[0001] Die Erfindung betrifft einen einstufigen Kolbenkompressor zur Erzeugung von Druckluft.
[0002] Die Erzeugung von Druckluft stellt in vielen Bereichen der Industrie und Forschung
eine wichtige Voraussetzung für unterschiedliche Prozesse und Verfahren dar. Die meisten
Verdichter bzw. Kompressoren, wie beispielsweise Drehkolbenkompressoren, Schraubenkompressoren
oder Turbokompressoren, weisen aufgrund ihrer komplexen Bauweise und hohen Drehzahl
einen niedrigen Wirkungsgrad auf. Für niedrige Druckbereiche bis 15 bar ist der Einsatz
solcher Kompressoren in der Regel ineffizient. Hubkolbenkompressoren bzw. Kolbenkompressoren
weisen hingegen einen vergleichsweise einfachen Aufbau und eine hohe Effizienz auf.
Durch die verhältnismäßig lange Lebenszeit von Kolbenkompressoren hat schon eine geringe
Steigerung der Effizienz einen positiven Einfluss auf deren Life-Cycle-Kosten.
[0003] Beim Betrieb von Kolbenkompressoren mit hohen Arbeitsfrequenzen entsteht viel Wärme.
Dadurch ist der Einsatz von Wärmetauschern oder Kühlmitteln notwendig, um ein Überhitzen
zu vermeiden und es sind aufgrund eines hohen Geräuschpegels oft zusätzliche Schallschutzmaßnahmen
notwendig. Kolbenkompressoren mit niedrigen Arbeitsfrequenzen weisen diese Nachteile
nicht auf, verfügen aber in der Regel über eine geringere Leistung.
[0005] Ein herkömmlicher, einstufiger Kolbenkompressor mit einem Hydraulikzylinder und einem
Pneumatikzylinder ist aus der
DE 198 40 354 C1 bekannt. Ein im Pneumatikzylinder angeordneter Pneumatikkolben ist durch eine gemeinsame
Kolbenstange mit einem im Hydraulikzylinder angeordneten Hydraulikkolben verbunden.
Der Hydraulikzylinder ist mit einer Umsteuereinrichtung verbunden, die zur Steuerung
des Hydraulikzylinders dient. Der Hydraulikkolben wird periodisch einseitig mit Druck
beaufschlagt, wodurch der Hydraulikkolben, und über die gemeinsame Kolbenstange auch
der Pneumatikkolben, angetrieben wird. Im Hydraulikzylinder ist eine Rückstellfeder
vorhanden, die den Hydraulikkolben nach Erreichen eines oberen Totpunkts wieder in
einen unteren Totpunkt drückt. Der Kompressor verfügt über einen einfachen Aufbau
sowie einen hohen Wirkungsgrad und ist zudem kostengünstig herstellbar. Durch ein
entsprechendes Verhältnis von Bauvolumen zu Hubvolumen kann der Kompressor bei vergleichbarer
Leistung mit niedrigen Frequenzen im Bereich von wenigen Hz arbeiten, wodurch er einen
niedrigen Geräuschpegel aufweist. Der Kompressor verfügt über eine Rückstellfeder
zur Kolbenrückholung, wodurch er entsprechend (um)gesteuert werden muss, wozu eine
separate Umsteuereinrichtung mit Endschaltern und Ventilen notwendig ist, und wodurch
ein erhöhter Wartungsaufwand entsteht. Zudem sind Effizienz und Leistung des Kompressors
aufgrund der Kolbenrückholung über die Rückstellfeder beschränkt, da nur ein Hubvolumen
des Pneumatikzylinders pro Arbeitstakt komprimiert wird.
[0006] Ein aus der
DE 10 2018 109 443 A1 bekannter, einstufiger Kompressor weist zwei Kompressions-Aggregate mit je einem
Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikkolben und je einen Pneumatikzylinder mit einem
Pneumatikkolben auf. Die Kompressionsaggregate sind identisch aufgebaut. Bei jedem
Kompressionsaggregat ist der Hydraulikkolben mit dem Pneumatikkolben über eine gemeinsame
Kolbenstange verbunden. Der Hydraulikzylinder arbeitet doppeltwirkend. Dazu wird der
Hydraulikkolben über ein Hydraulikaggregat periodisch wechselseitig mit einem Hydraulikfluid
beaufschlagt, wodurch der Hydraulikkolben, und über die gemeinsame Kolbenstange auch
der Pneumatikkolben, angetrieben wird. Um zwei Pneumatikzylinder anzutreiben werden
jedoch zwei Hydraulikkolben benötigt. Dadurch weist der offenbarte Kompressor aufgrund
der notwendigen Kopplung der beiden Hydraulikzylinder miteinander einen komplizierten
Aufbau auf und benötigt eine aufwändige Steuerung, um betrieben zu werden. Auch Effizienz
und Leistung des Kompressors leiden durch den komplexen Aufbau.
[0007] Es ist die Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Kolbenkompressor zu schaffen,
der einen möglichst einfachen Aufbau, einen sehr hohen Wirkungsgrad und im Betrieb
einen sehr niedrigen Geräuschpegel aufweist.
[0008] Die Aufgabe wird für einen einstufigen Kolbenkompressor, umfassend einen doppeltwirkenden
Hydraulikzylinder mit einer Zylinderachse sowie einem Hydraulikkolben mit einem ersten
Durchmesser, einen ersten Pneumatikzylinder mit einem ersten Pneumatikkolben mit einem
zweiten Durchmesser, der fluchtend auf der Zylinderachse am Hydraulikzylinder befestigt
ist, eine entlang der Zylinderachse geführte Kolbenstange, auf der der Hydraulikkolben
und der Pneumatikkolben angeordnet sind und ein Hydraulikaggregat zur periodischen
Druckbeaufschlagung des Hydraulikkolbens mit Hydraulikfluid, gelöst, wobei ein zweiter
Pneumatikzylinder mit einem zweiten Pneumatikkolben mit dem zweiten Durchmesser, der
fluchtend auf der Zylinderachse am Hydraulikzylinder befestigt ist, der erste Pneumatikzylinder
und der zweite Pneumatikzylinder jeweils zwei Druckkammern mit je mindestens einem
Gaseinlass und je mindestens einem Gasauslass aufweisen, der Hydraulikzylinder zwischen
dem ersten Pneumatikzylinder und dem zweiten Pneumatikzylinder angeordnet ist und
das Hydraulikaggregat über eine Hydraulikquelle, einen Steuerblock und ein Oszillierventil
verfügt.
[0009] Das Hydraulikaggregat wandelt eine elektrische Energie in eine hydraulische Druckenergie
um, die angesteuert durch ein Oszillierventil des Hydraulikaggregates durch den Hydraulikkolben
und die Kolbenstange in eine kinetische Energie des ersten Pneumatikkolben und des
zweiten Pneumatikkolben umgewandelt wird die wiederum durch den ersten Pneumatikkolben
und den zweiten Pneumatikkolben in eine pneumatische Druckenergie umgewandelt wird.
[0010] Durch diese Art der Energieumwandlung wird eine sehr hohe Effizienz bei der Umwandlung
von elektrischer Energie in pneumatische Druckenergie erzielt.
[0011] Um auch bei niedrigen Arbeitsfrequenzen eine hohe Leistung erzielen zu können, kann
der zweite Durchmesser vorteilhaft größer als der erste Durchmesser sein. Besonders
vorteilhaft ist der zweite Durchmesser mindestens dreimal größer als der erste Durchmesser.
[0012] Vorteilhaft sind der mindestens eine Gaseinlass und der mindestens eine Gasauslass
jeweils als Bohrung in den Grundflächen der Pneumatikzylinder ausgebildet, um den
Aufbau des Kolbenkompressors einfach zu halten.
[0013] Um einen möglichst einfachen Aufbau des Kolbenkompressors zu erreichen, können vorteilhaft
der erste Pneumatikzylinder und der zweite Pneumatikzylinder und der Hydraulikzylinder
über je eine gemeinsame Endplatte miteinander verbunden sein.
[0014] Der erste Pneumatikzylinder, der zweite Pneumatikzylinder und der Hydraulikzylinder
können jeweils formschlüssig mit den Endplatten verbunden sein.
[0015] Der erste Pneumatikzylinder, der zweite Pneumatikzylinder und der Hydraulikzylinder
können jeweils kraftschlüssig mit den Endplatten verbunden sein. Die kraftschlüssigen
Verbindungen des ersten Pneumatikzylinders, des zweiten Pneumatikzylinders und des
Hydraulikzylinders mit den Endplatten können vorteilhaft jeweils in Form von parallel
zur Zylinderachse ausgerichteten Schraub- oder Steckverbindungen ausgeführt sein.
[0016] Um die Robustheit des Kolbenkompressors zu erhöhen und um Vibrationen im Betrieb
zu vermeiden können die beiden Endplatten über mindestens drei Gewindebolzen miteinander
verbunden sein.
[0017] Um die Lebensdauer des Kolbenkompressors zu erhöhen, können im Hydraulikzylinder
Anschläge für den Hydraulikkolben und in dem ersten Pneumatikzylinder und dem zweiten
Pneumatikzylinder Anschläge für die Pneumatikkolben vorhanden sein.
[0018] Vorteilhaft enthält der Steuerblock mindestens ein Rückschlagventil und mindestens
ein Druckbegrenzungsventil. Durch Druckbegrenzungsventile kann ein maximal zulässiger
Druck eingestellt und Beschädigungen von Drucksystem, Hydraulikquelle, Steuerblock
und Oszillierventil durch zu hohen Druck vorgebeugt werden. Durch Rückschlagventile
kann Beschädigungen von Drucksystem, Hydraulikquelle, Steuerblock und Oszillierventil
durch zu hohen Druck vorgebeugt werden.
[0019] Das Oszillierventil kann vorteilhaft als fünf-zwei-Wege-Ventil ausgeführt sein. Alternativ
kann das Oszillierventil als vier-zwei-Wege-Ventil ausgeführt sein.
[0020] Ein erfindungsgemäßer Kolbenkompressor ist insbesondere für ein Verdichten von Gasen
mit einer niedrigen Arbeitsfrequenz und hohen Hubvolumen der Pneumatikzylinder geeignet.
[0021] Die Erfindung soll im Folgenden an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher
beschrieben werden. Dabei zeigen:
- Fig. 1
- Eine Seitenansicht einer ersten Ausführung der Anordnung von einem Hydraulikzylinder,
einem erstem Pneumatikzylinder und einem zweitem Pneumatikzylinder,
- Fig. 2
- eine vergrößerte Seitenansicht eines Hydraulikkolbens und einer Führung der Kolbenstange,
- Fig. 3
- eine Seitenansicht einer zweiten Ausführung der Anordnung von Hydraulikzylinder, erstem
Pneumatikzylinder und zweitem Pneumatikzylinder und
- Fig. 4
- einen Schaltplan für ein Hydraulikaggregat.
[0022] Eine erste Ausführung der Anordnung von einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder
1, einem ersten Pneumatikzylinder 2 und einem zweiten Pneumatikzylinder 5 ist in Fig.
1 dargestellt. Der erste Pneumatikzylinder 2 und der zweite Pneumatikzylinder 5 sind
fluchtend beidseitig am Hydraulikzylinder 1 auf einer Zylinderachse Z des Hydraulikzylinders
1 angeordnet und mit dem Hydraulikzylinder 1 verbunden. Der Hydraulikzylinder 1 ist
zwischen dem ersten Pneumatikzylinder 2 und dem zweiten Pneumatikzylinder 5 angeordnet.
Die Pneumatikzylinderachsen des ersten Pneumatikzylinders 2 und des zweiten Pneumatikzylinders
5 fallen mit der Zylinderachse Z des Hydraulikzylinders 1 zusammen, womit die Zylinderachse
Z als eine gemeinsame Achse des Hydraulikzylinders 1, des ersten Pneumatikzylinders
2 und des zweiten Pneumatikzylinders 5betrachtet werden kann. Auf der Zylinderachse
Z ist eine gemeinsame Kolbenstange 3 angeordnet, die auf der Zylinderachse Z geführt
ist. Der erste Pneumatikzylinder 2 und der zweite Pneumatikzylinder 5 weisen, wie
in Fig. 1 dargestellt, eine gleiche Länge auf. Der Hydraulikzylinder 1 weist im Wesentlichen
die gleiche Länge wie der erste Pneumatikzylinder 2 und der zweite Pneumatikzylinder
5 auf.
[0023] Im Hydraulikzylinder 1 ist auf der Kolbenstange 3 ein Hydraulikkolben 1.1 angeordnet,
der fest mit der Kolbenstange 3 verbunden und rund ist. Der Hydraulikzylinder 1 ist
doppeltwirkend ausgeführt und weist einen ersten Durchmesser D
1 auf. Der Hydraulikkolben 1.1 wird im Betrieb periodisch wechselnd einseitig mit einem
Druck beaufschlagt, der durch ein Hydraulikfluid übertragen wird. Dadurch wird er
innerhalb des Hydraulikzylinders 1 zwischen zwei Hydrauliktotpunkten hin- und her
bewegt. Zwischen Hydraulikzylinder 1 und Hydraulikkolben 1.1 ist vorteilhaft eine
Kolbendichtung angeordnet, damit eine Druckbeaufschlagung des Hydraulikkolbens 1.1
möglichst verlustfrei erfolgen kann.
[0024] Im ersten Pneumatikzylinder 2 ist auf der Kolbenstange 3 ein erster Pneumatikkolben
2.1 angeordnet, der fest mit der Kolbenstange 3 verbunden und rund ist. Der erste
Pneumatikzylinder 2 weist einen zweiten Durchmesser D
2 auf. Der erste Pneumatikzylinder 2 verfügt über zwei Druckkammern 6, die durch den
ersten Pneumatikkolben 2 voneinander getrennt werden. Jede der Druckkammern 6 verfügt
über mindestens einen Gaseinlass 7, durch den zu komprimierendes Gas in die Druckkammer
6 einströmt, und mindestens einen Gasauslass 8, durch den komprimiertes Gas aus der
Druckkammer 6 ausströmt. Ein solcher Gasstrom ist in Fig. 1 mit Pfeilen angedeutet.
Zwischen den Pneumatikzylindern 2, 5 und Pneumatikkolben 2.1, 5.1 ist vorteilhaft
eine Kolbendichtung angeordnet, damit ein Komprimieren des Gases möglichst verlustfrei
erfolgen kann. Im zweiten Pneumatikzylinder 5 ist auf der Kolbenstange 3 ein zweiter
Pneumatikkolben 5.1 angeordnet, der fest mit der Kolbenstange 3 verbunden und rund
ist. Der zweite Pneumatikzylinder 5 ist baugleich mit dem ersten Pneumatikzylinder
2. Vorteilhaft können Führungsbänder für die Pneumatikkolben 2.1, 5.1 in den Pneumatikzylindern
2, 5 vorhanden sein.
[0025] Der mindestens eine Gaseinlass 7 und der mindestens eine Gasauslass 8 können, wie
in Fig. 1 dargestellt, als Bohrungen in den Grundflächen der Pneumatikzylinder ausgebildet
sein.
[0026] Die Bewegung des Hydraulikkolbens 1.1 wird über die gemeinsame Kolbenstange 3 auf
den ersten Pneumatikkolben 2.1 und den zweiten Pneumatikkolben 5.1 übertragen. Der
erste Pneumatikzylinder 2 und der zweite Pneumatikzylinder 5 werden durch die Übertragung
der Bewegung in zwei Arbeitstakten zwischen zwei Pneumatiktotpunkten hin- und her
bewegt. In eine Druckkammer 6 durch den mindestens einen Gaseinlass 7 eingeströmtes
Gas, wird durch den ersten Pneumatikkolben 2.1 oder den zweiten Pneumatikkolben 5.1
komprimiert und über den mindestens einen Gasauslass 8 aus der Druckkammer 6 zu einem
mit dem Kolbenkompressor verbundenen Verbraucher oder Speicher befördert. Auf diese
Weise wird hydraulischer Druck in pneumatischen Druck umgewandelt und mit jedem Hub
Gas komprimiert. Dabei gilt es zu beachten, dass die Hubvolumen der Pneumatikzylinder
2, 5 sich je nach Arbeitstakt unterscheiden. In einem der beiden Arbeitstakte wird
das gesamte Pneumatikzylindervolumen abzüglich des Volumens des ersten Pneumatikkolbens
2.1 oder des zweiten Pneumatikkolbens 5.1 als Hubvolumen verdichtet, während in dem
anderen Arbeitstakt das gesamte Pneumatikzylindervolumen abzüglich des Volumens des
ersten Pneumatikkolbens 2.1 oder des zweiten Pneumatikkolbens 5.1 und der Kolbenstange
3 im ersten Pneumatikzylinder 2 oder im zweiten Pneumatikzylinder 5 als Hubvolumen
verdichtet wird.
[0027] Es sind weder im Hydraulikzylinder 1 noch im ersten Pneumatikzylinder 2 oder im zweiten
Pneumatikzylinder 5 Rückholvorrichtungen für eine Kolbenrückholung vorhanden. Aufgrund
der Anordnung der Zylinder 1, 2, 5 und Kolben 1.1, 2.1, 5.1 ist eine Kolbenrückholung
nicht notwendig.
[0028] Der zweite Durchmesser D
2 des ersten Pneumatikzylinders 2 und des zweiten Pneumatikzylinders 5 ist vorteilhaft
größer als der erste Durchmesser D
1 des Hydraulikzylinders 1. Besonders vorteilhaft ist der zweite Durchmesser D
2 des ersten Pneumatikzylinders 2 und des zweiten Pneumatikzylinders 5 mindestens dreimal
größer als ein erster Durchmesser D
1 des Hydraulikzylinders 1. Der erste Pneumatikkolben 2.1 und der zweite Pneumatikkolben
5.1 verfügen über denselben Durchmesser D
2 wie der erste Pneumatikzylinder 2 und der zweite Pneumatikzylinder 5 oder über einen
nur geringfügig kleineren Durchmesser. Der Hydraulikkolben 1.1 verfügt über denselben
Durchmesser D
1 wie der Hydraulikzylinder 1 oder über einen nur geringfügig kleineren Durchmesser.
[0029] Ein Verhältnis D
1/D
2, bzw. ein entsprechendes Verhältnis der von den Durchmessern D1, D2 abhängigen Kolbenflächen,
gibt eine Übersetzung von hydraulischem Druck in pneumatischen Druck vor. Umso größer
der zweite Durchmesser D
2 ist, umso größer muss bei gleichbleibendem ersten Durchmesser D
1 der Druck sein, mit dem der Hydraulikkolben 1.1 beaufschlagt wird.
[0030] Eine Vergrößerung der Anordnung des Hydraulikkolbens 1.1 im Hydraulikzylinder 1 ist
in
Fig. 2 dargestellt. Der dargestellte Ausschnitt entspricht einem in Fig. 1 eingekreisten
Bereich. Der Hydraulikzylinder 1 ist mit dem ersten Pneumatikzylinder 2 formschlüssig
verbunden. Auf der Zylinderachse Z befindet sich die Kolbenstange 3, mit der der Hydraulikkolben
1.1 fest verbunden ist. Die Kolbenstange 3 wird vorteilhaft am Übergang vom Hydraulikzylinder
1 zum ersten Pneumatikzylinder 2 geführt. Dafür kann an dem Übergang eine Führung
vorhanden sein. Vorteilhaft sind an dem Übergang eine oder mehrere Stangendichtungen
vorhanden, damit sichergestellt ist, dass kein Hydraulikfluid in den ersten Pneumatikzylinder
2 und den zweiten Pneumatikzylinder 5 gelangt und kein Gas in den Hydraulikzylinder
1 gelangt. Für den Hydraulikkolben 1.1 sind vorteilhaft Anschläge 11 im Hydraulikzylinder
1 angeordnet. Für den Hydraulikkolben 1.1 sind vorteilhaft Führungsbänder im Hydraulikzylinder
1 vorhanden.
[0031] Vorteilhaft können für die Pneumatikkolben in den Pneumatikzylindern Anschläge 11
angeordnet sein.
[0032] Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführung der Anordnung von Hydraulikzylinder 1, erstem Pneumatikzylinder
2 und zweitem Pneumatikzylinder 5. Die Darstellung der Anordnung ist stark vereinfacht.
Der Hydraulikzylinder 1 ist mit dem ersten Pneumatikzylinder 2 und dem zweiten Pneumatikzylinder
5 jeweils über eine gemeinsame Endplatte 9 verbunden. Die beiden Endplatten 9 sind
über mindestens drei Gewindebolzen 10 miteinander verbunden. Die sich so ergebende
Anordnung ist durch die Verbindung an je drei Punkten der Endplatten 9 besonders robust.
In
Fig. 3 sind nur zwei der Gewindebolzen 10 dargestellt, da sich die anderen Gewindebolzen
10 in der Zeichenebene hinter den dargestellten Gewindebolzen 10 befinden. Die Gewindebolzen
10 verlaufen außerhalb des Hydraulikzylinders 1. Vorteilhaft sind die Endplatten 9
auch mit den vom Hydraulikzylinder 1 abgewandten Grundflächen von erstem Pneumatikzylinder
2 und zweitem Pneumatikzylinder 5 über zusätzliche Gewindebolzen verbunden, wie ebenfalls
in
Fig. 3 dargestellt. Die zusätzlichen Gewindebolzen verlaufen außerhalb des ersten Pneumatikzylinders
2 und des zweiten Pneumatikzylinders 5.
[0033] Der erste Pneumatikzylinder 2, der zweite Pneumatikzylinder 5 und der Hydraulikzylinder
1 können jeweils kraftschlüssig mit der Endplatte 9 verbunden sein. Die kraftschlüssigen
Verbindungen können vorteilhaft in Form von parallel zur Zylinderachse Z ausgerichteten
Schraub- oder Steckverbindungen ausgeführt sein, wie in
Fig. 3 dargestellt.
[0034] Der erste Pneumatikzylinder 2, der zweite Pneumatikzylinder 5 und der Hydraulikzylinder
1 können alternativ jeweils formschlüssig mit der Endplatte 9 verbunden sein.
[0035] Ein Hydraulikaggregat 4 ist mit dem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 1 verbunden
und beaufschlagt den Hydraulikkolben 1.1 periodisch wechselseitig mit einem Hydraulikfluid.
Das Hydraulikaggregat 4 weist, wie in
Fig. 4 dargestellt, eine Hydraulikquelle 4.1, einen Steuerblock 4.2 und ein Oszillierventil
4.3 auf. Die Hydraulikquelle 4.1 verfügt über einen Motor, ein Reservoir für das Hydraulikfluid,
einen Schlauch und vorteilhaft über ein Saugsieb. Die Hydraulikquelle 1.1 dient als
Hydraulikpumpe und erzeugt hydraulischen Druck, der durch ein Hydraulikfluid übertragen
wird. In Folge der wechselseitigen Beaufschlagung mit dem Hydraulikfluid bewegt sich
der Hydraulikkolben 1.1, der über einen zweiseitigen Kolbenstrang verfügt, im Hydraulikzylinder
1 zwischen zwei Hydrauliktotpunkten hin- und her.
[0036] Im und/oder am Hydraulikaggregat 4 kann eine Reihe von Ventilen und/oder Messgeräten
vorgesehen sein. Der Steuerblock 4.2 kann beispielsweise Druckbegrenzungsventile aufweisen,
durch die ein maximal zulässiger Druck eingestellt und Beschädigungen von Drucksystem,
Hydraulikquelle 4.1, Steuerblock 4.2 und Oszillierventil 4.3 durch zu hohen Druck
vorgebeugt werden kann. Durch Rückschlagventile kann ein ungewolltes Zurückströmen
des Hydraulikfluids verhindert werden.
[0037] Im und/oder am Hydraulikaggregat 4 können außerdem Messgeräte zum Messen von Druck,
Temperatur, Durchfluss und/oder anderen physikalischen Größen vorhanden sein. Vorteilhaft
umfassen diese Messgeräte mindestens ein Manometer.
[0038] Ein Kolbenkompressor mit der beschriebenen Anordnung von Hydraulikzylinder 1, erstem
Pneumatikzylinder 2 sowie zweitem Pneumatikzylinder 5 und mit dem beschriebenen Hydraulikaggregat
4 ist insbesondere für einen Betrieb mit einer niedrigen Arbeitsfrequenz, beispielsweise
im Bereich von 1-10 Hz, ausgelegt. Die Arbeitsfrequenz gibt an, wie viele Arbeitstakte
in einem Zeitintervall im Betrieb durchgeführt werden. Anstatt kleine Hubvolumen von
Gas mit einer hohen Frequenz zu verdichten, sollen große Hubvolumen mit einer niedrigen
Arbeitsfrequenz verdichtet werden. Durch die niedrige Arbeitsfrequenz entsteht im
Betrieb nur wenig Wärme, wodurch auf zusätzliche Kühlelemente, Elemente zur Wärmerückgewinnung
oder Regelvorrichtungen zum Verhindern eines Überhitzens verzichtet werden kann. Auch
Lärmschutzmaßnahmen oder aufwändige Steueranlagen werden zum Betrieb des Kolbenkompressors
nicht benötigt.
Bezugszeichenliste
[0039]
- 1
- Hydraulikzylinder
- 1.1
- Hydraulikkolben
- 2
- erster Pneumatikzylinder
- 2.1
- erster Pneumatikkolben
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Hydraulikaggregat
- 4.1
- Hydraulikquelle
- 4.2
- Steuerblock
- 4.3
- Oszillierventil
- 5
- zweiter Pneumatikzylinder
- 5.1
- zweiter Pneumatikkolben
- 6
- Druckkammer
- 7
- Gaseinlass
- 8
- Gasauslass
- 9
- Endplatte
- 10
- Gewindebolzen
- 11
- Anschlag
- Z
- Zylinderachse
- D1
- erster Durchmesser
- D2
- zweiter Durchmesser
1. Einstufiger Kolbenkompressor zur Erzeugung von Druckluft, umfassend
- einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder (1) mit einer Zylinderachse (Z) sowie einem
Hydraulikkolben (1.1) mit einem ersten Durchmesser (D1),
- einen ersten Pneumatikzylinder (2) mit einem ersten Pneumatikkolben (2.1) mit einem
zweiten Durchmesser (D2), der fluchtend auf der Zylinderachse (Z) am Hydraulikzylinder (1) befestigt ist,
- eine entlang der Zylinderachse (Z) geführte Kolbenstange (3), auf der der Hydraulikkolben
(1.1) und der erste Pneumatikkolben (2.1) angeordnet sind und
- ein Hydraulikaggregat (4) zur Umwandlung einer elektrischen Energie in eine hydraulische
Druckenergie durch eine periodische Druckbeaufschlagung des Hydraulikkolbens (1.1)
mit Hydraulikfluid, wobei
- ein zweiter Pneumatikzylinder (5) mit einem zweiten Pneumatikkolben (5.1) mit dem
zweiten Durchmesser (D2) vorhanden ist, der fluchtend auf der Zylinderachse (Z) am Hydraulikzylinder (1)
befestigt ist,
- der erste Pneumatikzylinder (2) und der zweite Pneumatikzylinder (5) jeweils zwei
Druckkammern (6) mit je mindestens einem Gaseinlass (7) und je mindestens einem Gasauslass
(8) aufweisen,
- der Hydraulikzylinder (1) zwischen dem ersten Pneumatikzylinder (2) und dem zweiten
Pneumatikzylinder (5) angeordnet ist und
- das Hydraulikaggregat (4) über eine Hydraulikquelle (4.1), einen Steuerblock (4.2)
und ein Oszillierventil (4.3) verfügt,
- sodass die hydraulische Druckenergie durch den Hydraulikkolben (1.1) und die Kolbenstange
(3) angesteuert durch das Oszillierventil (4.3) des Hydraulikaggregates in eine kinetische
Energie des ersten Pneumatikkolben (2.1) und des zweiten Pneumatikkolben (5.1) umgewandelt
wird, die wiederum durch den ersten Pneumatikkolben (2.1) und den zweiten Pneumatikkolben
(5.2) in eine pneumatische Druckenergie umgewandelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Pneumatikzylinder (2), der zweite Pneumatikzylinder (5) und der Hydraulikzylinder
(1) über je eine gemeinsame Endplatte (9) miteinander verbunden sind, und
- der erste Pneumatikzylinder (2), der zweite Pneumatikzylinder (5) und der Hydraulikzylinder
(1) jeweils kraftschlüssig mit den Endplatten (9) verbunden sind.
2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der der zweite Durchmesser (D2) größer als der erste Durchmesser (D1) ist.
3. Kolbenkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Durchmesser (D2) mindestens dreimal größer als der erste Durchmesser (D1) ist.
4. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Pneumatikzylinder (2), der zweite Pneumatikzylinder (5) und der Hydraulikzylinder
(1) zudem jeweils formschlüssig mit den Endplatten (9) verbunden sind.
5. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die kraftschlüssigen Verbindungen des ersten Pneumatikzylinders (2), des zweiten
Pneumatikzylinders (5) und des Hydraulikzylinders (1) mit den Endplatten (9) jeweils
in Form von parallel zur Zylinderachse (Z) ausgerichteten Schraub- oder Steckverbindungen
ausgeführt sind.
6. Kolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Endplatten (9) über mindestens drei Gewindebolzen (10) miteinander verbunden
sind, um eine Robustheit des Kolbenkompressors zu erhöhen und um Vibrationen im Betrieb
zu vermeiden.
7. Kolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass im Hydraulikzylinder (1) Anschläge (11) für den Hydraulikkolben (1.1) vorhanden sind
und in dem ersten Pneumatikzylinder (2) und dem zweiten Pneumatikzylinder (5) Anschläge
(11) für den ersten Pneumatikkolben (2.1) und den zweiten Pneumatikkolben (5.1) vorhanden
sind.
8. Kolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Steuerblock (4.2) mindestens ein Rückschlagventil und mindestens ein Druckbegrenzungsventil
enthält.
9. Kolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Oszillierventil (4.3) als fünf-zwei-Wege-Ventil ausgeführt ist.