DE3410059A1

DE3410059A1 - Verdichter (kompressor)

Info

Publication number: DE3410059A1
Application number: DE19843410059
Authority: DE
Inventors: Werner 6336 Solms Mell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-03-19
Publication date: 1985-09-19

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdichter (Kompressor)
mit mindestens zwei Verdichtungsräumen, deren Volumenmittels eines Kolbens zyklisch entsprechend der Drehbewegung des Kolbens vergrpßert oder verkleinert werden. Die Zu- und Abfiihrung des zu verdichteten Mediums wird durch entsprechende Einrichtungen (Ventile)sichergestellt.
Es ist bekannt, daß der weitverbreitete Hubkolben-Verdichter durch die notwendigkeit, die oszillierende Bewegung seine Kolben in Rotationsbewegung umzusetzen,- erhebliche Nachteile aufweist. Er neigt insbesondere zu schwer beherschbaren Schwingungen. Außerdem stellt sich das Verhältnis des Verdichtungsraumes zu den Gesamtabmessungen des Hub-Kolben-Verdichters äußerst ungiinstig dar.
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Aufbau für einen Verdichter zu schaffen, bei dem die oszillierenden Bewegungen von Kolben entfallen und ein wesendlich besseres Verhältnis des Verdichtungsraum-Volumen zum Gesamtvolumen der Maschine als beim Kolben-Verdichter erreichbar ist.
Diese Afgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kolben kreisringförmig mit in Umfangsrichtung des Kreisringes entsprechend der gewünschten Vergrößerung und Verr kleinerung des Verdichtungsraum-Volumen vertiefter und erhöhter Stirnfläche ausgebildet und um die Mittelachse des Kreisringes drehbar, aber axial festgehalten gelagert ist, während jeder Verdichtungsraum seitlich der Mittelachse einseitig vor einem Teil der kreisringförmigen Kolbenstirnfläche angeordnet ist und die Kolbenstirnfläche überspannende, gegenüber dieser abgedichtete, in Axialrichtung des Kolbens bewegliche Seitenwände aufweist. Durch die Erfindung wird somit ein Verdichter geschaffen,bei der ein ringförmiger Kolben an bzw. in an seiner Stirnseite angeordnete VcIdichtungsräume rotiert. lurch den erfindungsgemäßen Verdichter mit kreisrinrföriti--en, an bzw. in den Verdic;tungsräumen rotierenden Kolben werden erhebliche Vorteile gegenüber den bekannten Verdichtern herkömmlicher Systeme erzielt, beispielsweise wie folgt: a.) Es werden extrem klein Abmessungen ermöglicht, b.) Es wird ein besonders geringes Gewicht des Verdichters ermöglicht.
c.) Es wird ein besonders einfacher Aufbau des Verdichters ermöglicht.
d.) Die Anzahl der benötigten Bauteile ist gering.
e.) Die Reibungsverluste in dem Verdichter können besonders gering gehalten werden.
f.) Der Verdichter erhält ein besonders gutes Eigenschwingunsverhalten.
g.) Durch die größere Anzahl Verdichtungsräume ergibt sich eine hohe Pusfrequenz, die abhängig von der Anzahl der Verdichtungsräume und der Drehzahl ist. Dieses ermörlicht teilweise auf einen Speicher zu verzichten.
h.) Es lassen sich höhere Drehzahlen erreichen.
Bevorzugt Wird der Verdichter mit mehr als zwei Verdichtungsräumen, beispielsweise fünf Verdichtungsräume, ausgebildet sein, die in Umfangsrichtung der kreiringförmigen Kolben stirnfläche hintereinander angeordnet sind. Plan kann dabei den gesamten kreisring der Solbestirnflache mit Verdichtungsräumen besetzen und zwi.schen jeweils zwei benachbarten Verdichtungsräumen einen axialen verschiSbar gelagerten Schieber anbringen, der die sich entsprechenden Seitenwände der benachbarten Verdichtungsräume bildet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind ein gemeinsamer, kreisringförmiger Verdichtungsraumtopf, eine für alle Verdichtungsräume gemeinsame und den kreisringförmigen Kolben umgebende, äußere zylindrische Umfassungswand und eine im Inneren des Kreisringes des Kolben angeordnete, für alle Verdichtungsräume gemeinsame, innere zylindrische Umfassungswand vorgesehen, wobei die Schieber sich von der inneren zur äußeren Umfassungswand erstrecken und an beiden Umeassungswcnden axial verschiebbar efiihrt sind. Hierzu bietet sich die Möglichkeit, die Schieber in axialen Nuten der inneren und der äußeren Umfassungswand zu führen. Die Abdichtung des kreisringförmigen Kolbens läßt in dieser Ausführungsform der Erfindung in einfacher Weise durch an die äußere und innere Umfassungsfläche des Kolbens nahe und entlang des Kolbenstinflächenrandes angebrachte ringförmige Dichtungselemente erreichen. Eine andere oder zusätzliche Dichtung, den Betriebsverhältnissen angepaßte Borm ist denkbar. Die Kolbenstirnfläche soll bevorzugt an allen Stellen in der Erstreckungsrichtung der Verdichtungsraum-Seitenwände, beispielsweise Schieber, mit gleichem, vorzugsweise geradlinigem Provil ausgebildet sein. Dabei kann die Erstreckungsrichtung im wesendlichen radial bezüglich der kreisringförmigen Kolbenstirnflåche sein.
F;an kann der k Kolbenstirnflche in Erstreckungsrichtung der Verdichtungsraumseitenwände bzw. Schleber jeglich vorteilhaftes Provil geben, daßsich allerdings in gleicher Weise gleichbleibend ringförmig über die kreisringförmige Kolbenstirnfläcie erstrecken sollte.
Da der kreisringförmige Kolben durch die aufgezwungene Rotation das Medium in den Verdichtungsräumen verdichtet, ist es im Rahmen der Erfindung von besonderer Bedeutung, den Kolben in geeigneter Weise an seiner Rückseite axial abzustützen. dies kann beispielsweise mittel «ingförmiger Axiallager erfolgen Eine Verminderung der abzustätzenden Kräfte des kreisringförmigen Kolbens läßt sich im Rahmen der Erfindung dadurch ereichen, daß der KSolbenl,als gegeläufig doppltwirkender Kolben ausgeführt wird und das jeweils zwei Verdichtungsräume axial gegenüberliegend, also in Boxerstellung angeordnet werden.Diese gegenseitige Boxerstellung oder Paarweise stellung kann auch mit Gruppen von Verdichtungsräumen vorgenommen werden.
Die Steuerung der beweglichen Verdungsraum-Seitenwände kann direkt vom kreisringförmugen Kolben her erfolgen. Beispielsweise kann der Kolben in seiner äußeren und/oder inneren Ufassungswand eine der Form der Kolbenstirnflche folgen- de Steuernut aufweist, in die an den Verdich,ungsraum-Seitenwänden bzw. Schiebern angebrachte Steuernut eingreifen.
Andere Möglichkeiten zur Zwangssteuerung der beweglichen Verdichtungsraum-Seitenwände besreht darin, daß ein pendelndes Element im Verdichtungsraum-Kopf vorgesehen ist.
Die Kühlung des Erfindungsgemaßen Verdichters ist unkritisch.
Die Kühleinrichtungen können bevorzugt an den feststehenden Wandteilen der Verdichtungsräume angebracht sein, beispielsweise kann die für alle Verdichtungsräume gemeinsame äußere zylindrische Umfassungswand mit Kühkeinrichtungen versehen sein. Das gleiche gilt für die innere Umfassungswand.Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt: Figur 1 einen erfindungsgemäßer Verdichter schematisch im axialen Schnitt; Figur 2 den Verdichter gmäß Figur 1 im radialen Schnitt; Figur 3 den Verdichter nach Figur 1 axial geschnitten in explosionsdarstellung; Figur 4 den Ringkolben in der Draufsicht; Figur 5 den Ringkolben in der Seitenansicht, in Richtung des Pfeiles V in Fig. 4; Figur 6 den Ringkolben in der Seitenansicht, in Richtung des Pfeiles VI in Fig. 4.
Bei der in den Figuren 4 bis 3 dargestellten Grundkonzeption hat der Verdichter Punf Verdichtungsraume und im dargestellten Maßstab ein Ansaugvolumen von 90 cm3, entspechend 120 Str./min bei 1850 Umdrehungen/min. Das Bauvulumen beträgt ca. 0,9 dcm3.
Die Grungelemente des Verdichters sind der Ringkolben 1, der riAfc-rmigen Gesamt-Verdichtungsraum 3 und die als Scgieber ausgebildeten, beweglichen Verdichtungsraum-Seitenwände.
Die Schieber 4 sind an einem inneren Mantel 6 und an einem äußeren Mantel 5 in Nuten 7 geführt und unterteilen den ringförmigen Gesamt-Verdichtungsraum 3 in eine Mehrzahl ( im dargestellten Beispiel fünf) von Einzel-Verdichtungsräumen.
Die Abdichtung der Einzel-Verdichtunnzsraume gegeneinander mittels der Schieber 4 wird dadurch erreicht, daß die Schieber 4 zum einen in seitlichen Nuten 7 des inneren Mantels:6 und des äußeren Mantel 5 laufen und zum anderen als Dichtleisten auf der Stirnfläche 2 des Ringkolbens 1 gleiten.
Außerdem ist der Ringkolben 1 an seiner äußeren Umfassungsfläche und seiner inneren Umfassungsfläche mit ringförmigen Dichtungselementen 8 versehen die an der Innenfläche des äußeren Mantels 5 bzw. der äußeren Umfassungsfläche des inneren Mantels 6 abgedichtet gleiten.
Der Ringkolben 1 wird au seiner Rückseite in Axial-und Radiallagern geführt.
Die Bewegung. der Schieber 4 auf dem Ringkolben 1 erfolgt dadurch, daß jeder Schieber 4 an seiner dem Ringkolben G zugewandten Ecke eine Steuernase 14 trägt, die eine an der äußeren Umfassungsfläche des Ringkolbens 1 angebrachte Steuernut 12 eingreift. Hiedurch wird auch die an den Schiebern vorgesehene Dichtleiste 24 gehalten.
Der alle Verdichtungsräume 3 Überspannende Verdichtungsraumkopf 13 ist (in dem dargestellten Beispiel) Buftführungseinrichtungen versehen die einen kurzen Ansugweg über den Aufsatz 17, den eingesetzten Filter 18, ermöglicht.
Der Verdichtungsraum-Kop-f 13 ist mit einem ringförmigen Raum umgeben, in dem sich das aus den Auslaßventilen 15 austretende Medium sammelt und zum Betriebsanschluß 24 geführt wIrd.
Die axial durch den inneren Mantel 6 geführte, direkt vom Kolben 1 angetriebene Liifterwelle 25, kann dazu benutzt werden z.B. einen Verdichter anzutreiben um den Füllungsgrad zu erhöhen, und/oder einen Kühlluft-Lüfter anzutreiben.
Verdichter ( Kompressor ) Liste der Bezugszeichen 1 - Ringkolben 2 - Stirnflächen 3 - Verdichtungsraum 4 - Schieber G - außerer Mantel 6 - innerer Mantel 7 - ilut 8 - Dichtungsringe 9 - Axiallager 10 - Radiallager 11 - Antriebswelle 12 - Steuernut für Schieber 13 - Verdichtungsraum-Kopf 14 - Steuereinrichtung am Schieber 15 - Auslaßventil 16 - Einlaßventil 17 - Aufsatz 18 - Filter 19 - Grundplatte des Aufsatzes 20 - Lufteintrittsöffnung 21 - Kreisrlngförmizer Raum als Sammler 22 - Kühlrippen 23 - Dichtleisten 2/l - Betriebsanschluß 25 - Lüfterwelle

Claims

Verdichter (Kompressor) Patentansprüche 1.) Verdichter mit mindestens zwei Verdichtungsräumen, deren Volumen mittels eines Kolbens zyklisch verkleinert und vergrößert wird und mit den Einrichtungen für die Zu- und Abführung. des Mediums ausgeriistet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) kreisringförmig mit in Umfangsrichtung des Kreisringes entsprechend der gewünschten Vergrößerung und Verkleinerung des Verdichtungsraum-Volumen vertiefter und erhöhter Stirnfläche (2) ausgebildet und um die Mittelachse des Kreisringes drehbar, aber axial festgehalten gelagert ist, während beider Verdichtungsraum (3) seitlich der Mittelachse einseitig vor einem eil des kreisringförmigen Kobenstirn -fläche (2) angeordnet ist und die kreisringförmige Kolbenstirnfläche (2) überspannende, gegenüber dies ser abgedichtet, in Axialrichtung des Kobens () beweglic:rrn Seitenwände (4) aufweist.

2.) Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als ei Verdichtungsräume (3), beispielsweise fünf Verdichtungsräume, in Umfangsrichtung der kreisringförmigen Kobenstijnflbche (2) hintereinander angeordnet sind.

3.) Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Kreisring der Kobenstirnfläche mit Verdichtungarämen (3) besetzt ist und zwischen äeweils zwei benachbarten Verdichtungsräume ein axial verschiebbar gelagerter Schieber (4) angebracht ist, der die sich entsprechenden Seitenwände dieser benachbarten Verdichtungsreume bildet.

4.) Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Verdichtungsraumkopf, eine für alle Verdichtungsräume gemeinsame und den kreisringförmigen Kolben umgebende zylindrische Umfassungswand (5) und eine im Inneren des Kreisringes des Kolbens (1) angeordnete für alle Verdichtungsräume (3) gemeinsame, innere Umfassungswand (6) vorgesehen sind.

5.) Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, saß die Schieber (4) sich von der inneren Umfassungswand (6) zur äußeren Umfassungswand (5) erstrecken und an beiden Umfassngswaßnden abgedichtet axial verschiebbar geführt sind.

6.) Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (4) in axialen Nuten (7) der inneren Umfassungswand (6) und in axialen Nuten (7)der äußeren Umfassungswand (5) geführt sind.

7.) Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisringförmige Kolben(1) an seiner äußeren Umfassungsfläche und seiner inneren Uinfassungsfläche nach der entlang des Kolbenstirnflëchenrandes ringförmige Dichtungselemente (8) trägt.

8,.) Verdichter nach einem der Anspruche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Solbenstirntl?che (2) an allen Stellen in der Erstreckungsrichtung der Verdichtungsraum-Seitenwnde (Schieber 4), vorzugsweise in im wesentlichen radialer Richtung ihres Kreisringes, mit gleichem, vorzugsweise gradlinigem, Profil ausgebildet ist.

9.) Verdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstirnfläche an allen Stellen in der Erstreckungsrichtung der Verdichtungsrau-Seitenwände (Schieber 4) trit einem ringförmigen Ventilansatz des Kolbens entsprechendem Profil ausgebildet ist.

10.) Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisringförmige Kolben (1) an seiner Rückseite auf ringförmigen Axiallagern (9) abgestützt ist.

11.) Verdichter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisringförmige Kolben (1) an seiner Rückseite zur! Antrieb mit einem freien allen ende (11 ) versehen ist.

12.) Verdichter nach Anspruch 1 is 10, dadurch gekernzeichnet, daß kreisringförmige Kolben (1)an seiner Rückseite zur Aufnahme einer Antriebswelle versehen ist.

13.) Verdichter nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in seiner äußeren und/oder inneren Umfangsfläche eine der Form der Kolbenstirnfläche (2) folgende Steuernut (12) aufweist, in die an den Schiebern (4) angebrachte Steuereinrichtung (13) eingreift.

14.) Verdichter nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere und innere Umfassungswand (5, C) mit rsiihleinrichtungen versehen sind.

15.) Verdichter nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die für alle Verdichtungsräme (3) gemeinsame äußere zylindrische Umfassungswand (5) mit Kühleinrichtungen versehen ist.

16.) Verdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere und innere Umfassungswand (5, 6) als doppelwandiger Mantel zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit ausgebildet ist.

17.) Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisringförmige Kolben (1) als gegenläufig doppelt wirkender Kolben ausgeführt und in zwei axial gegenüberliegende Verdichtungsräume (3) bzw. Gruppen von Verbrennungsräumen (3) rotiert.

18.) Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangssteuerung der beweglichen Verdichtungsraum-Seitenwände,beispielsweise Schieber (4) durch ein pendelndes Element im Verdichterkopf erfolgt 19.)Verdichter nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der alle Verdichtungsräume überaeckende kreisringförmige Verdichtungsraum-RopS (13) mit den zur Zuführung des Mediums, und zur Abführung des verdichteten Mediums notwendigen Ventilen (15, 16)@estückt ist.

20.) Verdichter nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichtungsraum-Kopf (13) abdeckende Aufsatz (i7 ) mit dem integrierten Filter (1LC ) in seiner kreisringförmigen Grundplatte (.19 ) init öffnungen (15) zur Zuführung des Itiediums ausgerüstet ist.

21.) Verdichter nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (15) mit einem den Außenmantel (5) umfassenden kreisringförmigen Raum (21) zur Ableitung des verdichteten Mediums hin zum Betriebsanschluß (23), verbunden ist.

22.) Verdichter nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei paariger unordnung der Verdichterräume (3), und unterschiedlicher Aufteilung der gegenüberiegenden, unterschiedlich großen, über der Kolbenstirnfläche (2) angeordneten Verdichtungsräume <73 und deren sinnfällige Verbindung als Zwei-Stufen-Verdichter eingesetzt werden kann.

23 Verdichter nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennze chnet, daß eine axiale Antriebswelle 25 als Antrieb eines wahlweise angesetzten Zusatzaggregats, beispielsweise eines Verdichters, oder/und eines Kühlliifters dient.