DE863700C

DE863700C - Freikolbenkompressor

Info

Publication number: DE863700C
Application number: DEK2416A
Authority: DE
Original assignee: WILEHLM KNOLLE DR ING
Current assignee: WILEHLM KNOLLE DR ING
Priority date: 1950-04-06
Filing date: 1950-04-06
Publication date: 1953-01-19

Description

Freikolbenkompressor Es sind Freikolbenkompressoren bekannt, bei denen zwei Kolben angeordnet sind, die bei ihrem einen Hub angesaugte Luft od. dgl. verdichten und bei ihrem anderen Hub die zu verdichtende Luft ansaugen. Die Bewegung der Kolben kann durch mechanische oder pneumatische Mittel erfolgen.
Die Erfindung betrifft Freikolbenkompressoren mit pneumatischem Antrieb und besteht in der Anordnung von Schiebern zum Steuern der pneumatischen Antriebsmittel; dadurch wird vermieden, daß aus .dem Kompressor Steuerteile herausragen müssen, mit deren Hilfe die sonst üblichen Ventile gesteuert werden.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Fig. i zeigt die Ausbildung des Kompressors, in dessen Zylinder i zwei Kolben 2, 3 in zueinander entgegengesetzten Richtungen laufen, so daß ständig ein: Massenausgleich erzielt wird. Bei ihrer gegenseitigen Annäherung in Richtung der Pfeile A und B komprimieren die beiden Kolben: die durch die Ansaugleitung q. angesaugte Frischluft und schieben diese durch eine Ausschubleitung 5 aus.
Fig. z zeigt eine besondere Ausführungsform der Steuerung eines der Kompressionskolben 2, 3. Durch den: Kompressionszylinder i reicht eine Führungsstange 6 'hindurch, welche die eigentliche Abschlußwand 7 des Zylinders i durchtritt. Auf dieser Führungsstange 6 ist der Kolben 2 gelagert, der eine Führungshülse 8 besitzt, so daß der eigentliche Kolben 2 nur gerade so stark ausgeführt zu sein braucht, wie es aus Festigkeitsgründen erforderlich ist. Die Zuleitung g für das Treibgas mündet in eine Bohrung io ein, welche die Führungsstange 6 durchtritt und radial aus ihr mündet. In der Führungshülse 8 ist ein Schlitz ii angeordnet, der in,der gleichen Rahialebene liegt wie die Ausmündung der Zuleitung io, so daß, solange dieser Schlitz i i und. die Ausmündung .der Bohrung io in Deckung stehen, .die Gase in den links vom Kolben :2 liegenden Zylinderraum eintreten und den Kolben 2 in Richtung des Pfeiles A vorwärts schieben. Die gleiche Anordnung ist bei den Gegenkolben 3 getroffen, so daß die Kolben bei ihrer gegenseitigen Annäherung die zuvor angesaugte Luft komprimieren.
Der Ausschub der komprimierten Gase bzw. der verdichteten Frischluft, die zuvor beim Auseinanderstreben der Kolben angesaugt war, erfolgt in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise. Beiderseits .der mittleren Querebene des Zylinders i sindSchlitze 12 angeordnet, durch welche die komprimierte Luft nach Überwindung der Spannung einer Belastungsfeder 13 des Auslaßventils 14 durch die Leitung 15 in Richtung des Pfeiles C- entweicht: Sobald die Kolben 2, 3 die Schlitze 12 überdecken, ist 'der weitere Ausschub von komprimierter Luft versperrt. Die Kolben nähern sich dann infolge ihrer kinetischen Energie einander noch so weit, bis der Rest der angesaugten Frischluft zwischen den einander gegenüberliegendenArbeitsflächen, der Kolben so hoch verdichtet ist, daß die kinetische Energie der Kolben 2, 3 dadurch verzehrt und in .dem überkomprimierten Restgas so viel Energie gespeichert ist, daß dadurch die Kolben wieder nach den Enden: des Zylinders hin zurückgeworfen werden. Die Menge des Restgases zwischen den Kolben 2 und 3 ist dabei so gering, daß beim Rückgang der Kolben in dem Zylinder i ein Unterdruck entsteht, so daß während des größten Teils des Kolbenrückganges das in der Ansaugleitung 16 angeordnete Ventil 17 sich öffnet und Frischluft in Richtung des Pfeiles D in den Zylinder i eingesaugt wird.
Beim Rückgang der Kolben aus der in Fig. 3 gezeichneten Stellung wird ein Auslaßventil 18 (vgl. Fig. 4) geöffnet, so daß die Antriebsgase für den Kompressionszylinder durch die Leitung ig auspuffen können. Die Steuerung des Ventils 18 kann von der Hülse8 des Kolbens2 so abgeleitetwerden, daß das Auspuffventil i8 sich (vgl. das Diagramm der Fig. 5) während des Teilhubes a öffnet, während des -anschließenden Teilhubes b offen bleibt, während des Teilhubes c sich schließt und während des Teilhubes d geschlossen bleibt; der gesamte Kopienhub beträgt das Maß h. Sobald das Ventil 18 geschlossen ist, wird bereits die Verbindung zwischen der Bohrung io in der Führungsstange 6 und dem Schlitz ii in der Führungshülse 8 hergestellt, so daß auf dem letzten Teil des Rückweges des Kolbens bereits Antriebsgase hinter den Kolben treten, die diesen pneumatisch abpuffern.
Die Führungshülse 8 der Kolben kann in Schutzgehäuse 2o eintauchen, ,die an jedem Stirnende des Zylinders angeordnet sind. Selbst wenn. an der Durchführungsstelle der Hülse 8 durch die Stirnwände des Zylinders i trotz dort angebrachter Dichtungen Gas aus dem Zylinder i entweicht, kann es wegen der festen Anbringung der Schutzgehäuse 2o nur durch die Auspuffleitungen 1g entweichen und stellt vor seinem Entweichen einen teilweisen Druckausgleich zwischen dem- Innern des Zylinders i und der Schutzhülse 2o dar, wodurch die Gase wegen des geringeren Druckgefälles weniger Neigung zum Austritt aus dem Zylinder i besitzen, so daß kleine Undichtigkeiten zwischen der Führungshülse 8 und der Durchtrittsstelle durch die Zylinderstirnwandungen keinen nennenswertere Einfluß ausüben. Fig. 4 stellt einen Schnitt dar, der in einer anderen Ebene liegt als der Schnitt nach Fig. 2, z. B. um go° zu der Schnittebene der Fig.2 versetzt.
Fig.6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform der Steuerung des Auslasses der Gase aus dem zwischen den Kolben und den Stirnwänden des Zylinders i gebildeten Raum. Die Teile 6, 8, io, ir und 20 entsprechen den an Hand der Fig. 2 und 4 erläuterten Teilen.
Zusätzlich ist in :der Führungsstange 6 eine weitere Bohrung 21 angeordnet, die eine Radialbohrung 22 an beliebiger Stelle der Führungsstange 6 im Bereich des Schutzgehäuses 2o besitzt. In der Führungshülse 8 ist ein Längsschlitz 23 angeordnet, der sich über den aus Fig. 7 ersichtlichen Teil e des Gesamtkolbenhubes f erstreckt.
An der Führungshülse 8 ist ein Steuerzapfen 24 befestigt, der sich in -den Nuten 25 bzw. 26 einer im Schutzgehäuse 2o angeordneten Führungsplatte 27 bewegt. -Beim Kompressionsbub des Kolbens 2 läuft der Zapfen 24 in Richtung des Pfeiles E in der Nut 25, bis er an eine Übergangsnut 28 gelangt, die um das Maß g vor dem Ende des gesamten Kompressionshubes fbeginnt. Durch. diese schräge Übergangsnut und den Steuerzapfen 24 wird die Führungshülse 8 so verschwenkt, daß der Auslaßschlitz 23 in ihr vor die Auslaßbohrung 22 der Führungsstange 6 tritt, sobald der Steuerzapfen 24 vollkommen in die Führungsnut 26 übergetreten: ist. Dadurch können die Gase, die zuvor den Kolben zum Zweck der Kompression vorgetrieben haben, in die Bohrung 2i der Führungsstange 6 eintreten und aus dieser in die Gehäuse 2o bzw. die Leitungen ig auspuffen. In dieser Stellung wird die Führungshülse während des größten Teils des Kolbenrückganges, d. h. über die Strecke i hin, gehalten, so daß die expandierten Arbeitsgase ungehindert austreten können, während durch die Leitung 16 (vgl. Fig. 3) Frischluft angesaugt wird. Nach Zurücklegung des rückwärtigen Kolbenlaufes in Richtung des Pfeiles F wird der Steuerzapfen 24 durch eine Übergangsnut 3owieder in die Nut 25 zurückgeleitet, so daß sich der Auslaßweg für die expandierten Treibgase nach Zurücklegung des Hubteilwea s h geschlossen hat. Dadurch kommt die von der Zuleitung io abgehende, zum Zutritt der Antriebsgase für den nächsten Kolbenhub dienende Radialböhrung wieder in Flucht mit dem Auslaßschlitz i i in der Führungshülse 8, so daß auf dem letzten Teil m .des rückläufigen Kolbenhubes die zur Abfederung des Kolbens dienenden und diesen beim nächsten Arbeitsgang wieder vortreibenden frischen Arbeitsgase hinter den Kolben 2 gelangen können. Die. Platte 27 kann konzentrisch zu der Führungshülse 8 gewölbt sein, so daß der Steuerzapfen 24 als Zylinderzapfen, gegebenenfalls unter Anbringung einer Führungsrolle, ausgebildet werden kann.
Durch die Ausgestaltung der Ein- und Auslaßöffnungen nach Maßgabe der Fig. 2, 3, .4, 6 und 7 wird vermieden, daß irgendwelche bewegten Steuerteile für Ventile aus dem Zylinder bzw. den fest damit verbundenen Schutzgehäusen2o heraustreten, und bei den Ausführungsformen nach Fig.2 sowie 6 und 7 werden außerdem für Zu- und Ableitung der Arbeitsgase Ventile entbehrlich; statt dessen können Schieber verwendet werden, die in der Herstellung einfach und gegen Betriebsstörungen unempfindlich sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Freikolbentkompressor mit pneumatischem Antrieb der Kompressionskolben, dadurch gekennzeichnet, @daß die Kompressionskolben (2,3) gegenläufig sind und auf einer fest angeordneten Führungsstange (6) gleitbar gelagert sind, die sich in der Längsachse des Zylinders erstreckt.
2. Freikolbenkompressor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kolben (2,3) Führungshülsen (8) angeordnet sind, die so lang ausgebildet sind, daß ihr der Kompressionsfläche der Kolben abgewandtes Ende auch bei größter Annäherung der Kolben aneinander die Stirnwände (7) des Zylinders (i) nicht nach innen überschleift.
3. Freikolbenkompressor nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (g) für die Gase zum Antrieb der Kompressionskolben (2, 3) in eine Bohrung (io) der fest angeordneten. Führungsstange (6) einmündet und ein Schlitz (ii) in der Führungshülse (8) der Kolben (2, 3) in der Nähe der äußeren Totpunktlage der Kolben mit dem Ausmündungsende der Zuführungsbohrung (io) zur Deckung kommt. a. Freikolbenkompressor nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Ende der Führungshülse (8), welches stets außerhalb des eigentlichen Kompressionszylinders (i) verbleibt, ein Auslaßventil (18) zum Austritt der Antriebsgase des Kompressors nach deren Arbeitsleistung gesteuert wird. 5. Freikolbenkompressor nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der fest angeordneten Führungsstange (6) eine zweite Bohrung (21) mit radialer Ausmündung (22) angeordnet ist, die durch Verdrehung der Führungshülse (8) mit einem Auslaßschlitz (23) in der Führungshülse zur Deckung kommt. 6. Freikolbenkompressor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Steuerzapfens (24), welcher in der schleifenartig gestalteten Nut (25, 28, 26, 3o) einer außerhalb der Führungshülse (8) angeordneten Führungsplatte (27) gleitet und der bei seinem Übergang von. der einen Führungsnut (25) zur anderen Führungsnut (26) und umgekehrt eine Verdrehung der Führungshülse (8) um ihre Längsachse herbeiführt, so daß wechselweise die Verbindung zwischen den Längsbohrungen (io bzw. 21) in der Führungsstange (6) mit den zugehörigen Aus- und Eintrittsschlitzen (ii bzw. 23) der Führungshülse (8) hergestellt bzw. unterbrochen wird. 7. Freikolbenkompressor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsplatte (27) konzentrisch zu der Führungshülse (8) gewölbt ausgebildet ist. B. Freikolbenkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzapfen (24) mit einer gegen die Nutwandungen anliegenden Führungsrolle ausgerüstet ist. g. Freikolbenkompressor nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Außenflächen der Stirnwände (7) des Kompressionszylinders (i) Schutzgehäuse (2o) fest angeordnet sind, die zur Lagerung der Führungsstange (6) dienen. io. Freikolbenkompressor nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß .die Antriebsgase der Kompressionskolben nach ihrer Expansion in die Schutzgehäuse (2o) übertreten und durch an diese anschließende Auspuffleitungen (i9) ins Freie treten., i i. Freikolbenkompressor nach einem der Ansprüche i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der mittleren O_uerebene des Kompressionszylinders (i) Auslaßschlitze (12) für die komprimierten Gase angeordnet sind, die während des letzten Teils des Kompressionshubes der Kolben (2, 3) von diesen überdeckt sind. 12. Freikolbenkompressor nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßschlitze (12) für die komprimierten Gase in einen Raum einmünden, aus dem sie erst nach Erreichung des gewünschten Kompressionsdruckes in diejenige Leitung (15) eintreten, welche die verdichtetenGase zu ihrerVerwendungsstelle leitet. 13. Freikolbenkompressor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum, in den die Auslaßschlitze (12) für die komprimierten Gase einmünden, mittels eines durch eine Feder (i3) belasteten Ventils (14) von derLeitung (i5) absperrbar ist, wobei die Feder (13) auf den gewünschten Kompressionsdruck einstellbar ist.