DE1962245B2 - Kolbenkompressor in einem geschlossenen Kreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor in einem geschlossenen Kreislauf mit einer flüssigkeitsunterstützten Rollmembrandichtung zwischen Kolben- und Zylinderwand, wobei ein Regelventil den Ablauf der Stützflüssigkeit in Abhängigkeit der Druckänderung über der Rollmembran steuert

Kolbenkompressoren der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind aus der FR-PS 13 26 063 (Fig. 9) und der OE-PS 2 43 423 bekannt

Ein Beispiel eines geschlossenen Kreislaufes, in dem derartige Kompressoren Anwendung finden, ist das Leistungsregelsystem einer Heißgaskolbenmaschine (Heißgasmotoren; Kaltgaskuhlmascninen), bei der mittels Regelung der Gewichtsmenge des im Arbeitsraum der Maschine vorhandenen Arbeits;..ediums die Leistung variiert wird. Zwischen der Druckleitung und der Saugleitung des Kompressors ist ein Regelventil angeordnet, mit dem der Saugdruck des Kompressors beeinflußt werden kann (US-PS 33 72 539). Die Rollmembrandichtung sorgt dafür, daß keine Verschmutzung der in den Heißgaskolbenmaschinen verwendeten Regeneratoren stattfindet, was zu einer Wirkungsgradverringerung führen würde.

In solchen geschlossenen Kreisläufen ist der Ansaugdruck des Kompressors überatmosphärisch und höher als der Stützflüssigkeitsdruck, was bedeutet daß die Rollmembran mit ihrer konvexen Seite der Stützflüssigkeit zugewandt ist

Es läßt sich aber nicht immer vermeiden, daß der Ansaugdruck einen bestimmten Mindestwert unterschreitet, z. B. bei Leckage der einen Teil des Kreislaufes bildenden Ansaugleitung. In dieser Sachlage kann das den Ablauf der Stützflüssigkeit versorgende Regelven til die erforderliche Druckdifferenz über die Rollmembrane nicht länger aufrechterhalten. Infolgedessen faltet die Rollmombrane und wird zerstört

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kompressor eingangs erwähnter Art zu schaffen, wobei die Rollmembrane auch bei unzulässig niedrigen Ansaugdrücken vor Falten geschützt ist.

Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor weist das Kennzeichen auf, daß das Saugventil als Kolbenring ausgebildet, ist der den Saugraum vom Arbeitsraum trennt, wobei die Rollmembran im Saugraum angeordnet ist und im Kolben ein Regelventil angebracht ist, das dje Verbindung zwischen den beiden Räumen freigibt, wenn der Ansaugdruck einen bestimmten Mindestwert unterschreitet.

Bei zu niedrigem Ansaugdruck fließt verdichtetes Medium aus dem Arbeitsraum zum Saugraum und sorgt dafür, daß der Druckpegel dort nicht unzulässig sinkt, so daß die Rollmembrane in gestrecktem Zustand bleibt
Der Kolbenring als Saugventil, das Medium nur in der Richtung vom Saugraum zum Arbeitsraum durchläßt, sorgt zugleich dafür, daß im normalen Betrieb des Kompressors die Rollmembrane nicht den im Arbeitsraum auftretenden relativ hohen Kompressionstemperaturen ausgesetzt ist Hierdurch hat die Rollmembrane eine lange Lebensdauer.

Die Anwendung eines als Saugventil wirkenden Kolbenringes in einem Kolbenkompressor, der den Saugraum vom Arbeitsraum trennt ist an sich aus der UC-PS 19 27 864 bekannt

Dadurch, daß das die Verbindung zwischen Arbeitsraum und Saugraum freigebende Regelventil im Kolben angeordnet ist ist ein Kompressor gedrängter Bauart erhalten worden, bei dem dieses Regelventil vor Beschädigung durch äußere Einflüsse geschützt ist

Aus der US-PS 27 15 982 ist ein Kompressor mil Bypass und Leerlaufventil bekannt wobei das Leerlaufventil in Abhängigkeit vom Saugdruck gesteuert wird. Diese Kompressorentlastung dient zur Steuerung der Kälteleistung einer Kompressionskältemaschine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Figur zeigt einen Kolbenkompressor in Längsschnitt

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Zylinder 1 angedeutet in dem ein Kolben 2 mit Spielraum beweglich ist

Der Kolben ist über eine Kolbenstange 3 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden und kann das Volumen eines Arbeitsraumes 4 ändern.

Als Dichtung zwischen der Kolben- und Zylinderwand ist eine Rollmembrane 5 vorhanden, die einen Saugraum 6 von einem Flüssig!?eitsra.:rr 7, in dem sich Schmieröl befindet trennt Der Saugraum 6 ist mit einer Öffnung 8 zum Zuführen von zu komprimierendem Medium versehen. Zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Saugraum 6 befindet sich ein Kolbenring 9, der in eine Nut 10 in der Kolbenwand aufgenommen ist Anstatt in der Kolbenwand läßt sich der Kolbenring auch in einer Nut in der Zylinderwand anordnen. Die Ringfläche 9' des Kolbenringes 9 enthält sich radial erstreckende Nuten, wodurch vermieden wird, daß diese Ringfläche des Kolbenringes und die ihr gegenüberliegende Ringfläche der Nut 10 zusammen eine Dichtung bilden.

In die Wand des Arbeitsraumes 4 ist ein Auslaßventil 11 aufgenommen, das durch eine Druckfeder belastet ist.

Der Kompressor enthält weiter eine Regelvorrichtung, die dafür sorgt daß der Druckunterschied an der Rollmembrane 5 nahezu konstant bleibt. Diese Regelvorrichtung enthält einen einseitig arbeitenden Pumpenring 12, der dem Flüssigkeitsraum 7 Schmieröl zuführen kann, und ein Regelventil 13. Das Regelventil 13 enthält eine in ein Gehäuse 14 aufgenommene Membrane 15, die zwei Räume voneinander trennt, von denen der eine 16 über eine Leitung 17 mit dem Flüssigkeitsraum 7, während der andere Raum 18 über eine Leitung 19 mit dem Saugraum 6 verbunden ist. Die Membrane 15 trägt ein Ventilkörper 20, das die Abführleitung 21 abschließen kann. Weiter ist eine Druckfeder 22 die dafür sorgt daß an der Membrane 15 ein bestimmter gewünschter Druckunterschied herrscht.

Wird nun aus irgendeinem Grunde mehr Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum 7 abgeführt als durch den Pumpenring 12 zugeführt, wodurch der Druck im Flüssigkeitsraum 7 abnimmt, so wird sich durch den dadurch auftretenden niedrigeren Druck im Raum 16 die Membrane 15 abwärts bewegen.

Der Ventilkörper 20 wird dann die Abführleitung 21 völlig oder teilweise abschließen, bis wieder genügend Flüssigkeit im Raum 7 vorhanden und der ursprüngliche Druckunterschied an der Rollmembrane 5 wieder hergestellt ist

Wird andererseits aus irgendeinem Grunde dem Raum 7 mehr Flüssigkeit zugeführt als abgeführt, so nimmt der Druck im Raum 7 und damit auch im Raum 16 zu. Die Membrane 15 und der VentHkörper 20 bewegen sich aufwärts, wodurch die Abführleitung 21 freigegeben wird und soviel zusätzliche Flüssigkeit wegfließen kann, bis der ursprünglich eingestellte Druckunterschied an der Rollmembrane 5 wieder erreicht ist. Auf diese Weise wird die Rollmembrane im normalen Betrieb immer durch genügend Flüssigkeit unterstützt

Im Kolben 2 ist ein Regelventil angebracht, das den Arbeitsraum 4 mit dem Saugraum 6 verbindet, wenn der Ansaugdruck über der Rollmembrane 5 einen bestimmten minimalen Wert unterschreitet Dieses Regelventil enthält einen kleinen Kolben 42, der eine Kammer 43 von einem Raum 44 trennt Als Dichtung dazwischen ist ein O-Ring 45 wirksam, der in eine Nut in der Wand des Kolbens 42 aufgenommen ist

Der Kolben 42 ist über eine Ventilspindel 46 mit einem Ventilkörper 47 verbunden, der mit einem Ventilsitz 48 in der Stirnfläche des Kolbens 2 zusammenarbeitet An der Unterseite des Kolbens 42 übt eine Feder 49 auf das Gebilde aus dem Kolben 42, der Ventilspindel 46 und dem Ventilkörper 47 eine Kraft in Richtung des Arbeitsraumes 4 aus. Die Druckkraft ist mittels einer Schraube 50 einstellbar, wobei die Schraube mit demjenigen Teil der Innenwand des Kolbens 2 zusammenarbeitet der den Raum 44 begrenzt

Die Kammer 43 steht mit dem Saugraum 6 in offener Verbindung, so daß die ringförmige obere Räche des Kolbens 42 den Ansaugdruck spürt Weiter wirkt auf die obere Fläche des Ventilkörpers 47 der Mediumdruck, der im Arbeitsraum 4 herrscht

Im Raum 44 herrscht ein verhältnismäßig niedriger Druck, beispielsweise der atmosphärische Druck.

Ein Anschlag 50 begrenzt die Bewegung des Kolbens 42 und damit des Ventilkörpers 47 nach oben.

Die Wirkungsweise des Kompressors ist wie folgt Bei sich abwärts bewegendem Kolben, was der Fall ist, wenn der Druck im Raum 4 niedriger ist als der im Raum 6, liegt die mit sich radial erstreckenden Nuten versehene Ringfläche 9' des Kolbenringes 9 gegen die obere Ringfläche der Nut 10 an, bildet aber dennoch keine Abdichtung. Nun wird Medium über die öffnung 8 in den Raum 6 angesaugt, wobei dieses Medium an der Kolben- und Zylinderwand entlang und durch die Kanäle und Nuten zwischen dem Kolbenring 9 und der Nut 10 zum Arbeitsraum 4 fließt Durch den Spielraum zwischen der Kolben- und Zylinderwand und durch den weiten Durchgang der Kanäle zwischen dem Kolbenring 9 und der Nut 10 ist der Strömungswiderstand gering. Nachdem der Kolben 2 Jen unteren Totpunkt passiert hat, und sich aufwärts bewegt, kommt die untere Ringfläche des Kolbenringes 9 gegen die untere Ringfläche der Nut 10 zu liegen, was der Fall ist, wenn der Druck im Raum 4 größer wird als im Raum 6, und es entsteht eine gute Dichtung, so daß die im Arbeitsraum vorhandene Medium nicht nach dem Raum zurückfließen kann.

Das Medium im Arbeitsraum wird danach komprimiert und vet läßt den Arbeitsraum über das Auslaßventil 11, das sich öffnet, wenn der Druck im Arbeitsraum den durch die Feder und durch das MtJium in der Ausführungsleitung ausgeübten Druck überschreitet

Die Wirkungsweise des Regelventils im Kolben 2 ist folgende. Die Druckfeder 49 ist derart eingestellt, daß bei normi-'em Ansaugdruck die Kraft, welche durch das Medium in der Kammer 43 auf die ringförmige obere Fläche des Kolbens 42 ausgeübt wird und nach unten gerichtet ist, größer ist als die aufwärts gerichtete Kraft der Druckfeder. Da der Druck im Raum 44 verhältnismäßig niedrig ist, ist die durch das Medium in diesem Raum auf den Kolben 42 ausgeübte Kraft nach oben ebenfalls verhältnismäßig gering. Der Ventilkörper 47 ruht dann in dem Ventilsitz 48, so daß es keine Verbindung zwischen der Kammer 43 und dem Arbeitsraum 4 gibt Wenn nun der Ansaugdruck einen bestimmten minimalen Wert unterschreitet, wodurch der Druckunterschied an der Rollmembran nicht länger aufrechterhalten wird und die Gefahr von Faltenbiluung und einer Zerstörung dieser Membrane auftritt, wird die durch die Druckfeder 49 ausgeübte Kraft die größere Kraft Das aus dem Kolben 42, der Ventilspindel 46 und dem Ventilkörper 47 bestehende Gebilde wird infolgedessen aufwärts gedruckt Der Ventilkörper 47 gibt dann den Ventilsitz 48 frei, so daß komprimiertes Medium aus dem Arbeitsraum 4 über die Kammer 43 nach dem Raum 6 fließt Der Druck über der Rollmembrane 5 nimmt dadurch zu. Auf diese Weise nimmt der Druckunterschied an der Rollmembrane wieder einen akzeptierbaren Wert an, so daß diese

so Membrane vor Zerstörung durch Faltenbildung geschützt ist. Da durch die Mediumströmung vom Arbeitsraum 4 nach dent Raum 6 der Druck im Arbeitsraum gesunken ist, bleibt das Auslaßventil U geschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kolbenkompressor in einem geschlossenen Kreislauf mit einer flüssigkeitsunterstützten Rollmembrandichtung zwischen Kolben- und Zylinderwand, wobei ein Regelventil den Ablauf der Stützflüssigkeit in Abhängigkeit der Druckänderung über der Rollmembran steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil als Kolbenring (9) ausgebildet ist, der den Saugraum (6) vom Arbeitsraum (4) trennt, wobei die Rollmembran (5) im Saugraum (6) angeordnet ist und im Kolben (2) ein Regelventil (47) angebracht ist, das die Verbindung zwischen den beiden Räumen (4; 6) freigibt, wenn der Ansaugdruck einen bestimmten Mindestwert unterschreitet