Niederdruckverdichter

Abstract

 

2.1. Die bisher bekannten Lösungen zur Herstellung von Druckluft im Druck.- bzw. Niederdruckbereich zeichnen sich auf Grund ihrer Bauform zumeist als nicht dauerfest, laut und teuer aus. Ferner sind sie zum Teil wartungsintensiv und reperaturunfreundlich. Oftmals enthält die komprimierte Luft Öl, das anschließend herausgefiltert werden muss. Der neue Niederdruckverdichter soll diese konstruktiev bedingten Nachteile durch seine spezielle Bauform und Bauteile eliminieren.

2.2. Die Anlage ist mittels Baugruppen modular aufgebaut. Jede Baugruppe erfüllt die Aufgabe, für die sie speziell entwickelt wurde. So treibt die Antriebseinheit (12-15) die Anlage an. In der Verdichtereinheit (20-25) wird die benötigte Druckluft erzeugt. Zwischen der Antriebseinheit und der Verdichtereinheit befindet sich die Lineareinheit (16-18). Diese wandelt die rotatorische Bewegung in eine lineare Bewegung um und hält somit die vorgenannten Baugruppen von den Kraftkomponenten für die sie nicht optimiert sind fern. Durch die Räumliche Trennung ist eine gute Reperatur.- und Wartungsmöglichkeit gegeben. Alle Baugruppen sind in einem Gestell (11) montiert.

2.3. Der Niederdruckverdichter liefert Druckluft, wie sie zur Belüftung von ökologisch bedrohten Gewässern benötigt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Niederdruckverdichter für Gasförmige Medien, insbesondere Umgebungsluft, mit wenigstens einer in einem Gestell befestigten Kolben-Zylinder Verschiebeeinheit mit jeweils in einem Zylinder zwischen zwei Hubstellungen hin- und her verschieblichen Kolben, an welchem eine aus einem der Stirnseitigen Enden des Zylinders herausgeführten Kolbenstange angreift, deren Kolbenabgewandtes Ende mit einem Ende des verschiebbaren Teils der Verschiebeeinheit verbunden ist, dessen anderes Ende mit einer Pleuelstange verbunden ist, die wiederum an ihrem anderen Ende mit dem Ende eines Kurbelarms drehbar gekoppelt ist, dessen anderes Ende drehfest auf Abtriebswelle der motorisch betätigten Antriebseinheit gehalten ist, wobei der Kolben im Zylinder bei angetriebener Abtriebswelle wenigstens einen volumenveränderlichen Arbeitsraum bildet, welcher über jeweils ein bei Druckabsenkung infolge Volumenvergrößerung des Arbeitsraumes zur Umgebungsatmosphäre öffnendes Saugventil und ein bei Druckerhöhung infolge von Volumenverringerung des Arbeitsraumes in eine nachgeschaltete Druckleitung öffnendes Druckventil verfügt.

[0002] Solche volumetrisch arbeitenden Verdichter, die beispielsweise als Kolbenverdichter mit einem oder mehreren Zylindern ausgebildet sein können, werden zur Verdichtung und Förderung von Gasen und flüssigen Medien, beispielsweise Luft oder Wasser, verwendet. Die Arbeitsbewegung des Verdrängerbauteils, d.h. die Hubbewegung des bzw. der Kolben (s) im jeweiligen Zylinder wird dabei in der Regel über einen Kurbeltrieb erzeugt, dessen Kurbelwelle von der äußeren Antriebsquelle, z. B. einem Elektro.- oder Verbrennungsmotor drehangetrieben wird. Solche Verdichter sind in dieser Bauform konstruktiv aufwändig und damit in der Herstellung teuer und erzeugen im Betrieb erhebliche Geräusche. Durch ihre Bauform und die zumeist sehr hohe Hubzahl wird meistens ein Schmierstoff notwendig, der dann wieder aus dem Gas herausgefiltert werden muss, wenn beispielsweise ölfreie Druckluft geliefert werden soll. Andere Bauformen, bei denen die Kolbenstange direkt mit dem Kurbelarm verbunden ist, sind wiederum sehr störanfällig, da dort der Zylinder immer in Bewegung ist. Bei beiden zuvor erwähnten Konstruktionen muss der Kolben mit den Dichtungsringen Radiale Auflagekräfte gegenüber der Zylinderwand aufnehmen, was einen erhöhten Verschleiß zur Folge hat. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Kolbenverdichter ausgestalteten Niederdruckverdichter zu schaffen, bei dem der Belastung entsprechende Bauteilgruppen zur Verschleißminderung verwendet werden und dies bei so geringem konstrukttiefem Aufbau wie möglich, der Luft im Niederdruckbereich liefert, die dann beispielsweise zur Belüftung von stehenden, ökologisch bedrohten Gewässern einsetzbar ist, ohne dass die Gefahr einer zusätzlichen Verschmutzung durch in der gelieferten Luft noch enthaltene Ölnebel oder dergleichen besteht.

[0003] Ausgehend von einem der eingangs erwähnten Art von Verdichter wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die kompakte motorisch betriebene Antriebseinheit über einen Antriebsmotor verfügt, dem ein Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet ist und auf dessen Abtriebswelle(n) jeweils ein Kurbelarm drehfest angeordnet ist und dass die kompakte(n) Lineareinheit(en) mittels Pleuelstange(n) mit der Antriebseinheit sowie mit der /den Kolbenstange(n) der Zylinder.- Kolbeneinheit verbunden ist / sind wodurch die Rotationsbewegung der Antriebsachse in eine Linearbewegung des /der Kolben umgesetzt wird wobei die Linearachse senkrecht auf der Rotationsachse der Antriebswelle steht. Die angestrebte Verbesserung und Vereinfachung gegenüber normalen Kolbenverdichtern mit dem üblichen in einem geschlossenen Gehäuse angeordneten Antriebseinheit / Kurbeltrieb / Zylindereinheit wird dadurch erreicht, dass der gesamte konstruktive Aufbau in unterschiedlichen einfachen räumlich getrennten Funktionseinheiten aufgegliedert wird, die auf einfache Art und Weise miteinander verbunden sind. Ein aufwändiges Gesamtgehäuse entfällt dadurch, ebenso die aufwändige Lagerung der Kolben / Zylindereinheit bei Verdichtern, bei denen diese Einheit geschwenkt wird. Durch den Aufbau in unterschiedliche Funktionsgruppen ist es auch ausgeschlossen, dass die Arbeitsräume der Zylinder / Kolbeneinheit mit dem Ölnebel der Antriebseinheit in Berührung kommen. Weiterhin wird durch die Verwendung der Lineareinheit und der ggf. durchgehenden Kolbenstange die bei herkömmlichen Konstruktionen auftretenden Radialkräfte auf den Kolben, Kolbenringe und Zylinderwand nahezu verhindert. Die Zylinder / Kolbeneinheit(en) kann / können sowohl als einfach.- als auch als doppeltwirkende Zylinder eingesetzt werden wobei bei der Ausführung als doppeltwirkender Zylinder zwei durch den Kolben voneinander getrennte Arbeitsräume pro Zylinder entstehen. Besonders vorteilhaft und aufgrund der starren Lagerung des / der Kolben- Zylinderinheit(en) möglich ist auch eine Ausgestaltung bei welcher die Kolbenstange der gegenüber liegenden Seite der Lineareinheit durch den Zylinder hindurch geht. Man spricht bei dieser Zylinderbauform von beidseitiger Kolbenstange. Beide Volumen der Arbeitsräume weisen die gleiche Größe auf was sich positiv auf den Volumenstrom und das benötigte Drehmoment auswirkt. Man spricht bei dieser Zylinderbauform von Doppeltwirkenden Zylindern mit durchgehender Kolbenstange.

[0004] Das Untersetzungsgetriebe kann in erfindungsmäßiger Weiterbildung auch über eine durch das Getriebe gehende Antriebswelle verfügen, die dann auf den sich gegenüberliegenden Getriebeaußenflächen heraussteht. Jede dieser Wellenenden kann dann mit je einem Kurbelarm versehen werden der dann je eine Linear und somit auch je eine Kolben-Zylindereinheit antreibt. Zweckmäßig ist hierbei die Kurbelarme zueinander in einem Winkel anzuordnen. Vorteilhaft bezogen auf den Volumenstrom und die Belastung sind hierbei 90°.

[0005] Das Druckventil bzw. die Druckventile der Kolben-Zylindereinheit können mittels elastischer Druckleitung oder aber auch starr mit der nachgeschalteten Druckverteilereinheit verbunden werden. Dem(n) Saugventil(en) der Kolben Zylindereinheit(en) ist zweckmäßig ein Festkörperpartikelfilter vorgeschaltet.

[0006] Die Antriebseinheit weist zweckmäßig einen mit Untersetzungsgetriebe zusammengeflanschten Elektromotor oder Verbrennungsmotor auf, wobei die Linearlagereinheit(en) und die Kolben- Zylindereinheit(en) in einem Gestell mit Abstand von der Antriebseinheit erfolgt, und die Drehachse der Antriebswelle der Antriebseinheit im rechten Winkel zur Linearachse der Lineareinheit steht. Die Erfindung ist in den folgenden Beschreibungen zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den vier Zeichnungen näher erläutert:

Zeichnung 1

[0007] zeigt eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsmäßigen Niederdruckverdichters mit einer Antriebseinheit die über einen Kurbelarm und einer Pleuelstange auf eine Linearführungseinheit einwirken. An diese Linearführungseinheit ist eine Zylindereinheit mit doppeltwirkendem Zylinder mit durchgehender Kolbenstange angeflanscht.

Zeichnung 2

[0008] zeigt die Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsmäßigen Niederdruckverdichters mit einer Antriebseinheit die über einen Kurbelarm und einer Pleuelstange auf eine Linearführungseinheit einwirken. An diese Linearführungseinheit ist eine Zylindereinheit mit doppeltwirkendem Zylinder mit durchgehender Kolbenstange angeflanscht.

Zeichnung 3

[0009] zeigt die Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsmäßigen Niederdruckverdichters mit einer Antriebseinheit die über einen Kurbelarm und einer Pleuelstange auf eine Linearführungseinheit einwirken. An diese Linearführungseinheit ist eine Zylindereinheit mit doppeltwirkendem Zylinder mit durchgehender Kolbenstange angeflanscht.

Zeichnung 4

[0010] zeigt eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsmäßigen Niederdruckverdichters mit einer Antriebseinheit die über zwei Kurbelarme und je einer Pleuelstange auf je eine Linearführungseinheit einwirken. An jeder dieser Linearführungseinheiten ist eine Zylindereinheit mit doppeltwirkendem Zylinder mit durchgehender Kolbenstange angeflanscht.

[0011] Das auf Zeichnung 1;2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines in der erfindungsmäßigen Weise ausgebildeten, in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneten Verdichters weist einen doppeltwirkenden Zylinder (19) der in einem Gestell (11) gehalten wird auf. In diesem Zylinder befindet sich ein Kolben (21 nicht dargestellt) der den Zylinder in zwei Arbeitsräume (191; 192) unterteilt. Der Kolben ist auf der Kolbenstange (20) befestigt, welche an der Vorderseite und der hinteren Seite des Zylinders (19) herausragt und dort gelagert ist (193; 194). Die Kolbenstange (20) ist weiterhin mit dem beweglichen Teil der Führungseinheit (17; 18), dem Linearschlitten (18) verbunden. Dieser Linearschlitten gleitet auf der Linearführungsschiene (17). Ebenfalls ist an dem Linearschlitten (18) das Pleuel (16) mit einem Ende drehbar befestigt. Das andere Ende des Pleuels (16) ist drehbar mit dem Antriebsarm (15) verbunden. Dieser Antriebsarm (15) ist drehfest auf der Antriebswelle (14) befestigt. Die Antriebswelle (14) ist der drehbare Teil des Getriebes (13) und bildet zusammen mit dem Motor (12) der sowohl als Elektromotor als auch als Verbrennungsmotor ausgebildet sein kann, die Eintriebseinheit (12;13;14). Versetzt nun der Motor (12) über das Getriebe (13) den Antriebsarm (15) in Bewegung, beschreibt das Ende des Antriebsarms an dem das Pleuel befestigt ist und somit auch das Ende des Pleuels (16) eine konzentrische Kreisbahn um die Drehachse der Abtriebswelle (14) des Getriebes (13). Diese Drehbewegung wird aufgrund der geometrischen Getriebebedingungen in der Lineareinheit (17; 18) in eine geradlinige vorwärts und rückwärts gerichtete Bewegung umgewandelt. Hierzu ist die Pleuelstange (16) drehbar mit dem Antriebsarm (15) und dem Linearschlitten (18) verbunden. Da die Kolbenstange (20) auf der sich der Kolben (21) befindet, ebenfalls mit dem Linearschlitten (18) verbunden ist, folgte diese und somit auch der Kolben ebenfalls dieser Linearbewegung. Durch das sich Vor.- und Zurückbewegen des Kolbens (21) im Zylinder (19) verändern sich die Arbeitsräume (191; 192) im Zylinder (19) stetig. Hierbei kommt es in dem Arbeitsraum dessen Volumen sich durch die Bewegung des Kolbens (21) gerade verkleinert zu einem Überdruck, der über ein Druckventil (22) (federbetätigtes Rückschlagventil) an die nachgeschaltete Druckleitung (23) weitergeleitet wird. Dort steht die komprimierte Luft dann zur weiteren Verwendung zur Verfügung. Umgekehrt entsteht in dem Arbeitsraum der sich gerade durch die Bewegung des Kolbens vergrößert ein Unterdruck. Hier wird über ein Saugventil (24) (federbetätigtes Rückschlagventil) und der Saugleitung (25) Luft oder Flüssigkeit, die durch einen Filter (26) gereinigt wird, in den Zylinder (19) gesaugt. Die Drehachse der Antriebswelle (14) steht senkrecht zur Linearachse der Lineareinheit (17; 18) und der Mittelachse der Kolbenstange (20). Durch die Geometrie des Kurbeltriebs ergibt sich pro Umdrehung der Antriebswelle (14) pro Arbeitsraum (191; 192) ein Saug.- und ein Druckhub. Bei dem Ausführungsbeispiel (10) ergeben sich somit pro Umdrehung der Antriebswelle (14) zwei Saug und Druckarbeitsvorgänge. Das auf Zeichnung 4 gezeichnete Ausührungsbeispiel eines erfindermäßigen Niederdruckverdichters in seiner Gesamtheit mit 100 bezeichnet unterscheidet sich vom vorbeschriebenen Verdichter (10) auf den Zeichnungen 1-3 nur dadurch, dass in dem Gestell (11) die Abtriebseinheit (12; 13; 14) zwei Abtriebsarme (15), zwei Lineareinheiten (17; 18) und zwei Kolben- Zylindereinheiten (19-26) aufweist. Eine so angeordnete Anlage liefert pro Umdrehung der Abtriebswelle (14) vier Saug und Druckarbeitsvorgänge. Zweckmäßig ist es die Antriebsarme (15) auf der Abtriebswelle (14) Winkelversetzt aufzubauen.

[0012] Es ist ersichtlich, dass im Rahmen des Erfindergedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichbar sind, die sich sowohl auf die Anordnung als auch auf die Anzahl der von einer Antriebseinheit (12; 13;14) angetriebenen Kolben- Zylindereinheiten (19-26) beziehen.

[0013] Es ist ersichtlich, dass im Rahmen des Erfindergedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichbar sind, die sich auf die Antriebseinheit (12; 13;14) beziehen. Diese kann auch durch eine Antriebseinheit ersetzt werden bei der die Drehbewegung mittels Elektro- oder Verbrennungsmotors erfolgt, die Übersetzung die im Ausführungsbeispiels mittels Getriebe erfolgt kann jedoch auch mittels Riemen oder Zahnradtrieb erfolgen.

Ansprüche

1. Niederdruckverdichter (10; 100) für Gasförmige und flüssige Medien, insbesondere Umgebungsluft oder Wasser, mit wenigstens einer in einem Gestell (11) befestigten Kolben-Zylindereinheit (19-26), mindestens einer Lineareinheit (17;18) mit jeweils in einem Zylinder (19) zwischen zwei Hubstellungen hin- und her verschieblichen Kolben (21), an welchem eine aus einem der Stirnseitigen Enden des Zylinders herausgeführten Kolbenstange (20) angreift, deren Kolbenabgewandtes Ende mit einem Ende des verschiebbaren Teils, des Linearschlittens (18) der Verschiebeeinheit (17; 18) verbunden ist, dessen anderes Ende mit einer Pleuelstange (16) verbunden ist, die wiederum an ihrem anderen Ende mit dem Ende eines Kurbelarms (5) drehbar gekoppelt ist, dessen anderes Ende drehfest auf Abtriebswelle (14) der motorisch betätigten Antriebseinheit (12; 13; 14) gehalten ist, wobei der Kolben (21) im Zylinder (19) bei angetriebener Abtriebswelle (14) wenigstens einen volumenveränderlichen Arbeitsraum bildet, welcher über jeweils ein bei Druckabsenkung infolge Volumenvergrösserung des Arbeitsraumes (191; 192) zur Umgebungsatmosphäre öffnendes Saugventil (24) und ein bei Druckerhöhung infolge von Volumenverringerung des Arbeitsraumes in eine nachgeschaltete Druckleitung (23) öffnendes Druckventil (22) verfügt.
DADURCH GEKENNZEICHNET,
dass die Antriebseinheit (12;13;14) aus einem Motor (12) und einem Getriebe (13) besteht, auf dessen Abtriebswelle (14) wenigstens ein Antriebsarm (15) drehfest mit einem Ende auf dieser befestigt ist und mit seinem anderen Ende an einem Ende drehbar mit der Pleuelstange (16) verbunden ist, die wiederum drehbar mit ihrem anderen Ende an dem Linearschlitten (18) befestigt ist, so dass die Drehbewegung der Antriebswelle (14) durch die Lineareinheit (17;18) in eine Linearbewegung umgewandelt wird, so dass der Zylinder (19) der Kolben-Zylindereinheit (19-26) starr und ortsfest mit dem Grundgestell (11) verbunden bleiben kann und dadurch die mit dem Linearschlitten (18) verbundene Kolbenstange (20) auf der, der Kolben (21) sitzt ebenso einer Linearbewegung folgt, wobei die Mittelachse der Kolbenstange (20) in einem rechten Winkel zur Drehachse der Abtriebswelle (14) steht.

2. Niederdruckverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (19) als einfachwirkender Zylinder ausgeführt ist und nur über einen Arbeitsraum verfügt.

3. Niederdruckverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (19) als doppeltwirkender Zylinder ausgeführt ist und über zwei Arbeitsräume verfügt.

4. Niederdruckverdichter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (20) auf der dem Linear-schlitten (18) entgegengesetzten Seite über den Kolben hinaus verlängert wird, so dass sie durch den Zylinderdeckel hin-durch geführt wird und somit eine Durchgehende Kolbenstange darstellt.

5. Niederdruckverdichter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (13) eine durchgehende Antriebswelle (14) aufweist, also ein sogenannte doppeltes Wellenende an denen dann auch zwei Antriebsarme (15) drehfest angebracht werden die dann über zwei Pleuelstangen (16) und über zwei Lineareinheiten (17;18) auf zwei Kolben- Zylindereinheiten (19-26) einwirken.

6. Niederdruckverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsarme in Drehrichtung winkelversetzt zueinander angebaut sind

Zeichnung