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Antrieb für Pumpen oder Kompressoren, insbesondere Kältekompressoren
Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für Pumpen oder Kompressoren, insbesondere
Kältekompressoren, die aus einem Behälter mit beweglichen Wandungen bestehen, dessen
Volumen durch eine von einer äußeren hin und her gehenden Antriebsvorrichtung bewegten
Flüssigkeit abwechselnd vergrößert und verkleinert wird. Bei einer bekannten Einrichtung
dieser Art ist der aus zwei beweglichen Membranen hergestellte Behälter mit der
Innenwand eines die Steuerflüssigkeit aufnehmenden Gefäßes elastisch verbunden.
Von der Antriebsvorrichtung wird hierbei die Steuerflüssigkeit auf .die obere Seite
des Membrankompressors gedrückt, und um den Druck nicht zu hoch ansteigen zu lassen,
ist ein Rückschlagventil vorgesehen, das bei Überschreiten eines bestimmten Druckes
einen Teil der Steuerflüssigkeit wieder in ein Aufnahmegefäß zurücktreten läßt.
Die Saug- und Druckleitung ist als Rohrspirale ausgebildet, so daß sie eine federnde
Bewegung des gesamten Behälters beim Betrieb ermöglicht. Da bei dieser bekannten
Einrichtung die Steuerflüssigkeit nicht auf alle Teile der Membran gleichmäßig zugedrückt
wird, besteht hier trotz der federnden Aufhängung der Membran die Gefahr, daß durch
Wirbelbildungen in dem die Membran enthaltenden Gefäß Schwierigkeiten während des
Betriebes auftreten.
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Zweck der Erfindung ist es, einen indirekten Flüssigkeitsantrieb für
bewegliche Behälter zu schaffen, bei dem die bei der Bewegung auftretenden Wirbel
und Strömungsverluste weitgehend vermieden werden und wobei es ferner möglich ist,
diejenigen Teile des Kompressors, an welchen die Saug- und Druckleitung angeschlossen
ist, starr mit dem zur Aufnahme der Steuerflüssigkeit dienenden Gefäß zu verbinden.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung verwendet, mit deren Hilfe
'ein
Teil der den zusammendrückbaren Behälter umgebenden Flüssigkeit bei jedem durch
den Hingang der Antriebsvorrichtung erfolgenden Zusammendrücken des Behälters in
einer Richtung ausweicht; in der sich die beweglichen Wandungen beim Zusammendrücken
bewegen, und bei jedem durch den Rückgang der Antriebsvorrichtung erfolgten Ausdehnen
des Behälters in entgegengesetzter Richtung wieder zurückströmt. Bei Pumpen oder
Kompressoren mit einem nur zwei einander gegenüberliegende bewegliche Wandungen
besitzenden Behälter wird der Antrieb gemäß der weiteren Erfindung so ausgebildet,
daß beim Hingang der Antriebsvorrichtung eine bestimmte Menge der den Behälter umgebenden
Flüssigkeit auf die eine bewegliche Wand des Behälters zugedrückt und gleichzeitig
eine bestimmte kleinere Flüssigkeitsmenge von der gegenüberliegenden Behälterwandung
abgesaugt wird. Beim Rückgang der Antriebsvorrichtung wird dann von der zuerst genannten
Behälterwandung die entsprechende Flüssigkeitsmenge wieder abgesaugt und auf die
andere Behälterwandung die zugehörigekleinere Flüssigkeitsmenge wieder zugedrückt.
Bei Anwendung der Erfindung kommt man zu einer sehr gleichmäßigen Belastung aller
Teile der Membran und erhält eine so geregelte Strömung der Steuerflüssigkeit, daß
Wirbel und Ströinungsv erluste leicht vermieden werden. Man wird für den Antrieb
gemäß der Erfindung vorzugsweise einen Differentialkolben verwenden, der so bemessen
ist, daß bei seiner Hubbewegung die Differenz des auf die eine Behälterwandung zugedrückten
Flüssigkeitsvolumens und des von der gegenüberliegenden Behälterwandung abgesaugten
Flüssigkeitsvolumens dem von den Behälterwandungen umschlossenen maximalen Flüssigkeitsvolumen
entspricht. Auf diese Weise wird beim Betrieb des Behälters auf der einen Seite
gerade immer so viel Flüssigkeit weggesaugt bzw. auf die andere Seite zugedrückt,
daß die durch die Konstruktion des beweglichen Behälters bedingte Beweglichkeit
zwangsläufig ausgenutzt wird. Den Zylinder, in welchem der Steuerkolben arbeitet,
kann man beispielsweise durch Flüssigkeitsleitungen auf der einen Seite mit dem
der einen Behälterwandung benachbarten Raum und auf der anderen Seite mit dem der
gegenüberliegenden Behälterwandung benachbarten Raum verbinden. Um eine gleichmäßige
Verteilung der Saug- und Druckwirkung der Steuerflüssigkeit für den beweglichen
Behälter zu erzielen, empfiehlt es sich, diesen Behälter zwischen zwei entsprechend
mit Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen versehenen Druckverteilungsplatten anzuordnen.
Der Antrieb gemäß der Erfindung wird vorteilhaft so ausgestaltet, daß das mit der
Steuerflüssigkeit gefüllte, den beweglichen Behälter und den Steuerkolben enthaltende
:System in sich geschlossen ist und daß es durch ein Überdruck- und ein Unterdruckventil
mit einem Flüssigkeitsvorrat in Verbindung steht. Durch entsprechende Einstellung
der Ansprechgrenze dieser beiden Ventile kann man .dann leicht erreichen, daß das
Flüssigkeitsvolumen in dem geschlossenen Steuersystem praktisch konstant bleibt,
ohne daß hierfür zusätzliche Hilfspumpen o. dgl. erforderlich wären.
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In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
Fig. i zeigt einen Ouerschnitt durch einen hydraulischen Antrieb für einen beweglichen
Behälter gemäß der Erfindung. Der bewegliche Behälter ist mit i bezeichnet. Er besteht
im Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus zwei einander gegenüberliegende Behälterwandungen
2, 3. Diese beiden Wandungen sind an den Rändern fest miteinander verbunden, so
daß ein nach außen hin geschlossener Behälter entsteht. Die untere Wand 2 dieses
Behälters besitzt eine Nabe 4, durch welche der Behälter mit dem feststehenden Halter
5 verbunden ist. Im vorliegenden Falle ist beispielsweise an einen Kompressor für
eine Kältemaschine gedacht. Mit 6 ist die Saugleitung, mit 7 die Druckleitung bezeichnet.
8 und 9 sind die diesen Leitungen zugeordneten Ventile. Die Membran ist in der aufs
der Figur ersichtlichen Weise in den Flüssigkeitsbehälter io eingetraut. An diesen
Behälter schließt sich oben der Zylinder i i des Antriebskolbens 12 an. Der untere
Teil des Behälters io ist über eine Leitung 13 direkt mit dem oberen Teil des Zylinders
ii verbunden. 14. und 15 sind zwei Druckverteilungsplatten, in denen Öffungen 16
für den Durchtritt der Steuerflüssigkeit vorgesehen sind. Mit 17 ist ein Vorratsbehälter
für die Druckflüssigkeit bezeichnet. Die Kolbenstange 18 ist in der aus der Figur
ersichtlichen Weise in einer in der oberen Wandung des Behälters befindlichen Stopfbüchse
i9, und einer mit in den Zylinder i i eingeschlossenen Stopfbüchse 20 geführt.
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Das ganze, aus dem Behälter 17, dem Zylinder i i und der Leitung 13
bestehende System wird mit einer Steuerflüssigkeit gefüllt.
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Die Bemessung der Steuereinrichtung ist so gewählt, daß bei der Bewegung
des Kolbens 12 die Differenz des auf die obere Behälterwandung 3 zugedrückten Flüssigkeitsvolumens
und des von der gegenüberliegenden unteren Behälterwandung 2 abgesaugten Flüssigkeitsvolumens
dem aus der Figur ersichtlichen, maximalen Volumen des Behälters
i
entspricht. In Fig. 2 und 3 sind die beiden Endlagen des Behälters i dargestellt.
Fig. 2 zeigt diejenige Endlage, bei welcher dieser sein größtes Volumen umschließt,
Fig.3 diejenige Endlage des Behälters, bei welcher dieser sein kleinstes Volumen
umschließt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der schädliche
Raum des beweglichen Behälters i praktisch gleich Null ist. Unter der Voraussetzung,
daß es sich im vorliegenden Falle beispielsweise um einen beweglichen Behälter mit
einer kreisringförmigen Grundplatte handelt, verschwindet beim Übergang des Behälters
aus dem geöffneten Zustand (Fig.2) in den geschlossenen Zustand (Fig.3) oberhalb
des Behälters ein Raum, der durch die in Fig. d. dargestellte Ouerschnittfläche
F1 gegeben ist, während unterhalb ein ringförmiger Raum verdrängt wird, der durch
die aus der Fig. 5 ersichtliche Querschnittfläche F2 dargestellt ist. Die Bemessung
des aus dem Kolben 12 und der Kolbenstange 18 gebildeten Differentialkolbens erfolgt
so, daß 'bei einer vollen Hubbewegung durch den Kolben 12 von oben her das durch
F1 gegebene Flüssigkeitsvolumen zugeführt und von unten das durch F2 gegebene Flüssigkeitsvolumen
abgesaugt wird. Dasselbe gilt auch umgekehrt für den Öffnungsvorgang des beweglichen
Behälters. Für die Bemessung der Durchmesser dl und d. der Kolbenstange io bzw.
des Kolbens 12 ergibt sich, wie man leicht nachrechnen kann, unter Zugrundelegung
einer kreisrunden Grundfläche für den beweglichen Behälter folgende Formel
wobei va, L und h die aus der Fig. #_, ersichtlichen Größen sind.
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Das aus dem Behälter i o, dem Zylinder i i und der Leitung 13 bestehende
Flüssigkeitssvstem ist nach außen hin abgeschlossen; es steht mit einem Vorratsbehälter
17 über ein UTl)erdruCI-Veritll 21 und ein Unterdruckventil 22 in Verbindung. Diese
beiden Ventile sind so eingestellt, daß das Volumen der im Flüssigkeitssystern To,
11, 13 befindlichen Flüssigkeit praktisch konstant bleibt. Zum Antrieb des Kolbens
kann beispielsweise ein in der Figur nicht dargestellter Kurbeltrieb dienen.