DE1962245C3 - Kolbenkompressor in einem geschlossenen Kreislauf - Google Patents

Description

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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; Kaltgaskühlmaschinen), bei der mittels Regelung der Gewichtsmtnge des im Arbeitsraum der Maschine vorhandenen Arbei.smediums 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 RoII-membrandichlung sorgt dafür, daß keine Verschmutzung der in den Heißgaskolbenmaschinen verwendeten Regeneratoren stattfindet, was zu einer Wirkungsgradverringerung führen würde.

In solchen geschlossenen Kreisläufen ist der Arisaugdruck des Kompressors überatmosphärisch und höher als der Stüt/flüssigkeitsdruck. was bedeutet, daß die Rollmembran mit ihrer konvexen Seite der Stützflüssigkeit zugewandt ist.

Ks 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 Stüt/flüssigkeit versorgende Regelventil die erforderliche Druckdifferenz über die Rollmembra ne nicht länger aufrechterhalten. Infolgedessen fallet die Rollmcmbranc und wird /erstört.

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 SäügräUrri angeordnet ist und im Kolben ein Regelventil angebracht ist, das die Verbindung zwischen den beiden Räumen freigibt, wenn der Ansaugdruck einen bestimmten Mirtdestwert Unterschreitet.

65 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 US-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 15 992 ist ein Kompressor mit 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 Erfindimg ist in der Zeichnung dargestela und wird im folgenden näher beschrieben.

Die F igur 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 Ϊ 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 Flüssigkeits.- ium 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 KObenwand läßt sich der Kolbenring auch in einer Nut in der Zylinderwand anordnen. Die Ringflächc 9' des Kolbenringes 9 enthält sich radial erstreckende Nuten, wodurch vermieden wird, daß diese Ringflache 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 Rcgelvorrich tung. die dafür sorgt, daß der Druckunterschied an der Rollmetnbrane 5 nahezu konstant bleibt. Diese Regel vorrichtung enthält einen einseitig arbeitenden Pum penring 12, der dem Flüssigkeitsraum 7 Schmieröl zuführen kann, und ein Regelventil 15. 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 Ventilkörper 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 angebrach·, das den Arbeitsraum 4 mit dem Saugraum 6 verbindet, wenn der Ansaugdruck über der Roilmembrane 5 einen bestimmten minimalen Wert unterschreitet. Dieses Regelventil 2=> 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 ü 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 Hache des Kolbens 42 den Ansaugdruck spürt. Weiter wirkt auf die obere Fläche des Ventilkörpers 47 der Mediumdruck, der im Arbeitsraum 4 herrscht.

Im Raun; 44 herrscht ein verhälti.ismäßig niedriger Druck beispielsweise der atmosphärische Druck.

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

Die Wirkungsweise des Kompressors ist wie folgt. Bei ^r>o 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. N jn 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 den 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 verläßt den Arbeitsraum über das Auslaßventil 11. das sich öffnet, wenn der DnH. im Arbeitsraum den durch die Feder und durch da.¹- Medium in der Ausführungsleitung ausgeübten Druck überschreitet.

Die Wirkungsweise des Regelventils im Kolben 2 ist folgende. Die Druckfeder 49 ist derart eingestellt, daß bei normalem 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 langer aufrechterhalten wird und die Gefahr von Faltenbildung und einer Zerstörung dieser Membrane auftritt, wird die durch die Druckfeder 49 ausgeübte Kraft die größere Krr^ft. Das aus dem Kolben 42, der Ventilspindel 46 und dem Ventilkörper 47 bestehende Gebilde wird infolgedessen aufwärts gedrückt. 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 Membrane vor Zerstörung durch Faltenbildung geschützt ist. Da durch die Mediumströmung vom Arbeitsraum 4 nach dem Raum 6 der Druck ΐί.ΐ Arbeitsraum gesunken ist, bleibt das Auslaßventil 11 geschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kolbenkompressor in einem geschlossenen Kreislauf ir.it 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 Arbeits- ¹JO raum (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.