wird. Ändert sich nunmehr die Flüssigkeitemenge zwischen
den kolbenartigen Körpern etwas, so äußert sich dies
lediglich in einer Änderung des Abstandes zwischen den Icolbenartigen Körpern, während sich der Druckunterschied
an der Rollmembran nahezu nicht ändert. Dies bedeutet eine Verlängerung der Lebensdauer der Rollmembran.
Ein weiterer Vorteil der Anwessenheit einer Flüssigkeitskolonne
zwischen den beiden kolbenartigen Körpern ist der, daß durch Zufuhr einer größeren oder kleineren Flüssigkeitsmenge
zwischen den Kolben der Abstand zwischen den Kolben beliebig geändert werden kann, wodurch das schädliche
Volumen des Arbeitsraumes größer oder kleiner wird; Auf diese Weise ergibt sich somit durch verhältnismäßig
einfache Mittel die Möglichkeit das schädliche Volumen zu regeln.
Bei der Änderung des Abstandes zwischen den beiden kolbenartigen
Körpern ändert sich etwas der Druckunterschied an der Rollmembran innerhalb enger Grenzen. Wenn der Abstand
größer wird als der maximal zulässige Abstand, sorgt eine Regelvorrichtung dafür, daß die Flüssigkeit wegfließen kann,
so daß keine weitere Entfernung zwischen den Kolben erfolgt. Wird der Abstand zu gering, so schließt die Regelvorrichtung
die FlUssigkeitsabfuhr ab, so daß keine Flüssigkeit mehr über
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die Regelvorrichtung wegströmen kann. Es liegt noch die Möglichkeit vor, daß Flüssigkeit längs des zweiten kolbenartigen
Körpers wegleckt. Um dies zu verhüten, ist gemäß der Erfindung der erste kolbenartige Körper mit
einem mantelförmigen Element versehen, das beim Erreichen des minimal zulässigen Abstandes zwischen den kolbenartigen
Körpern das mit dem zweiten kolbenartigen Körper verbundene Abdichtungselement derart verformt, daß dieses
gegen die Zylinderwand gedrückt wird. Dies ergibt eine gute Abdichtung zwischen dem zweiten kolbenartigen Körper
und der Zylinderwand.
Diese Bauart ist besonders wichtig zum Aufrechterhalten eines Druckunterschiedes auf der Rollmenbran beim Stillstand
der Vorrichtung, Im Stillstand der Vorrichtung ist meistens auch die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung für den
Raum zwischen den swei Kolben nicht mehr wirksam, so daß
durch Weglecken der Flüssigkeit der Druckunterschied an der Rollmenbran einen unzulässigen Wert annimmt.
Ein zusätzlicher Vorteil der Bauart nach der Erfindung* ist der, daß im Betrieb ein Teil der Flüssigkeit zwischen
den beiden kolbenartigen Körpern durch den Spalt zwischen dem zweiten kolbenartigen Körper und der Zylinderwand wegströmen
kann, so daß dieser kolbenartige Körper stets gut geschmiert ist. Der zweite Kolben braucht nicht genau nach
Maß hergestellt zu werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird das Abdichtungselement durch einen O-Ring gebildet*
Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist zum Schutz dee Abdiehtttngselementes ein ringförmiges, unverformbares
Bleaent Torgesehen, das mit dem mantelförmigen Element
kann.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, die eohematisch, nicht maßstäblich beispielweise einen
Kompressor darstellt.
In dem dargestellten Kompressor sind in einem Zylinder
21 Bwei icolbenwrtige Körper 22 und 23 beweglich angeordnet.
Die Abdichtung »wiechen dem Kolben 22 und dem Zylinder
wird durch eine Rollmembran 26 gebildet. B^r Kolben 23
ist durch eine Antriebestange 24 mit einer Kurbel 25 verbunden.
Der Zylinder 21 wird von einem Kühlwassermantel 29 umgeben, an den sich eine Zufuhr 30 urd eine Abfuhr 31
für das Kühlwasser anschließen. Der Konrr^sorreun W steht
durch eine Einleßkleppe 32 mit einer Mediumsufnhrleitung
33 und durch eine Auelaßkappe 34 mit einer Mediumabfuhrleitung
35 in Verbindung. Die Abfuhrleitang 35 mündet in
einem .^fttfferrautn 36 aus. Der Raum V zwischen den Kolben
und ^^litt mit Flüssigkeit auegefüllt. An diesen Raum
schließe sich «ine Flüssigkeitszufuhrleitung 37 an, die
andeiereeite mit einer Flüssigkeitspumpe ?3 verbinden ist.
009813/Ü276 " β ~
BAD
An den Raum V schließt sich weiter eine Flüssigkeltsabfuhrleitung
39 an, die in einer Regelvorrichtung 40 ausmündet. Der Kolben 22 ist mit einer IFührungs stange 41 versehen,
die von einer Druckfeder 42 umgeben wirds die den Kolben
gegen die Flüssigkeit im Raum T drückt. Die Vorrichtung
enthält wieder ein Regelventil 43, das die maximale Höhe der ITüssigkeitskolonne im Raum V bedingt.
Die Regelvorrichtung 40 enthält ein Tentil 44» das die
Plüssigkeitsabfuhrleitung 39 abschließen kann. Das Ventil
44 ist mit einer Membran 45 verbunden. Der Raum auf der rechten Seite dieser Membran steht durch eine Leitung 46
mit dem Raum ¥ in Verbindung. Weiter wird diese Membran auf der rechten Seite durch eine Druckfeder 47 festgedrückt.
Der Raum auf der linken Seite der Membran 45 steht' durch
eine enge Leitung 48 und die Leitung 39 mit dem Raum V in Verbindung. Auf der Membran 45 ist somit der gleiche»
κίctlere Druckunterschied wirksam wie auf der Rollmembran
?(j. Die Druckfeder 47 ist so gewählt, daß dieser Druckunters'Msä
an£ einige Atmosphären ansteigen !rann "bevor das
Ventil 44 sich öffnet.
Die Regelvorrichtung 40 enthält ein ssweites Ventil 50,
das mit einer Membran 51 verbunden ist« Der Raum E:2 rechts
de? Membran 51 steht durch eine Leitung 53 Kit dem. Puffergsf?iS
35 in Verbindung, Auf des linken Seite übt eine Fe-
ä-?>v 54, die gegebenenfalls einstellbar sein kann, Kräfte'
'mit äie Membrsm 51 aus»
."..C £3 13/0 2 ? F.
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Der Kolben 23 hat einen O-Ring 56, der einen solchen Außendurchmeeser
hat, daß im normalen Betrieb der O-Ring die Zylinderwand 21 nicht berührt. Über dem O-Ring ist eine ringförmige
Platte 57 vorhanden, die gegenüber dem Kolben 23 beweglich
ist. Der Kolben 22 ist auf der dem Kolben 23 zugekehrten Seite mit dem raantelförmigen Element 58 versehen.
Die Wirkungeweise der Vorrichtung ist folgende. Die ölpumpe
38 führt durch die Leitung 37 Flüssigkeit in den Raum V. Der Abstand zwischen den Kolben 22 und 23 nimmt dabei stets
eu. Das Yentil 43 folgt der .Aufwärtsbewegung des Kolbens 22, bis es die untere Seite des Kolbens 23 berührt. Bewegt sich
der Kolben 22 noch etwas aufwarte, so liegt die obere Seite des Ventils 43 nicht mehr an dem Kolben 22 und die Flüssigkeit
kann.durch das Ventil 43 in das Kurbelgehäuse zurückfließen.
Der Kolben 22 hat dann seine oberste lage erreicht, wobei das schädliche Volumen des Kompressors am geringsten
ist und die Leistung sein Maximum erreicht. Die Feder 42 sorgt dafür, daß ein Druckunterschied von einigen Atmosphären
zwischen dem Druck in der Flüssigkeit und dem Druck in dem Arbeitsraum W vorhanden ist. Infolgedessen iet die Rollmembran
nach wie vor gespannt. Auch in der obersten Lage führt die Flüssigkeitspumpe nach wie vor Flüssigkeit zu,
die durch das Ventil 43 den Raum V wieder verläßt. Auf diese Weise ergibt sich eine konstante Durchströmung durch
den Raum V. Dies ist aus zwei Gründen günstig. Erstens wird auf diese Weise verhütet, daß die Konrentration des durch
die Rollmembran in dem Raum V diffundierten Mediums zu hoch
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wird. Zweitens ergibt sich eine gute Abkühlung des Kolbens 22 und der Rollmembran 26.
Ein Teil der dem Raum V zugeführten Flüssigkeit verläßt diesen Raum nicht durch das Ventil 45, sondern kenn, da
der O-Eing 5^ nicht an der Zylinderwand 21 anliegt, durch
den Spalt zwischen dem Kolben 23 und der Zylinderwand 21
in das Kurbelgehäuse zurückfließen. Dies sichert eine gute Schmierung des Kolbens 23, der sich somit -vollständig in
Flüssigkeit bewegt.
Wenn der Druck im Puffergefäß 36 erhöht wird, muß die Leistung
des Kompressors selbsttätig abnehmen. Da der Druck im Puffergefäß 36 und somit auch im Raum 52 zu hoch wird,
wird die Membran 5"? g^gen den Druck der Feder 54 nach links
bewegt. Infolgedessen wird das Ventil 50 von seinem Sitzgehoben.
Das Ventil 44 ist im normalen Betrieb stets of fern. Es kann somit Flüssigkeit durch die Leitung 39 und das Ventil
50 in die Ölrückflußleitung 55 strömen. Dies hat zur
Folge, daß der Abstand zwischen den Kolben 22 und 23 kleiner wii'ö, so daß das schädliche Volumen zu- und die Leistung
abnimmt.
Um zn verhüten, daß der Druckunterschied, zwischen den Media
in dem Räumen V und ¥ zu gering wirdj ist das Ventil 44.
vorgesehene Bei einem zu geringen Druckunterschied drückt
die Feder 47 äas Ventil 44 zu, so da© auf diesem Wege keine
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Flüssigkeit mehr aus dem Raum y wegfließen kann. Wenn keine
besonderen Vorkehrungen getroffen werden, könnte jedoch
noch stete Flüssigkeit aus dem Raum V durch den Spalt zwischen dem Kolben 23 und dem Zylinder 21 wegfließen. Um dies
zu verhüten, ist der Kolben 22 mit dem mantelförmigen Element
58 versehen, das bei dem minimal zulässigen Wert des Ahstandee
zwischen den Kolben 22 und 25 gegen die ringförmige Platte 57 drückt, so daß der O-Ring 56 derart verformt wird,
daß er sich an die Zylinderwand 21 anlegt. Dies ergibt eine vollständige Abdichtung des Raumes V, so daß keine Flüssigkeit
mehr aus diesem Raum wegfließen kann und der Druckunterschied an der Rollmembran 26 nicht weiter herabsinkt.
Die vorerwähnten Vorkehrungen sind besonders wichtig beim
Anhalten der Vorrichtung, da in diesem Falle auch die ölpumpe 38 außer Betrieb genommen wird, so daß keine Flüssigkeit
mehr dem Raum V zugeführt wird. Un zu verhüten, daß Flüssigkeit aus dem Raum V durch die ölpumpe in das Kurbelgehäuse
zurückströmt, ist in der ölzuführleitung ein Rücklauf
ventil 59 untergebracht. Wenn eine kleine Menge Flüssigkeit aus dem Raum V wegströmt, z.B. durch das Ventil
H. oder durch den Spalt zwischen dem Kolben 23 und der
Zy1 inderwand 21, verschließt die Regelvorrichtung die Leitung
^9, und auch das Ventil 43 schließt sich. Es kann 3ei^ch
noch stets etwas Flüssigkeit län^s des Kolbens 23
wpg-lecken, so daß der Abstand zwischen den Kolben ?2 und ?3
ständig abnimmt. Bei dieser Abnahme verringert sich der von
der Feder 42 aufrechterhaltene Druckunterschied auch etwes.
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Wenn der Druckunterschied an der Rollmembran 26 zu gering
wird, treten Falten in eier Rollmembran auf unä im äußersten
EaIIe wird die Rollmembran äera. etwaigen? vollen Druck
in Raum ¥ unterworfen. Beim nächsten Anlassen der Torrichtiing
würde die Rollmembran infolgedessen sofort zerrissen
werdenο Das mentelförmig© Element 58 ist derart ausgebildet,
daß "bei dem minimal ^!lässigen iJsrt öes Abstsndes zwischen
äen Kolben 22 nwl 25 dieses- Element mit der ringförmigen
Platte 5? in Berührung kommt» wodurch eier O-Rirtg 56
verformt unä der Spalt zwischen dem Kolben 23 und dem Zy-1Inder
21 vollständig abgedichtet wis?oL Bei? Raum ¥ ist dann
"/el!kommen verschlossen, so daß !seine Flüssigkeit mehr aus
diesem Raum wegleeken kann. Auch gsIe Stillstand der Masehiiis
ist -lic? Rollmembran somit naefe uie tos isi gespanntsa Zu·«·
I'2 ".drei '3iiil©ueiitesi5 äaß statt θ!ω@3 Ö-Riiig©© θϊβ snö.ß5*s,
3i-::3tiech vsrfosiiibsEQs ilbäielitungselsiient benutzt werden
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lit ο
SAD
ORIGINAL
-n. U28009
verständlich ouch in Kaltgag-Kuhlmasehinen und Heißgasmotoren
benutzt werden.
Patentansprüche:
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Claims (2)
1. Vorrichtung zum Komprimieren bzw. Expandieren eines
Mediums mit mindestens einem Zylinder, in dem ein ■kolbenartiger
Körper sum Ändern des Volumens eines Arbeitsraumes
beweglich ist, wobei der kolbenartige Körper der das Volumen des Arbeitsraumes ändern kann, mit seiner von diesem
Raum abgekehrten Seite an einer Elüssigkeitskolonne anliegt, die an sich an einem zweiten, mit dem Triebwerk
gekuppelten, kolbenartigen Körper anliegt, wobei die Abdichtung zwischen dem erstgenannten kolbenartigen Körper
und der Zylinderwand durch mindestens eine Rollmembran gebildet wird, wobei jede dieser Rollmembranen wenigsten?
an einer Seite an einer Flüssigkeit anliegt, und daß Mittel vorgesehen sind, durch welche auf jeder dieser Rollmembranen
ein wenigstens pro Hub konstanter Druckunterschied aufrechterhalten wird, wobei der erstgenannte kolbenartige
Körper mit einem sich in Richtung auf den zweiten kolbenartigen Körper erstreckenden, manteiförmigen
Element versehen ist und der zweite kolbenartige Körper ein elastisch verformbares Abdichtungselement besitzt,
das sich wenigstens über einen Teil der axialen Abmessung des Kolbens längs dessen Umfanges erstreckt und einen
Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser
der Zylinderwand, wobei das mantelförmige Element eine solche Länge hat, äeß bei dem minimal zulässigen
Abstand zwischen den beiden kolbenartigen Körpern das
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mantelförmige Element das Abdichtungselement verformt,
so daß eine Abdichtung zwischen dem zweiten Kolben und der Zylinderwand erhalten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennkeichnet, daß das Abdichtungselement durch einen O-Ring gebildet
wird.
T. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und / oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dafl sich auf der dem mantelförmigen EIementfeugekehrten
Seite des Abdichtungselementes ein gegenüber dem zweiten kolbenartigen Körper bewegliches, ringförmiges
nicht verformbaren Element befindet, das mit dem mantelförmigen Element zusammenwirken kann.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |