DE2455430A1

DE2455430A1 - Kolben-zylinder-einheit

Info

Publication number: DE2455430A1
Application number: DE19742455430
Authority: DE
Inventors: Gustav Bernard Mielitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-11-07
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1975-05-28
Also published as: GB1467049A; AU7524074A; US3894405A

Description

r.-ing. Dip'.-Phys. OSKAR KÖNIG Patentanwalt 2455430

Deutsche Bank AO S

Telefon: (07H)ISJIIO 23 64 61 ^{Kon!o Nr 8ö C03(l)}

Tolegramni: Koenigpat 7000 STUTTGART-!, Klüpfelstraße 6 Postscheck Sigt.84&i

Poetfach 51

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Gustav Bernard MIELITZ

Kenilworth, Johannesburg Südafrikanische Republik

Kolben-Zylinder-Einheit

Die Erfindung betrifft eine doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit, die als Kompressor, Pumpe oder dergleichen verwenbar ist.

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Nachfolgend wird auf Kompressoren, Bezug genommen, jedoch versteht es sich, daß dieser Ausdruck auch Pumpen für die in der Beschreibung erwähnten Zwecke umfaßt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einheit (Baueinheit, Baugruppe, Montageeinheit oder dergleichen) der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei variierender Hub länge unter Einwirkung hin und her gehender Druck- und Zugkräfte vorzugsweise veränderlicher Dauer wirksam arbeitet.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß sie einen äußeren Zylinder, einen in diesem Zylinder gleitbar gelagerten hohlen Kolben und einen in dem hohlen Kolben gleitbar gelagerten inneren Kolben aufweist, daß eine hohle Kolbenstange, die sich durch ein Ende des hohlen Kolbens und das entsprechende Ende des äußeren Zylinders in Längsrichtung hindurch erstreckt, mit dem inneren Kolben derart verbunden ist, daß die Kolbenstange im Retrieb, wenn der innere Kolben einen bestimmten Hub überschreitet, den hohlen Kolben im Zylinder hin und her bewegt, und daß ventilgesteuerte Kanäle vorgesehen sind, "damit das Fluid in den hohlen Kolben durch die Kolbenstange hindurch eingeleitet, komprimiert unn durch den äußeren Zylinder hindurch abgeleitet v/erden kann, wenn sich der Kolben hin und her bewegt.

Diese und andere Merkmaie der Erfindung werden nachfolgend anhand einer nur beispielsweise dargestellten Aus-führungsform erläutert, die in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kompressor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kompressor längs der Schnittlinie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Kompressor längs der Schnittlinie IH-III in Fig. 1.

In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Kompressor eine doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit mit zwei Stufen in Reihe auf.

Die Einheit weist einen geschlossenen Zylinder 1 kreisförmigen Querschnitts auf, in dem ein hohler, beweglich angeordneter Kolben 8 gleiten kann. Der hohle Kolben 8 ist so dimensioniert, daß er mit enger Toleranz in den Zylinder 1 innenseitig eingepaßt ist; und hat eine glatte Außenfläche. Um den hohlen Kolben 8 sind im Bereich seiner Enden Kolbenringe 24 in im wesentlicher, üblicher Weise angeordnet, um eine wirksame Abdichtung zwischen dem hohlen Kolben 8 und der glatten Innenfläche des Zylinders sicherzustellen, es sei erwähnt, daß unter gewissen Umständen O-Ringe anstelle von Kolbenringen verwendet v/erden können. Der hohle Kolben 8 teilt den Innenraum des Zylinders 1 in zwei Kammern 21.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß der hohle Kolben 8 eine Doppelfunktion erfüllt, indem er auch als Zylinder für einen Innenkolben 12 wirkte 'der in ihm gleitbar untergebracht ist. Der Innenkolben 12, der hohle Kolben 8 und der Zylinder 1

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sind koaxial zueinander angeordnet und der Innenraun des hohlen Kolbens 8 ist durch den Innenkolben 12 in zwei Kammern 20 unterteilt. Auch die Innenfläche des hohlen Kolbens 8 und die Außenfläche des Innenkolbens 12 sind .glatt und es sind Kolbenringe 25 um den Innenkolben 12 herum im Bereich seiner Enden angeordnet, um einen guten Dichtungskontakt zwischen diesen Teilen zu erzeugen. .

Der eine Endverschluß 26 des Zylinders 1 und der benachbarte Endverschluß 27 des hohlen Kolbens 8 sind an ihren zugeordneten Teilen mittels komplementärer Schraubengewinde 2 8 befestigt. Dadurch können diese Endverschlüsse abgenommen werden, so daß diese Kolben-Zylinder-Einheit auseinandergenommen v/erden kann.

Eine hohle Kolbenstange 13 ist mittels Schraubengewinden 29 an dem Innenkolben 12 befestigt und erstreckt sich axial durch den einen Endverschluß 27 des hohlen Kolbens 8 und den Endverschluß 26 des Zylinders 1. Diese Endverschlüsse 26, 27 kann man auch als Deckel, Kappen, Verschlußstücke oder dergleichen bezeichnen. Wellendichtungen 10 und 6 sind in diesen Endverschlüssen 26, 27 angeordnet, um Abdichtungen zwischen ihnen und der Kolbenstange 13 zu schaffen, und es gehört eine weitere Abstreifdichtung 16, die von einer Endüberwurfhaube 30 des Zylinders getragen wird , ebenfalls zu dieser Baueinheit, um die Kolbenstange 13 zu reinigen und zu schmieren. Eine hohle, zylindrische Schutzhaube 19 ist nahe dem freien und überstehenden Ende der Kolbenstange 13 befestigt und umhüllt das überstehende Ende der Kolbenstange 13 und einen Teil des Zylinders 1, un insbesondere für die Kolbenstange einen Schutz zu bilden. Ein

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Teil 18 ist am Ende der Kolbenstange 13 für Montagezwecke, wie unten noch näher ausgeführt, angeordnet und ein ähnliches oder ein anderes Teil ist am entgegengesetzten Ende 7 des Zylinders 1 für denselben Zweck vorgesehen.

Diese Baueinheit dient als ein Fluid-Kompressor (Fluid = flüssiges oder gasförmiges Medium) und weist ventilgesteuerte Einlaß- und Auslaßkanäle auf, um einen in einer Richtung strömenden Fluß des Fluides durch die Baueinheit hindurch zur Kompression und Weiterleitung bzw. zum Ausströmen zu erlauben. Zur besseren Klarheit beginnt die Beschreibung dieser Kanäle und der verschiedenen zugeordneten Ventile am Einlaß der Baueinheit.

Ein Einlaß-Verbindungsstück 17 zum äußeren Anschließen oder Ankuppeln ist am über den Zylinder überstehenden Endbereich der Kolbenstange 13 in Querrichtung derart befestigt, daß der als durchgehende Bohrung ausgebildete Kanal des Einlaßstückes 17 nit dem Kanal 31 in der Kolbenstange 13 in Verbindung steht. Ein nicht dargestelltes Rückschlagventil kann in das Einlaßstück eingesetzt sein, jedoch wird dort ein solches Ventil im Hinblick auf die entsprechende, der Baueinheit zugeordnete, unten beschriebene Ventilanordnung, nicht als notwendig erachtet.

Ein radialer Kanal 32 im Innenkolben 12 verbindet den Innenraun der hohlen Kolbenstange 13 mit einem den Innenkolben 12 durchdringenden Kanal 33. Der Kanal 33 ist parallel, jedoch versetzt zur Achse der Baueinheit ausgebildet und es sind entgegengesetzt

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gerichtete Rückschlagventile 15 im Kanal 33 im Bereich seiner Enden angeordnet, damit das Fluid von der hohlen Kolbenstange 13 in jede der Kammern 20, und zwar abhängig von der Bewegungsrichtung des Innenkolbens 12 im hohlen Kolben 8 während des Betriebes strömen kann.

In jeder Endwandung des hohlen Kolbens 8 ist ein Kanal, Durchlaß oder dergleichen vorgesehen, in denen Rückschlagventile 9 und 11 angeordnet sind, damit das Fluid von den Kammern 20 zu den Kammern 21 des Zylinders 1 und nicht zurückströmen kann. Der Zylinder 1 hat im Bereich seiner Enden ihn durchdringende Auslaßöffnungen 34 und 35, welche durch geeignete Rückschlagventile 3 und 2 gesteuert werden. Die Auslaßöffnungen 2 und 3 sind mittels eines Kanals 4 miteinander verbunden, der sich seitlich längs 'des Zylinders 1 erstreckt und in einer gemeinsamen Auslaß-Verbindung 5 endet, die für außenseitiges Anschließen oder Ankuppeln anderer Teile ausgebildet ist.

Die verschiedenen vorstehend erwähnten Rückschlagventile können von irgend einem geeigneten Typ sein, beispielsweise wie dargestellt federbelastete Ventile, Klappenventile oder dergleichen.

Es sei betont, daß eine Baueinheit der vorstehenden Art als ein Fluid-Kompressor, -Pumpe oder -Vakuumpumpe dienen kann. Die Arbeitsweise als ein Gas- oder Dampfkompressor wird nachfolgend beschrieben.

Wenn hin und her gehende Kräfte über eine relativ kurze Länge an den Enden der Baueinheit angreifen, wird Gas oder Dampf

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durch die hohle Kolbenstange 13 und das entsprechende Rückschlagventil 15 des Innenkolbens 8 in eine der Kammern 20 eingeführt» Die vorangehende Gasfüllung wird gleichzeitig in der entgegengesetzten Pump- oder Förderkammer 20 komprimiert und in die zugeordnete Druckzylinderkammer 21 überführt, von wo komprimiertes Fluid durch das Auslaßstück 5 hindurch austritt. Wenn Kräfte auf den Kompressor mit größerem Weg (Hub) wirksam sind, derart, daß der Innenkolben 12 sich relativ zum Zylinder 1 um einen größeren Betrag bewegen muß als es der zulässigen Bewegungsdistanζ des Innenkolbens 12 im hohlen Kolben 8 entspricht, wird der hohle Kolben 8 durch den Innenkolben 12 hin und. her bewegt, wodurch in den Kammern 21 ein grösseres Gasvolumen komprimiert und aus ihnen ausgestoßen wird.

Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß dieser Kompressor effektiv und wirksam arbeitet, wenn hin und her gehende Kräfte

, _T.. (Hübe).. . . , über variierende Langen/auf ihn einwirken.

Um einen relativ harten metallischen Kontakt zwischen den Enden des Innenkolbens 12 und den inneren Endflächen des hohlen Kolbens 8 zu verhindern, können federnde Elemente 23 vorgesehen sein, die die endseitigen Stirnseiten des Innenkolbens 12 bedecken. Wenn also Kräfte über eine relativ große Länge bzw. grossen Hub auf die Baueinheit einwirken, dann dämpfen oder federn die Elemente 2 3 den Kontakt zwischen dem Innenkplben 12 und den inneren Endflächen des hohlen Kolbens 8 ab.

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Auch können in einigen Anwendungsfallen, beispielsweise während

Kälte- oder

der Kompression eines/Kühlmittels, gewisse Bedingungen eintreten, welche eine Ansammlung von Flüssigkeit über den hohlen Kolben 8 ergeben. Um einen plötzlichen langen Hub des letzteren im Betrieb zu vermeiden, der mögliche Schwierigkeiten im Ableiten von Flüssigkeit durch das oben beschriebene Ventil 2 verursacht, kann in an sich bekannter Weise ein Ableitungskanal

vorbei
an den Kolbenringen 24/vorgesehen sein. Die Wirkungsweise

der Kolbenringe wird durch diesen Ableitungskanal nicht aufgehoben.

Die Arbeitsweise dieses Kompressors ist gegenüber der von Zylinderkompressoren mit Einfachstufe, mit einfach oder doppelt wirkenden Kolben verbessert. Der erfindungsgemäße Kompressor kann Gas oder Dampf zu seinem erforderlichen Betriebsdruck verdichten, vorausgesetzt, daß die Relativbewegung der beiden Korrpressorenden zueinander mindestens dazu ausreichend ist, ur. den Innenkolben 12 im hohlen Kolben 8 so zu bewegen, daß in den Kammern komprimiertes Fluid ausreichend unter inneren überdruck gesetzt .wird, um die Ventile 9 und 11 zu öffnen.

Der Kompressor hat sein vorzugsweises Anwendungsgebiet bei Anord-

Kräfte nungen, wo variierende komprimierende und dehnende/ als Druck- und Zugkräfte auf ihn einwirken, und er kann zwischen irgendwelchen geeigneten, relativ zueinander beweglichen Komponenten zwischenmontiert werden. So kann er beispielsweise zwischen die relativ zueinander beweglichen Teile einer Radaufhängung an einem Fahrzeug, also zwischen der Befestigung des auf der Straße rollenden Rades und dem eigentlichen Fahrzeug befestigt sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Anwendungen beschränkt.

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Abhängig von der speziellen Montageanordnung des Kompressors können an den Enden des Kompressors unterschiedliche Montageglieder angeordnet sein, je nach der körperlichen Konstruktion der jeweiligen Anordnung.

Eine besonders geeignete Anwendung des Kompressors besteht in Verbindung mit einer Dampfkompressions-Kälteeinheit, d. h. einer Kältemaschine, die an einem Fahrzeug angeordnet ist. Eine

Mehrzahl von Kompressoren sind an einem Fahrzeug zwischen reangeordnet lativ zueinander beweglichen Teilen von Aufhängungen/, wobei ihre Auslässe parallel an einen Kondensator angeschlossen sind. Der Kondensator ist seinerseits über ein Expansionsventil (Fntspannungsventil) mit einem Verdampfer verbunden, in welchen flüssiges Kältemittel verdampfen kann und in bekannter Weise Kühlung verursacht. Der Auslaß des Verdampfers ist mit den Einlassen der verschiedenen Kompressoren verbunden.

Relativbewegungen zwischen den auf der Straße rollenden Rädern und dem Fahrgestell des Fahrzeugs, wenn die Räder sich über Löcher, Bodenwellen und sonstigen Unebenheiten der Straße bewegen, liefern die notwendige Energie zum Betätigen der Kompressoren, die in einem begrenzten Ausmaß auch als Stoßdämpfer für das Fahrzeug wirken.

Wie vorstehend ausgeführt, könnte eine ähnliche Anordnung an einem Schienenwagen angeordnet sein, wobei die Kompressoren zwischen Fahr- bzw. Drehgestell und Untergestell zwischenmontiert sein können.

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Claims

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1.) Doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit zum Komprimieren eines Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen äußeren Zylinder (1), einen in diesem Zylinder (1) gleitbar gelagerten hohlen Kolben (8) und einen in dem hohlen Kolben (8) gleitbar gelagerten inneren Kolben (12) aufweist, daß eine hohle Kolbenstange (13), die sich durch ein Ende des hohlen Kolbens (8) und das entsprechende Ende des äußeren Zylinders (1) in Längsrichtung hindurch erstreckt, mit dem inneren Kolben (12) derart verbunden ist, daß die Kolbenstange (13) im Betrieb, wenn der innere Kolben

(12) einen bestimmten Hub überschreitet, den hohlen Kolben (8) im Zylinder (1) hin und her bewegt, und daß ventilgesteuerte Kanäle vorgesehen sind, damit das Fluid in den hohlen Kolben durch die Kolbenstange

(13) hindurch eingeleitet, komprimiert und durch den äußeren Zylinder (1) hindurch abgeleitet werden kann, wenn sich der Kolben hin und her bewegt.

2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Zylinder (1) im Bereich jedes Endes einen durch ein Ruckschiag-Auslaßventil (3, 2) gesteuerten Auslaß (34, 35) aufweist, daß der hohle Kolben (8) an jedem seiner Enden ein Rückschlag-Auslaßventil (9, 11) aufweist, das das Innere des hohlen Kolbens mit dem Inneren des äußeren Zylinders (1) verbindet, und daß der in dem hohlen Kolben (8) befindliche innere Kolben (12) mindestens zwei entgegengesetzt gerichtete Rückschlagventile (15) aufweist, die das Innere des hohlen Kolbens mit der hohlen Kolbenstange (13) verbinden.

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3. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am überstehenden Ende der Kolbenstange (13) und an dem von diesem überstehenden Ende abgewendeten Ende des äußeren Zylinders (1) Montageglieder zur Montage der Einheit zwischen relativ zueinander beweglichen Komponenten einer mechanischen Anordnung angeordnet sind.

4. Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen den relativ zueinander beweglichen Teilen einer Radaufhängung eines Fahrzeugs befestigbar ist und dabei

Kompressormit einer/Kältemaschine in Kombination zusammenwirkt.

5. Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen der Befestigungsanordnung für das auf der Straße rollende Rad eines Straßenfahrzeugs und dessen Fahrgestell be'festigbar ist.

6. Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem Rad- bzw. Drehgestell und dem Untergestell eines Schienenfahrzeugs befestigbar ist.

7. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kompressor einer Kältemaschine dient.

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