WO2019048647A1 - Verdichter mit einem metall-membranbalg und betriebsverfahren für einen solchen verdichter - Google Patents

Verdichter mit einem metall-membranbalg und betriebsverfahren für einen solchen verdichter Download PDF

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diaphragm bellows
pressure
gas
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PCT/EP2018/074216
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Stephan HILLEBRAND
Nils LISCHEID-BRACHT
Patrick ZEISBERG
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Sera Gmbh
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    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members

Definitions

  • the invention relates to a compressor with a metal diaphragm bellows for compression and / or for conveying gases.
  • the invention further relates to an operating method for such a compressor.
  • Metal diaphragm bellows compressors or conveyors are used in particular in such applications in which expensive and / or umweit- or health hazardous gases are promoted or compressed.
  • the term "compressing” will be used not only for a process with a large pressure change, but also for the process of conveying (also called pumping) in which gas quantities are moved without a large change in pressure
  • Compressors with a metal diaphragm bellows provide high gas tightness to the environment, and the use of a metal diaphragm bellows made of a suitable metal also allows reactive gases to attack non-metallic diaphragm bellows. to be able to process.
  • such compressors may be provided with a hermetically sealed housing.
  • a disadvantage of such compressors with metal diaphragm bellows is that only a relatively small pressure difference between the gas pressure and the ambient air pressure is permissible. At elevated gas pressures, for example greater than about 8 bar overpressure, the metal diaphragm bellows may deform, which reduces the number of possible cycles of motion and hence the life.
  • the achievable pressure range can be increased, which, however, is associated with an increased manufacturing outlay of the metal diaphragm bellows and thus with increased costs.
  • the force required for compression of the diaphragm bellows increases, as a result of which the energy efficiency of the compressor decreases. It is an object of the present invention to provide a compressor of the type mentioned, which can also be operated in an increased pressure range of the gas to be compressed or to be conveyed without reducing the life of the metal diaphragm bellows. It is another object to provide a method of operation that achieves these benefits.
  • An inventive compressor of the type mentioned has a housing in which a drive and the metal diaphragm bellows, and a drive element and the metal diaphragm bellows connecting coupling element are arranged, wherein an inner volume of the housing is hermetically sealed against an environment of the compressor.
  • the compressor is characterized in that the internal volume of the housing can be acted upon by the gas to be compressed and / or to be conveyed or another medium with an internal pressure.
  • a filling connection in particular a filling valve, can be arranged on the housing in order to pressurize the internal volume with an internal pressure.
  • the internal volume is subjected to an internal pressure by the gas to be compressed and / or to be conveyed or another medium, which is possible by the hermetic sealing of the housing using, for example, the filling connection.
  • the internal pressure is set greater than an ambient pressure.
  • the internal pressure is set equal to or similar to an input pressure that a gas to be compressed has at an intake valve.
  • the gas to be compressed can be supplied to the inlet valve and parallel to the filling connection.
  • connection between the inlet valve and the housing can be made via external lines, but it can also be an internal connection (also called bypass) from the housing to the inlet valve.
  • the gas to be compressed needs to be supplied externally to only one port, ie, for example, either to the filling port, eg the filling valve, or to the inlet valve.
  • the drive is formed by a crankshaft.
  • the filling port can then be arranged in a crankcase, which is a part of said housing, which can be acted upon in this way with positive or negative pressure.
  • the coupling element between the drive and the metal diaphragm bellows is a plunger.
  • metal seals are used in the compressor through which a particularly high density is given with small leakage rates, and by the use at high temperatures or with high temperature gases is possible.
  • Figure 1 is a schematic isometric view of a compressor with coupled drive motor.
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of the compressor and the
  • 3a-d are an illustration of a compressor and a drive motor in various configurations of a gas supply.
  • FIG. 1 shows in an isometric view an embodiment of a compressor arrangement according to the application.
  • the arrangement comprises a compressor 1, which is coupled via a coupling 2 to a drive motor 3.
  • the compressor 1 has a crankcase 1 1, to which upwards (in the illustration of FIG. 1) a membrane housing 12 connects, which with upwards a lid 1 3 is closed.
  • Crankcase 1 1, diaphragm housing 1 2 and the cover 1 3 form in this example together a housing of the compressor.
  • an inlet valve 1 7 and an outlet valve 1 8 are arranged, via which the gas to be compressed or to be supplied to or removed.
  • a filling port 1 9, for example, a filling valve is disposed on the compressor 1, in the illustrated embodiment, the crankcase 1 1. Details of the construction of the compressor arrangement and the function of the filling connection 1 9 will be explained in more detail below in connection with FIGS. 2 and 3 ad.
  • a diaphragm housing 1 2 is arranged on the crankcase 1 1.
  • Fig. 2 shows the arrangement of Fig. 1 in a sectional view, wherein the section in a (relative to the representation of Fig. 1) vertical central longitudinal plane of the compressor assembly is executed.
  • crankshaft 14 is rotatably mounted in two crankshaft bearings 141.
  • a plunger 1 5 by means of a plunger bearing 1 51 is mounted, the corresponding upon rotation of the crankshaft 14, a combined lifting and
  • the crankshaft 14 thus represents a drive of the compressor.
  • the plunger 15 terminates at its end opposite the crankshaft 14 in a plate-like plunger head 1 52.
  • the upper part of the plunger 15 and in particular the plunger head 15 are already in the cylindrical position. mige diaphragm housing 1 2 arranged.
  • a diaphragm bellows 1 6 is arranged between the cover 1 3, which closes the diaphragm housing 1 2 upwards, and the plunger head 1 52 .
  • the plunger thus serves as a coupling element between the drive (here the crankshaft 14) and the metal diaphragm bellows 1 6.
  • annular metal discs are placed on each other and welded alternately at inner and outer edges circumferentially.
  • the inlet valve 1 7 and the outlet valve 1 8 are also arranged in a middle, reinforced running area. These are for example designed as check valves. They protrude into the interior volume closed off from the membrane bellows 16, which is cyclically changed in its volume as the crankshaft 14 rotates, whereby the gas is compressed or conveyed.
  • the crankshaft 14 is coupled via the clutch 2 to a drive shaft 31 of the drive motor 3.
  • the clutch 2 is formed in the example shown as a magnetic coupling, in which a cup-shaped external rotor 21 is rotatably connected to the drive shaft 31 and an internal rotor 22 rotatably coupled to the crankshaft 14.
  • Outer and inner rotors 21, 22 carry interacting magnets through which a torque is transmitted without contact from the drive shaft 31 to the crankshaft 14.
  • a sealing pot 23 is arranged, which is fastened in a flange on the crankcase 11.
  • a so-called canned motor can also be used.
  • a so-called canned motor results from the crank drive a combined angular-axial movement of the diaphragm bellows 1 6.
  • the housing of the compressor 1 formed from the crankcase 1 1, the diaphragm housing 1 2 and the lid 1 3 is hermetically sealed from the environment. This is achieved by appropriately inserted seals, for example, between the diaphragm housing 1 2 and the lid 1 3, and not least by the use of the (magnetic) coupling 2 with its seal pot 23.
  • seals can conventional O-ring seals made of an elastic material such as Rubber or plastic are used or metal seals.
  • Metal gaskets allow the enclosure to be sealed with such a small leak rate that it is considered to be "technically leak-proof.” The use of metal gaskets also allows operation at higher temperatures.
  • gas is supplied at an inlet pressure p 0 via the inlet valve 17 and discharged in batches through the outlet valve 18 at a pressure p 0 + ⁇ .
  • the compressor 1 thus operates at a certain inlet pressure p 0 , and reached in the pressure stroke, a pressure increase by the value ⁇ .
  • an internal pressure p adjusted in the internal volume of the housing of the compressor 1, which is above the ambient pressure and preferably lies in the range of inlet pressure p 0th This can be achieved for example by a gas supply to the inlet valve 17 is also fed into the filling port 19.
  • the compressor 1 can be used for higher pressures, since the pressure load on the diaphragm bellows 1 6 can be reduced accordingly.
  • a one-time or possibly periodically controlled and repeated pressure filling of the internal volume of the compressor 1 can take place. It is also conceivable to regulate the internal volume permanently to a desired value with the aid of compressed air and a control valve.
  • FIGS. 3a-3d a compressor 1 with clutch 2 and drive motor 3 is shown in the same representation as in FIG. 2, different types of media supply being shown symbolically.
  • the compressor 1 used corresponds to that shown in FIG. 2.
  • the compressor 1 is slightly modified in each case with respect to the embodiment shown in FIG.
  • a gas to be compressed or conveyed is supplied to the inlet valve 1 7 via a gas supply 41.
  • the compressed or extracted gas exits the outlet valve 1 8 and is discharged via a gas discharge 42.
  • another medium in particular another gas, is supplied to the filling port 19 via a further gas feed 43.
  • This other supplied medium is - manually or automatically pressure-controlled - used to pressurize the inner volume of the housing of the compressor 1 with pressure.
  • the gas supply 41 and the gas discharge 42 are in the embodiment of Fig. 3b analogous to that of Fig. 3a to the inlet valve 1 7 and the exhaust valve 1 8 connected.
  • a branch is provided, from which an external connection 44 leads to the filling port 1 9.
  • the internal volume of the housing of the compressor 1 is supplied with the gas to be compressed or conveyed gas 41, whereby the inlet pressure of the gas to be compressed or to be conveyed adjusts itself in the internal volume.
  • Fig. 3c also takes place an admission of the internal volume of the housing of the compressor 1 with the gas to be compressed or to be conveyed.
  • an internal connection 45 is provided in the compressor 1 in this example, by means of which a pressure equalization takes place between the inlet valve 17 and the internal volume of the housing. In this case, can be dispensed with the filling port 1 9, as shown in Fig. 3c.
  • a still existing filling port 1 9 can be closed or formed as a filling valve.
  • a pressurization of the internal volume of the housing of the compressor 1 is also provided by the gas to be compressed or to be conveyed.
  • the gas to be compressed or conveyed is passed through the inner volume, which is why two (filling) Conclusions 19 on the housing, in this case the crankcase 1 1, are arranged, one of which is connected to the gas supply 41 for the gas to be compressed or to be conveyed.
  • the other connection 19 forwards the gas emerging from the internal volume via an external connection 44 to the inlet valve 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (1) mit mindestens einem Verdrängungsraum-bildenden Metall-Membranbalg (16) zur Verdichtung und/oder zum Fördern von Gasen, aufweisend ein Gehäuse, in dem ein Antrieb und der Metall-Membranbalg (16), sowie ein den Antrieb und den Metall-Membranbalg (16) verbindendes Koppelelement angeordnet sind, wobei ein Innenvolumen des Gehäuses hermetisch gegenüber einer Umgebung des Verdichters (1) abgedichtet ist. Der Verdichter (1) zeichnet sich dadurch aus, dass das Innenvolumen des Gehäuses durch das zu verdichtende und/oder zu fördernde Gas oder ein anderes Medium mit einem Innendruck (pi) beaufschlagbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Betriebsverfahren für einen derartigen Verdichter (1).

Description

Verdichter mit einem Metall-Membranbalg und Betriebsverfahren für einen solchen Verdichter
Die Erfindung betrifft einen Verdichter mit einem Metall-Membranbalg zur Verdichtung und/oder zum Fördern von Gasen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Betriebsverfahren für einen derartigen Verdichter.
Metall-Membranbalgverdichter bzw. -förderer werden insbesondere in solchen Anwendungen eingesetzt, bei denen teure und/oder umweit- oder gesundheitsgefährdende Gase gefördert oder verdichtet werden. Nachfolgend wird der Begriff „verdichten" nicht einschränkend sowohl für einen Prozess mit einer gro- ßen Druckänderung verwendet, als auch für den Prozess des Förderns (auch Pumpen genannt), bei dem Gasmengen ohne große Druckänderung bewegt werden. Entsprechend ist unter einem Verdichter auch eine Fördereinrichtung bzw. Pumpe zu verstehen. Verdichter mit einem Metall-Membranbalg bieten eine hohe Dichtigkeit des gasführenden Bereichs gegenüber der Umgebung. Die Verwendung eines Metall- Membranbalgs aus einem geeigneten Metall erlaubt es zudem, auch reaktive Gase, die nicht-metallische Membranbälge angreifen könnten, verarbeiten zu können.
Um eine erhöhte Sicherheit gegen ein Austreten der Gase bei einem Defekt des Metall-Membranbalgs zu bieten, können derartige Verdichter mit einem hermetisch abgedichteten Gehäuse ausgestattet sein. Nachteilig bei derartigen Verdichtern mit Metall-Membranbälgen ist, dass nur eine relativ geringe Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck und dem Umgebungsluftdruck zulässig ist. Bei erhöhten Gasdrücken, beispielsweise von mehr als etwa 8 bar Überdruck, kann sich der Metall-Membranbalg verformen, was die Anzahl möglicher Bewegungszyklen und damit die Lebensdauer verringert.
Durch die Verwendung von doppelwandigen Metall-Membranbälgen kann der erreichbare Druckbereich vergrößert werden, was jedoch mit einem erhöhten Herstellungsaufwand des Metall-Membranbalgs und damit mit erhöhten Kosten einhergeht. Zudem vergrößert sich die zur Stauchung des Membranbalgs er- forderliche Kraft, wodurch die Energieeffizienz des Verdichters sinkt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch in einem erhöhtem Druckbereich des zu verdichtenden oder zu fördernden Gases betrieben werden kann, ohne dass sich die Lebensdauer des Metall-Membranbalgs verringert. Es ist eine weitere Aufgabe, ein Betriebsverfahren zu schaffen, mit dem sich diese Vorteile erzielen lassen.
Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestal- tungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßer Verdichter der eingangs genannten Art weist ein Gehäuse auf, in dem ein Antrieb und der Metall-Membranbalg, sowie ein den Antrieb und den Metall-Membranbalg verbindendes Koppelelement angeordnet sind, wobei ein Innenvolumen des Gehäuses hermetisch gegenüber einer Umgebung des Verdichters abgedichtet ist. Der Verdichter zeichnet sich dadurch aus, dass das Innenvolumen des Gehäuses durch das zu verdichtende und/oder zu fördernde Gas oder ein anderes Medium mit einem Innendruck beaufschlagbar ist. Zu diesem Zweck kann an dem Gehäuse ein Befüllan- schluss, insbesondere ein Befüllventil angeordnet sein, um das Innenvolumen mit einem Innendruck zu beaufschlagen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines solchen Verdichters wird das Innenvolumen durch das zu verdichtende und/oder zu för- dernde Gas oder ein anderes Medium mit einem Innendruck beaufschlagt, was durch die hermetische Abdichtung des Gehäuses unter Nutzung beispielsweise des Befüllanschlusses möglich ist.
Durch den Innendruck kann der Differenzdruck, der auf den Metall- Membranbalg wirkt, verringert werden, was zum einen höhere Ein- bzw. Ausgangsdrücke des Verdichters (verglichen zum Umgebungsdruck) ermöglicht und zum anderen die Lebensdauer des Membranbalgs erhöht. Darüber hinaus wird der Betrieb des Verdichters energieeffizienter. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Innendruck größer als ein Umgebungsdruck eingestellt. Insbesondere wird der Innendruck gleich oder ähnlich einem Eingangsdruck eingestellt, den ein zu verdichtendes Gas an einem Einlassventil aufweist. Zu diesem Zweck kann das zu verdichtende Gas dem Einlassventil und parallel dazu dem Befüllanschluss zugeführt werden. Alternativ ist es auch möglich, das zu verdichtende Gas zunächst durch das Gehäuse und dann dem Einlassventil zu zuführen. Die Verbindung zwischen dem Einlassventil und dem Gehäuse kann über externe Leitungen erfolgen, es kann aber auch eine interne Verbindung (auch Bypass genannt) vom Gehäuse zum Einlassventil vorhanden sein. Das zu verdichtende Gas braucht in dem Fall extern nur einem An- schluss, also z.B. entweder dem Befüllanschluss, z.B. dem Befüllventil, oder dem Einlassventil zugeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verdichters ist der Antrieb durch eine Kurbelwelle gebildet. Der Befüllanschluss kann dann in einem Kurbelgehäuse angeordnet sein, das ein Teil des genannten Gehäuses ist, das auf diese Weise mit Über- oder auch Unterdruck beaufschlagt werden kann. Bevorzugt ist das Koppelelement zwischen dem Antrieb und dem Metall-Membranbalg ein Stößel. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind bei dem Verdichter Metalldichtungen eingesetzt, durch die eine besonders hohe Dichtigkeit mit kleinen Leckraten gegeben ist, und durch die ein Einsatz bei hohen Temperaturen oder mit Gasen hoher Temperatur möglich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische isometrische Ansicht eines Verdichters mit angekoppelten Antriebsmotor;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung des Verdichters und des
Antriebsmotors gemäß Fig. 1 ; und
Fig. 3a-d jeweils eine Darstellung eines Verdichters und eines Antriebsmotors in verschiedenen Konfigurationen einer Gaszufuhr.
In Fig. 1 ist in einer isometrischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer anmeldungsgemäßen Verdichteranordnung wiedergegeben. Die Anordnung umfasst einen Verdichter 1 , der über eine Kupplung 2 mit einem Antriebsmotor 3 gekoppelt ist.
Der Verdichter 1 weist ein Kurbelgehäuse 1 1 auf, an das sich nach oben (in der Darstellung der Fig. 1 ) ein Membrangehäuse 12 anschließt, das nach oben mit einem Deckel 1 3 verschlossen ist. Kurbelgehäuse 1 1 , Membrangehäuse 1 2 und der Deckel 1 3 bilden in diesem Beispiel gemeinsam ein Gehäuse des Verdichters. Im Deckel 1 3 sind ein Einlassventil 1 7 und ein Auslassventil 1 8 angeordnet, über die das zu verdichtende oder zu fördernde Gas zu- bzw. abgeführt wird. Weiter ist am Verdichter 1 ein Befüllanschluss 1 9, z.B. ein Befüllventil, angeordnet, im dargestellten Ausführungsbeispiel am Kurbelgehäuse 1 1 . Details des Aufbaus der Verdichteranordnung sowie die Funktion des Befüllanschlus- ses 1 9 werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 2 und Fig.3 a-d nähert erläutert.
Bei dem dargestellten Beispiel ist auf dem Kurbelgehäuse 1 1 ein Membrangehäuse 1 2 angeordnet. In alternativen Ausgestaltungen ist es auch möglich, mehrere Membrangehäuse mit einem Kurbelgehäuse zu koppeln, so dass ein gemeinsames Gehäuse mehrere Verdrängungseinheiten aufnimmt.
Fig. 2 zeigt die Anordnung von Fig. 1 in einer Schnittdarstellung, wobei der Schnitt in einer (bezogen auf die Darstellung von Fig. 1 ) vertikalen Mittel- Längsebene der Verdichteranordnung ausgeführt ist.
Im Kurbelgehäuse 1 1 des Verdichters 1 ist eine Kurbelwelle 14 in zwei Kurbelwellenlagern 141 drehbar gelagert. Auf einem exzentrischen Abschnitt der Kurbelwelle 14 ist ein Stößel 1 5 mit Hilfe eines Stößellager 1 51 gelagert, der ent- sprechend bei Drehung der Kurbelwelle 14 eine kombinierte Hub- und
Schwenkbewegung ausführt. Die Kurbelwelle 14 stellt somit einen Antrieb des Verdichters dar. Der Stößel 1 5 endet an seinem der Kurbelwelle 14 gegenüber liegenden Ende in einem tellerartigen Stößelkopf 1 52. Der obere Teil des Stößels 1 5 und insbesondere der Stößelkopf 1 52 sind bereits in dem zylinderför- migen Membrangehäuse 1 2 angeordnet.
Zwischen dem Deckel 1 3, der das Membrangehäuse 1 2 nach oben verschließt, und dem Stößelkopf 1 52 ist ein Membranbalg 1 6 angeordnet. Der Stößel dient somit als Koppelelement zwischen dem Antrieb (hier der Kurbelwelle 14) und dem Metall-Membranbalg 1 6. Bei einem Membranbalg werden kreisringförmige Metallscheiben aufeinander gelegt und abwechselnd an Innen- bzw. Außenkanten umlaufend miteinander verschweißt. Im Deckel 1 3 sind zudem in einem mittleren, verstärkt ausgeführten Bereich das Einlassventil 1 7 und das Auslassventil 1 8 angeordnet. Diese sind beispielsweise als Rückschlagventile ausgebildet. Sie ragen bis in das von dem Membranbalg 1 6 nach außen abgeschlossene Innenvolumen, das bei Drehung der Kurbelwelle 14 zyklisch in seinem Volumen verändert wird, wodurch eine Verdichtung bzw. Förderung des Gases erfolgt.
Die Kurbelwelle 14 ist über die Kupplung 2 mit einer Antriebswelle 31 des Antriebsmotors 3 gekoppelt. Die Kupplung 2 ist im dargestellten Beispiel als eine Magnetkupplung ausgebildet, bei der ein topfförmiger Außenläufer 21 drehfest mit der Antriebswelle 31 verbunden ist und ein Innenläufer 22 drehfest mit der Kurbelwelle 14 gekoppelt ist. Außen- und Innenläufer 21 , 22 tragen miteinander wechselwirkende Magnete, durch die ein Drehmoment berührungslos von der Antriebswelle 31 auf die Kurbelwelle 14 übertragen wird. Zwischen dem Außen- läufer und dem Innenläufer 22 ist ein Dichtungstopf 23 angeordnet, der in einem Flansch am Kurbelgehäuse 1 1 befestigt ist.
Anstelle der Kombination der separaten Kupplung 2 und des separaten Antriebsmotors 3 kann auch ein sogenannter Spaltrohrmotor eingesetzt werden. Bei dem gezeigten Beispiel ergibt sich aus dem Kurbelantrieb eine kombinierte angular-axiale Bewegung des Membranbalgs 1 6. Durch eine axiale Führung oder durch Einsatz eines Linearantriebs kann auch eine rein axiale Bewegung für das bewegte Ende des Membranbalgs 1 6 realisiert sein, durch die eine noch höhere Lebensdauer des Membranbalgs 1 6 erzielt werden kann.
Das aus dem Kurbelgehäuse 1 1 , dem Membrangehäuse 1 2 und dem Deckel 1 3 gebildete Gehäuse des Verdichters 1 ist hermetisch gegenüber der Umgebung abgedichtet. Dieses wird durch entsprechend eingelegte Dichtungen, beispielsweise zwischen dem Membrangehäuse 1 2 und dem Deckel 1 3, erreicht und nicht zuletzt durch die Verwendung der (Magnet-)Kupplung 2 mit ihrem Dichtungstopf 23. Als Dichtungen können übliche O-Ring Dichtungen aus einem elastischen Material wie z.B. Gummi oder Kunststoff eingesetzt werden oder auch Metalldichtungen. Durch Metalldichtungen kann das Gehäuse mit einer derart kleinen Leckrate abgedichtet werden, dass es als„technisch dicht" qualifiziert ist. Die Verwendung von Metalldichtungen ermöglicht zudem einen Betrieb bei höheren Temperaturen.
Es ist im Gehäuse des Verdichters 1 somit ein gegenüber der Umgebung abgeschlossenes Innenvolumen gebildet. In dieses Gehäuse, vorliegend in das Kurbelgehäuse 1 1 , ist der Befüllanschluss 19 eingesetzt, mit dem das Innenvolumen des Gehäuses des Verdichters 1 druckbeaufschlagt werden kann.
Im Betrieb des Verdichters wird Gas mit einem Eingangsdruck p0 über das Ein- lassventil 17 zugeführt und schubweise durch das Auslassventil 18 mit einem Druck po + Δρ abgegeben. Der Verdichter 1 arbeitet also bei einem bestimmten Eingangsdruck p0, und erreicht im Druckhub eine Druckerhöhung um den Wert Δρ. Anmeldungsgemäß wird über den Befüllanschluss 19 ein Innendruck p, im Innenvolumen des Gehäuses des Verdichters 1 eingestellt, der über dem Umgebungsdruck liegt und der bevorzugt im Bereich des Einlassdrucks p0 liegt. Dieses kann beispielsweise erreicht werden, indem eine Gaszufuhr zum Einlassventil 17 auch in den Befüllanschluss 19 geleitet wird.
In einem nicht-druckbeaufschlagen Betrieb des Verdichters 1 , bei dem der Innendruck pi gleich dem Umgebungsdruck ist, wirkt auf den Membranbalg 1 6 ein Differenzdruck von p0 bis maximal p0 + Δρ (Drücke sind nicht absolut, sondern als Überdrücke, d.h. relativ zum Umgebungsluftdruck angegeben).
Wird der Innendruck pi dagegen über den Umgebungsluftdruck angehoben, wirkt auf den Membranbalg nur ein Druck zwischen (p0 - p,) und (p0 - p, + Δρ). Wird der Innendruck auf den Eingangsdruck eingestellt, also p, = p0, wird der Membranbalg 16 maximal nur mit der Druckdifferenz Δρ belastet.
Auf diese Weise kann der Verdichter 1 für höhere Drücke eingesetzt werden, da die Druckbelastung auf den Membranbalg 1 6 entsprechend reduziert werden kann. Neben der Möglichkeit, das zu fördernde Gas mit seinem Einlassdruck p0 selbst zur Druckbeaufschlagung über den Befüllanschluss 19 zu verwenden, kann auch eine einmalige oder ggf. in regelmäßigen Abständen kontrollierte und wiederholte Druckbefüllung des Innenvolumens des Verdichters 1 erfolgen. Auch ist es denkbar, das Innenvolumen mit Hilfe von Druckluft und einem Re- gelventil permanent auf einen gewünschten Wert zu regeln.
Bei einer alternativen Verwendungsweise des Verdichters als Vakuumpumpe ist entsprechend vorgesehen, den Innendruck p, gegenüber dem Umgebungsluftdruck zu verringern. In den Fig. 3a-3d ist in jeweils gleicher Darstellungsart wie in Fig. 2 ein Verdichter 1 mit Kupplung 2 und Antriebsmotor 3 dargestellt, wobei verschiedene Arten der Medienzuführung symbolisch dargestellt sind. Für die Beispiele der Fig. 3a und 3b entspricht der eingesetzte Verdichter 1 dem in Fig. 2 gezeigten. Bei den Anordnungen der Fig. 3c und 3d ist der Verdichter 1 jeweils leicht gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel modifiziert.
Beim Beispiel der Fig. 3a wird ein zu verdichtendes oder zu förderndes Gas über eine Gaszufuhr 41 dem Einlassventil 1 7 zugeführt. Das verdichtete bzw. geförderte Gas tritt aus dem Auslassventil 1 8 aus und wird über eine Gasableitung 42 abgeleitet. Davon unabhängig wird ein anderes Medium, insbesondere ein anderes Gas, über eine weitere Gaszufuhr 43 dem Befüllanschluss 1 9 zugeführt. Dieses andere zugeführte Medium wird - manuell oder auch automatisch druckgeregelt - verwendet, um das Innenvolumen des Gehäuses des Verdichters 1 mit Druck zu beaufschlagen.
Die Gaszufuhr 41 und die Gasableitung 42 werden beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3b analog zu dem der Fig. 3a an das Einlassventil 1 7 bzw. das Auslassventil 1 8 angeschlossen. In der Gaszufuhr 41 ist ein Abzweig vorgesehen, von dem aus eine externe Verbindung 44 zum Befüllanschluss 1 9 führt. Auf diese Weise wir das Innenvolumen des Gehäuses des Verdichters 1 mit dem zu verdichtenden bzw. zu fördernden Gas der Gaszufuhr 41 beaufschlagt, wodurch sich im Innenvolumen der Einlassdruck des zu verdichtenden bzw. zu fördernden Gases einstellt.
Beim Beispiel der Fig. 3c erfolgt ebenfalls eine Beaufschlagung des Innenvolumens des Gehäuses des Verdichters 1 mit dem zu verdichtenden oder zu fördernden Gas. Anstelle der externen Verbindung 44 ist bei diesem Beispiel jedoch eine interne Verbindung 45 im Verdichter 1 vorgesehen, durch die ein Druckausgleich zwischen dem Einlassventil 17 und dem Innenvolumen des Gehäuses erfolgt. In diesem Fall kann auf den Befüllanschluss 1 9 verzichtet werden, wie dies in der Fig. 3c gezeigt ist. Alternativ kann ein nach wie vor vorhandener Befüllanschluss 1 9 verschlossen werden oder als Befüllventil ausgebildet sein.
In Fig. 3d schließlich ist ebenfalls eine Druckbeaufschlagung des Innenvolumens des Gehäuses des Verdichters 1 durch das zu verdichtende bzw. zu fördernde Gas vorgesehen. In diesem Fall wird das zu verdichtende bzw. zu fördernde Gas durch das Innenvolumen geleitet, weswegen zwei (Befüll-) An- Schlüsse 19 am Gehäuse, vorliegend am Kurbelgehäuse 1 1 , angeordnet sind, von denen einer mit der Gaszufuhr 41 für das zu verdichtende bzw. zu fördernde Gas verbunden ist. Der andere Anschluss 19 leitet über eine externe Verbindung 44 das aus dem Innenvolumen austretende Gas an das Einlassventil 17 weiter.
Bezugszeichen
1 Verdichter
1 1 Kurbelgehäuse
12 Membrangehäuse
13 Deckel
14 Kurbelwelle
141 Kurbelwellenlager 5 Stößel
151 Stößellager
152 Stößelkopf
16 Membranbalg
17 Einlassventil
18 Auslassventil
19 Befüllanschluss
2 Kupplung
21 Außenläufer
22 Innenläufer
23 Dichtungstopf
3 Antriebsmotor 31 Antriebswelle
41 Gaszufuhr
42 Gasableitung
43 weitere Gaszufuhr
44 externe Verbindung
45 interne Verbindung

Claims

Ansprüche
Verdichter (1 ) mit mindestens einem Verdrängungsraum-bildenden Metall- Membranbalg (1 6) zur Verdichtung und/oder zum Fördern von Gasen, aufweisend ein Gehäuse, in dem ein Antrieb, der Metall-Membranbalg (1 6), sowie ein den Antrieb und den Metall-Membranbalg (1 6) verbindendes Koppelelement angeordnet sind, wobei ein Innenvolumen des Gehäuses hermetisch gegenüber einer Umgebung des Verdichters (1 ) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenvolumen des Gehäuses durch das zu verdichtende und/oder zu fördernde Gas oder ein anderes Medium mit einem Innendruck (p,) beaufschlagbar ist.
Verdichter nach Anspruch 1 , bei dem an dem Gehäuse ein Befüllanschluss (19) angeordnet ist, um das Innenvolumen mit dem Innendruck (p,) zu beaufschlagen.
Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Antrieb durch eine Kurbelwelle (14) gebildet ist.
Verdichter (1 ) nach den Ansprüchen 2 und 3, bei dem der Befüllanschluss (19) in einem Kurbelgehäuse (1 1 ), das Teil des Gehäuses ist, angeordnet ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Befüllanschluss (19) als ein Befüllventil ausgebildet ist.
Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Koppelelement ein Stößel (15) ist.
Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Einrichtung zur manuellen oder automatischen Veränderung des Innendrucks (p,) mit dem Innenvolumen des Gehäuses verbunden ist.
Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine interne Verbindung (45) von dem Gehäuse zu einem Einlassventil (17) ausgebildet ist.
9. Verdichter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Gehäuse durch Metalldichtungen abgedichtet ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines Verdichters (1 ) mit mindestens einem Verdrängungsraum-bildenden Metall-Membranbalg (1 6) zur Verdichtung und/oder zum Fördern von Gasen, aufweisend ein Gehäuse, in dem ein Antrieb und der Metall-Membranbalg (1 6), sowie ein den Antrieb und den Metall-Membranbalg (1 6) verbindendes Koppelelement angeordnet sind, wobei ein Innenvolumen des Gehäuses hermetisch gegenüber einer Umgebung des Verdichters (1 ) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenvolumen durch das zu verdichtende und/oder zu fördernde Gas oder ein anderes Medium mit einem Innendruck (p,) beaufschlagt wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Innendruck (p,) größer als ein Umgebungsdruck ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , bei dem der Innendruck (p,) gleich einem Eingangsdruck (p0) eingestellt wird, den das zu verdichtende oder zu fördernde Gas an einem Einlassventil (17) aufweist.
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