DE1428009C3 - Vorrichtung zum Verdichten bzw. Entspannen eines Mediums - Google Patents

Description

Das Hauptpatent I 428 008 betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten bzw. Entspannen eines Mittels, die mindestens einen Zylinder mit mindestens zwei in diesem über ein Triebwerk bewegbaren Kolben enthält, wobei der erste Kolben das Volumen eines Arbeitsraumes beeinflußt und mit seiner vom Arbeitsraum abgewandten Seite an einer Flüssigkeitssäule anliegt die ihrerseits an dem /weiten, mit dem Triebwerk gekuppelten Kolben anliegt, wobei als Abdichtung zwischen dem ersten Kolben und der Zylinderwand mindestens eine Rollmembran vorhanden ist die wenigstens auf einer Seite an einer Flüssigkeit anliegt und die Vorrichtung weiter mit einer Druckrcgeleinrichtung versehen ist. durch die über die Rollmembran während des Betriebes eine nahezu konstante ständig zur gleichen Seite hin gerichtete Druckdifferenz aufrechterhalten wird.

Ein Vorteil 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. Eine Seite der Rollmembran ist dabei mit einer Flüssigkeitssäule zwischen den beiden kolbenförmigen Körpern in Berührung, wobei Mittel z. B. auf den kolbenförmigen Körper einwirkende elastische Glieder vorgesehen sind, durch welche ein Druckunterschied an der Rollmembran aufrechterhalten wird. Ändert sich nunmehr die Flüssigkeitsmenge zwischen den kolbenförmigen ίο Körpern etwas, so äußert sich dies lediglich in einer Änderung des Abstandes zwischen den kolbenförmigen Körpern, während sich der Druckunterschied an der Rollmembran nahezu nicht ändert. Dies sichert eine lange Lebensdauer der Rollmembran. Ein weiterer Vorteil der Anwesenheit einer Flüssigkeitssäule zwischen den beiden kolbenförmigen 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 kolbenförmigen 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 Flüssigkeitsabfuhr ab, so daß keine Flüssigkeit mehr über die Regelvorrichtung wegströmen kann. Es liegt noch die Möglichkeit vor, daß Flüssigkeit längs des zweiten kolbenförmigen Körpers wegleckt.

Die Erfindung beabsichtigt, eine Vorrichtung vorerwähnter Art zu schaffen, wobei nicht die Gefahr besteht, daß zufolge des Wegleckens von Flüssigkeit längs des zweiten kolbenförmigen Körpers der Abstand zwischen den beiden Kolben zu gering und demzufolge der Druckunterschied über der Rollmembran zu groß wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte kolbenförmige Körper mit einem sich in Richtung auf den zweiten kolbenförmigen Körper erstreckenden, mantelförmigen Element versehen ist und der zweite kolbenförmige Körper ein elastisch verformbares Abdichtungselement besitzt, das sich wenigstens über einen Teil der axialen Abmessung des Kolbens längs dessen Umfang erstreckt und einen Außendurchmesser hat. der kleiner ist als der Innendurchmesser der Zylinderwand, wobei das mantelförmige Element eine solche Länge hat, daß bei dem minimal zulässigen Abstand zwischen den beiden kolbenförmigen Körpern das mantelförmige Element das Abdichtungselement verformt, so daß eine Abdichtung zwischen dem zweiten kolbenförmigen Körper und der Zylinderwand erhalten wird.

Diese Bauart ist besonders wichtig zum Aufrcchterhalten eines Diuckunterschiedcs auf der Rollmembran beim Stillstand der Vorrichtung. Im Stillstand der Vorrichtung ist meistens auch die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung für den Raum zwischen den zwei Kolben nicht mehr wirksam, so daß durch Weglecken der Flüssigkeit der Druckunterschied an der Rollmembran einen unzulässigen Wert annimmt.

Ein zusätzlicher Vorteil der Bauart nach der Erfindung ist der. daß im Betrieb ein Teil der Flüssigkeit

zwischen den beiden kolbenförmigen Körpern durch den Spalt zwischen dem zweiten kolbenförmigen Körper und der Zylinderwand wegströmen kann, so daß dieser kolbenförmige Körper stets gut geschmiert ist. Der zweite kolbenförmige Körper braucht nicht genau . nach Maß hergestellt zu werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Abdichtungselement durch einen O-Ring gebildet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist zum Schutz des Abdichtungselementes ein ringförmiges, unverformbares Element vorgesehen, das mit dem mantelförmigen Element zusammenwirken kann.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch, nicht maßstäblich beispielsweise einen Kompressor darstellt.

In dem dargestellten Kompressor sind in einem Zylinder 21 zwei Kolben 22 und 23 beweglich angeordnet. Die Abdichtung zwischen dem Kolben 22 und dem Zy- ao linder 21 wird durch eine Rollmembran 26 gebildet. Der Kolben 23 ist durch eine Antriebsstange 24 mit einer Kurbel 25 verbunden. Der Zylinder 21 wird von einem Kühlwassermantel 29 umgeben, an den sich eine Zufuhr 30 und eine Abfuhr 31 für das Kühlwasser anschließen. »5 Der Kompressorraum Wsteht durch eine Einlaßklappe 32 mit einer Mediumzufuhrleitung 33 und durch eine Auslaßkappe 34 mit einer Mediumabfuhrleitung 35 in Verbindung. Die Abfuhrleitung 35 mündet in einem Pufferraum 36 aus. Der Raum Inzwischen den Kolben 22 und 23 ist mit Flüssigkeit ausgefüllt. An diesen Raum schließt sich eine Flüssigkeitszufuhrleitung 37 an, die andererseits mit einer Flüssigkeitspumpe 38 verbunden is ι

An den Raum V schließt sich weiter eine Flüssigkeitsabfuhrleitung 39 an, die in einer Regelvorrichtung 40 ausmündet. Der Kolben 22 ist mit einer Führungsstange 41 versehen, die von einer Druckfeder 42 umgeben wird, die den Kolben 22 gegen die Flüssigkeit im Raum Vdrückt. Die Vorrichtung enthält wieder ein Regelventil 43, das die maximale Höhe der Flüssigkeitskolonne im Raum Vbedingt.

Die Regelvorrichtung 40 enthält ein Ventil 44, das die Flüssigkeitsabfuhrleitung 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 Win 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, mittlere Druckunterschied wirksam wie auf der Rollmembran 26. Die Druckfeder 47 ist so gewählt, daß dieser Druckunterschied auf einige Atmosphären ansteigen kann bevor das Ventil 44 sich öffnet.

Die Regelvorrichtung 40 enthält ein zweites Ventil 50, das mit einer Membran 51 verbunden ist. Der Raum 52 rechts der Membran 51 steht durch eine Leitung 53 mit dem Puffergefäß 36 in Verbindung. Auf der linken Seite übt eine Feder 54, die gegebenenfalls einstellbar sein kann, Kräfte auf die Membran 51 aus.

Der Kolben 23 hat einen O-Ring 56, der einen solchen Außendurchmesser 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 mantelförmigen Element 58 versehen.

Die Wirkungsweise 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 zu. Das Ventil 43 folgt der Aufwärtsbewegung des Kolbens 22. bis es die untere Seite des Kolbens 23 berührt. Bewegt sich der Kolben 22 noch etwas aufwärts, 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 ist die Rollmembran nach wie vor gespannt. Auch in der obersten Lage führt die Füssigkeitspumpe nach wie vor Flüssigkeit zu, die durch das Ventil 43 den Raum Vwieder 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 Konzentration des durch die Rollmembran in dem Raum Vdiffundierten Mediums zu hoch 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 43, sondern kann, da der O-Ring 56 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 51 gegen den Druck der Feder 54 nach links bewegt. Infolgedessen wird das Ventil 50 von seinem Sitz gehoben. Das Ventil 44 ist im normalen Betrieb stets offen. 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 wird, so daß das schädliche Volumen zu- und die Leistung abnimmt.

Um zu verhüten, daß der Druckunterschied zwischen den Media in den Räumen Kund Wzu gering wird, ist das Ventil 44 vorgesehen. Bei einem zu geringen Druckunterschied drückt die Feder 47 das Ventil 44 zu, so daß auf diesem Wege keine Flüssigkeit mehr aus dem Raum V wegfließen kann. Wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, könnte jedoch noch stets 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 Abstandes zwischen den Kolben 22 und 23 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 Vzugeführt wird. Um zu verhüten, daß Flüssigkeit aus dem Raum V durch die Ölpumpe in das Kurbelgehäuse zurückströmt, ist in der Ölzufuhrleitung ein Rücklaufventil 59 untergebracht. Wenn eine kleine Menge Flüssigkeit aus dem Raum V wegströmt, z. B. durch das Ventil 43. oder durch den Spalt zwischen dem Kolben 23 und der Zylinderwand 21, verschließt die Regelvorrichtung die Leitung 39, und auch das Ventil 43 schließt sich. Es kann jedoch noch stets etwas Flüssigkeit längs des KoI-bcns 23 weglecken, so daß der Abstand zwischen den Kolben 22 und 23 ständig abnimmt. Bei dieser Abnahme verringert sich der von der Feder 42 aufrechterhaltene Druckunterschied auch etwas.

Wenn der Druckunterschied an der Rollmembran 26 zu gering wird, treten Falten in der Rollmembran auf, und im äußersten Falle wird die Rollmembran dem etwaigen, vollen Druck im Raum W unterworfen. Beim nächsten Anlassen der Vorrichtung würde die Rollmembran infolgedessen sofort zerrissen werden. Das so mantelförmige Element 58 ist derart ausgebildet, daß bei dem minimal zulässigen Wert des Abstandes zwischen derr Kolben 22 und 23 dieses Element mit der ringförmigen Platte 57 in Berührung kommt, wodurch der O-Ring 56 verformt und der Spalt zwischen dem Kolben 23 und dem Zylinder 21 vollständig abgedichtet wird. Der Raum V ist dann vollkommen verschlossen, so daß keine Flüssigkeit mehr aus diesem Raum weglecken kann. Auch beim Stillstand der Maschine ist die Rollmembran somit nach wie vor im gespannten Zustand.

Es wird einleuchten, daß statt eines O-Ringes ein anderes, elastisch verformbares Abdichtungselement benutzt werden kann. Die einzige Anforderung für ein solches Abdichtungselement ist, daß es bei Verformung gegen die Zylinderwand gedrückt wird.

Ein Vorteil der vorstehend geschilderten Bauart ist noch der, daß im Betrieb das Abdichtungselement nicht an der Zylinderwand liegt, so daß es keiner Abnutzung unterliegt.

Obgleich die Zeichnung beispielsweise einen Kompressor darstellt, kann die Kolbenkombination nach der Erfindung selbstverständlich auch in Kaltgas-Kühlmaschinen und Heißgasmotoren benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verdichten bzw. Entspannen eines Mittels, die mindestens einen Zylinder mit mindestens zwei in diesem über ein Triebwerk bewegbaren Kolben enthält, wobei der erste Kolben das Volumen eines Arbeitsraumes beeinflußt und mit seiner vom Arbeitsraum abgewandten Seite an einer Flüssigkeitssäule anliegt die ihrerseits an dem zweiten, mit dem Triebwerk gekuppelten Kolben anliegt, wobei als Abdichtung zwischen dem ersten Kolben und der Zylinderwand mindestens eine Rollmembran vorhanden ist die wenigstens auf einer Seite an einer Flüssigkeit anliegt und die Vorrichtung weiter mit einer Druckregeleinrichtung versehen ist. durch die über die Rollmembran während des Betriebs eine nahezu konstante ständig zur gleichen Seite hin gerichtete Druckdifferenz aufrechterhalten wird, nach Patent 1428 008 dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (22) mit einem sich in Richtung auf den zweiten Kolben (2.3) erstreckenden, mantelförmigen Element (58) versehen ist und der zweite Kolben (23) ein elastisch verformbares Abdichtungselement (56) besitzt, das sich wenigstens über einen Teil der axialen Abmessung des Kolbens längs dessen Umfang erstreckt und einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Zylinderwand, wobei das man (eiförmige Element (58) eine solche Länge hat, daß bei dem minimal zulässigen Abstand zwischen den beiden Kolben' das mantelförmige Element das Abdichtungselement verformt, so daß eine Abdichtung zwischen dem zweiten Kolben und der Zylinderwand erhalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtungselement durch einen O-Ring (56) gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der dem mantelförmigen Element zugekehrten Seite des Abdichtungselcmcntes (56) ein gegenüber dem zweiten Kolben (23) bewegliches, ringförmiges nicht verformbares Element (57) befindet, das mit dem mantelförmigen Element zusammenwirken kann.