Mehrstufiger Hubkolbenkompressor Die Erfindung betrifft einen mehrstufigenHubkolbenkompressor, insbesondere für Hoch- und Höchstdruck, mit einem Zylindergehäuse,einem im Zylindergehäuse geführten Stufenkolben, einer Antriebseinrichtung für denStufenkolben sowie durch Ventile gesteuertenVerbindungsleitungen zwischen aufeinanderfolgendenStufen des Zylinderqehäuses. Multistage Reciprocating Compressor The invention relates to a multistageReciprocating compressor, especially for high and maximum pressure, with a cylinder housing,a stepped piston guided in the cylinder housing, a drive device for theStepped pistons as well as valve-controlled connecting lines between successive onesSteps of the cylinder housing.
Es sind bereits Kompressoren dieser Art bekannt, die jedoch im allgemeinennur für niedere Drücke verwendbar sind. Bei höheren Drücken treten bei dieser KompressorenartgroßeSchwierigkeiten auf. Eine Schwierigkeit ist in der Geradführungder an einem axialen Ende des Stufenkolbens angreifenden Kolbenschubstange zu sehen.Diese Schwierigkeit wurde teilweise dadurch überwunden, daß man wesentlich größereAbmessungen für Kolben und Schubstange wählte, als es sonst erforderlich gewesenwäre. Dadurch steigen Herstellungskosten und Gewicht des Kompressors. Auch die Abdichtungder Kolbenschubstange durch Stopfbuchsen ist verhältnismäßig kompliziert, da einesich hin- und herbewegende Stange grundsätzlich schwieriger abzudichten ist alseine nur sich drehende Welle.There are already known compressors of this type, but in generalcan only be used for low pressures. This type of compressor occurs at higher pressuressizeDifficulties arise. One difficulty is in the straight linethe piston push rod engaging at one axial end of the stepped piston can be seen.This difficulty has been overcome in part by making much larger onesChose dimensions for piston and push rod than otherwise requiredwere. This increases the manufacturing cost and weight of the compressor. The sealing toothe piston pushrod through glands is relatively complicated as afloating rod is fundamentally more difficult to seal thana shaft that only rotates.
Aus diesem Grunde war man auch darauf angewiesen, die Hochdruckstufenmöglichst weit von der Antriebsseite entfernt anzuordnen, wodurch eine ausgewogeneVerteilung der Kolbenmassen fast unmöglich wird. Man mußte daher den Kompromiß schließen,wenigstens eine Stufe mit höherem Druck an der Antriebsseite anzuordnen, wodurchdiese Stufe gegen den Ansaugdruck abgedichtet werden mußte.For this reason one was dependent on the high pressure stagesTo be arranged as far away as possible from the drive side, creating a balancedDistribution of the piston mass becomes almost impossible. One therefore had to make a compromiseto arrange at least one stage with higher pressure on the drive side, wherebythis stage had to be sealed against the suction pressure.
Aus diesen Gründen wählt man bei Hochdruckkompressoren meist eineBauart mit getrenntem Kolben-Zylindereinheiten für jede einzelne Stufe, die z.B.sternförmig oder boxerförmig angeordnet sind und durch einen gemeinsamen Kurbelantriebbetätigt werden. Hierbei ist es besonders nachteilig, daß jede einzelne Stufe fürsich, also auch die Hochdrck,stufen, gegen den Ansaugdruck abgedichtet werden müssen.Besonders schwierig ist auch hier die Verteilung der Kolbenkräfte, da sich bei jederUmdrehung der Kurbelwelle die einzelnen Stufen und somit auch die zugehörigen Ansaug-und Ausstoßventile in den verschiedensten Saug- bzw. Druckphasen befinden, wodurchin einzelnen Stufen Stauungen und Rückprellungen der weiterbeförderten Luft in Kaufgenommen werden müssen, was eine außerordentliche Verschlechterung des Wirkungsgradeszur Folge hat. Es kann grundsätzlich kein Strömen der in den einzelnen Stufen weiterbefördertenLuft erzielt werden, sondern diese pulsiert stark, wodurch sich große Verluste ergeben.Dadurch wird auch dasAnsprechen der Ventile stark verzögert unddie Kolben haben jeweils bereits einen beträchtlichen Weg zurückgelegt, bevor dieVentile überhaupt ansprechen. Das hat zur Folge, daß man große Kolbenhübe benötigtund infolgedessen die Abmessungen des Kompressors ziemlich groß und die Drehzahlenziemlich klein gewählt werden müssen. Bei diesen bekannten Kompressoren ist aucheine sehr genaue Passung und damit eine optimale Abdichtung zwischen Kolben undZylinder im Hinblick auf die erforderliche Schlagtoleranz des Kurbelantriebes nichtmöglich. Daraus ergibt sich eine hohe Material abnutzung und Störanfälligkeit dieserKompressoren, insbesondere in den Endstufen.For these reasons, one usually chooses one for high pressure compressorsDesign with separate piston-cylinder units for each individual stage, e.g.Are arranged in a star or boxer shape and by a common crank drivebe operated. It is particularly disadvantageous that each individual stage forthemselves, including the high pressure, must be sealed against the intake pressure.Here, too, the distribution of the piston forces is particularly difficult, since eachRotation of the crankshaft the individual stages and thus also the associated intakeand discharge valves are in the most varied of suction and pressure phases, wherebyIn individual stages, congestion and bouncing of the air that is transported on is acceptablemust be taken, resulting in an extraordinary deterioration in efficiencyhas the consequence. In principle, there can be no flow of the further conveyed in the individual stagesAir can be achieved, but this pulsates strongly, resulting in large losses.This also becomes thatResponse of the valves greatly delayed andthe pistons have already come a long way before theAddress valves at all. The consequence of this is that large piston strokes are requiredand as a result the dimensions of the compressor are quite large and the speedsmust be chosen quite small. In these known compressors is alsoa very precise fit and thus an optimal seal between the piston andCylinder with regard to the required impact tolerance of the crank drive is notpossible. This results in high material wear and tear and susceptibility to failureCompressors, especially in the power amplifiers.
Durch die Erfindung soll demgegenüber ein Kompressor geschaffen werden,der bei wesentlich größerer Leistung und größerem Wirkungsgrad gegenüber den bekanntenKompressoren einfacher, kleiner und leichter aufgebaut, weniger störanfällig undbilliger herzustellen ist und möglichst wenige Verschllißteile enthält.By contrast, the invention is intended to create a compressor,the one with much greater power and greater efficiency compared to the knownCompressors are simpler, smaller and lighter, less prone to failure andis cheaper to manufacture and contains as few wear parts as possible.
Diese Aufgabe wird bei einem Kompressor der eingangs genannten Arterfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stufenkolben durch die Antriebseinrichtungan seiner Längsmitte angetrieben und in Axialrichtung symmetrisch zur Längsmitteausgebildet ist und daß jede auf einer Seite der Längsmitte gelegene Stufe des Zylindergehäusesmit Ausnahme der Endstufe mit der jeweils nächsthöheren Stufe auf der anderen Seiteder Längsmitte durch Verbindungsleitungen verbunden ist.This task is performed with a compressor of the type mentioned at the beginningaccording to the invention achieved in that the stepped piston is driven by the drive devicedriven at its longitudinal center and axially symmetrical to the longitudinal centeris formed and that each step of the cylinder housing located on one side of the longitudinal centerwith the exception of the output stage with the next higher stage on the other sidethe longitudinal center is connected by connecting lines.
Durch den Kunstgriff des mittigen Kolbenantriebs und der vollständigsymmetrischen Ausbildung des Kolbens ergibt sich die Möglichkeit, nicht nur dieauftretenden Schwungmassen des Kolbens gleichmäßig zu verteilen, sondern auch einebesonders günstige Anordnung und Aufeinanderfolge der einzelnen Stufen frei zu wählen.Es ergibt sich insgesamt eine sehr kompakte Bauweise, bei der wenige dem Verschleißunterworfene Teile auftreten. Insbesondere ergibt sich bei hoher Leistung einesehrkleine Bauweise und geringes Gewicht des Kompressors.Through the trick of the central piston drive and the completesymmetrical design of the piston results in the possibility of not only theoccurring centrifugal masses of the piston to distribute evenly, but also aparticularly favorable arrangement and sequence of the individual stages can be freely selected.The overall result is a very compact design with little wear and tearsubject parts occur. In particular, when the power is high, there is averysmall construction and low weight of the compressor.
Da infolge der völlig symmetrischen Ausbildung des Kolbens stets zweizu beiden Seiten der Längsmitte angeordnete gleiche Stufen vorhanden sind, ist aneiner solchen doppelten Stufe eine wesentlich höhere Kühlfläche vorhanden, so daßtrotz des praktisch doppelten Luftdurchsatzes und trotz der kleinen Bauweise dieErwärmung des Kompressors verhältnismäßig gering bleibt.As a result of the completely symmetrical design of the piston always twothere are the same steps arranged on both sides of the longitudinal center, is onsuch a double stage has a much higher cooling surface available, so thatdespite the practically double air flow and despite the small size of theHeating of the compressor remains relatively low.
Auch die Schmierung des erfindungsgemäßen Kompressors gestaltet sichaußerordentlich einfach und kann in üblicher Weise entweder durch eine mit dem Antriebverbundene Öl pumpe (Druckschmierung) oder mittels eines Òlsumpfes (Sprühnebelschmierung)erfolgen. Das Zylindergehäuse kann völlig dicht ausgebildet werden und es ist daherohne weiteres möglich, einen Leckdruck aufzubauen und mit Hilfe desselben eine Druckschmierungdurchzuführen. Es ist sogar ein Betrieb des Kolbens als TrockXläufer möglich.The lubrication of the compressor according to the invention is also developedextremely simple and can be done in the usual way either by one with the driveconnected oil pump (pressure lubrication) or by means of an oil sump (spray lubrication)take place. The cylinder housing can be made completely tight and it is thereforeeasily possible to build up a leakage pressure and with the help of the same pressure lubricationperform. It is even possible to operate the piston as a dry runner.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform steigen die Drückein den von der Längsmitte zu den Enden des Kolbens hin sich aneinander anschließendenStufen der Reihe nach an. Dadurch ergibt sich der große Vorteil, daß die Antriebseinrichtungbeiderseits nur gegen die niedrigste Druckstufe abgedichtet werden muß, währenddie Höchstdruckstufenjeweils an den beiden voneinander entfernten Enden von Kolbenund Zylindergehäuse angeordnet sind. Neben extrem kleiner Bauweise und geringemGewicht sind ein sehr kurzer Kolbenhub und außerordentlich hohe Drehzahlen der Antriebseinrichtungmöglich.In a particularly preferred embodiment, the pressures risein those adjoining one another from the longitudinal center to the ends of the pistonSteps one after the other. This has the great advantage that the drive devicemust be sealed on both sides only against the lowest pressure level, whilethe maximum pressure stages each at the two distal ends of pistonsand cylinder housing are arranged. In addition to extremely small construction and lowWeight is a very short piston stroke and extremely high speeds of the drive devicepossible.
Es ergibt sich autbmatisch eine volle Synchronität in der Kompressionder einzelnen Stufen, so daß im Gegensatz zu bekannten Kompressoren auf unterschiedlicheKolbenkräfte keine Rücksicht genommen werden muß und daher die ganze Anordnung mitgeringen Abmessungen und geringem Gewicht ausgeführt werden kann. Vor allem ergibtsich beim Antrieb ein wesentlich geringerer Kraftaufwand und insbesondere erzieltman einen sehr hohen Liefernutzgrad und eine hervorragendeLaufruhe.Durch den so erzielten gleichmäßig ruhigen Lauf wird das Material des Kompressorssehr geschont, da insbesondere fast keine störenden und verschleißhervorrufendenSchwingungen auftreten. Infolge der möglichen hohen Drehzahlen bei geringen Leckverlustenkönnen extrvem hohe Drücke erzielt werden. Die Leckverluste sind insbesondere deswegenso gering, weil die nächsthöhere Stufe räumlich immer der vorangehenden folgt.There is automatically full synchronicity in the compressionof the individual stages, so that in contrast to known compressors on differentPiston forces do not have to be taken into account and therefore the whole arrangement with itsmall dimensions and light weight can be carried out. Most of all it resultsA significantly lower expenditure of force and in particular achieved during the driveone has a very high yield efficiency and an excellent oneSmoothness.The evenly smooth running achieved in this way becomes the material of the compressorvery spared, as there are almost no disruptive and wear-causingVibrations occur. As a result of the possible high speeds with low leakage lossesextremely high pressures can be achieved. The leakage losses are particularly because of thisso low because the next higher level always follows the previous one spatially.
Die zwischen den einzelnen aneinandergrenzenden Stufen abzudichtendenDruckdifferenzen sind daher verhältnismäßig gering.The one to be sealed between the individual adjoining stepsPressure differences are therefore relatively small.
Die Kolbenkräfte sind beim Hin- und Rücklauf stets vollständig gleichund es müssen keine komplizierten Ineinanderschachtelungen der einzelnen Stufenvorgenommen werden wie bei den bekannten Kompressoren mit Stufenkolben. Da die höchsteDruckstufe an beiden Enden der Anordnung liegt, muß sie nur nach einer Seite abgedichtetwerden, so daß auch hier weniger Verluste auftreten können.The piston forces are always completely the same for the outward and return movementsand there is no need for any complicated nesting of the individual levelsare carried out as with the known compressors with stepped pistons. Because the highestPressure stage is at both ends of the arrangement, it only needs to be sealed on one sideso that fewer losses can occur here as well.
Besonders vorteilhaft wirken sich die Eigenschaften des erfindungsgemäßenKompressors aus, wenn auf jeder Seite der -Längsmitte drei bis fünf Stufen vorgesehenwerden.The properties of the invention are particularly advantageousCompressor off if there are three to five stages on each side of the longitudinal centerwill.
Als Antrieb für den Kolben wird zweckmäßigerweise ein mit seiner Drehachsesenkrecht zur Längsachse des Kolbens angeordneter Kurbel- oder Exzenterantrieb vorgesehen.Bei einer vorteilhaften Ausführungsform greift eine Extertrrrolle des Exzenterantriebesin ein den Kolben in seiner Längsmitte durchsetzende Ausnehmung ein, deren Achsesich senkrecht zur Kolbenbewegung erstreckt.A drive with its axis of rotation is expediently used as the drive for the pistonCrank or eccentric drive arranged perpendicular to the longitudinal axis of the piston is provided.In an advantageous embodiment, an external roller of the eccentric drive engagesinto a recess penetrating the piston in its longitudinal center, the axis of whichextends perpendicular to the piston movement.
Eine noch zweckmäßigere und reibungsfreiere Verbindung der Antriebseinrichtungmit dem Kolben läßt sich dadurch erzielen, daß ein exzentrischer Abschnitt einerKurbelwelle in einem Drehlager geführt ist, das in einem Gleitstück sitzt, welchesin einer Öffnung senkrecht zur Längsachse des Kolbens gleitend verschiebbar gelagertist. Das Gleitstück kann aus einer etwa quadratischen Platte bestehen und die Öffnungist vorzugsweise rechteckig ausgebildet, wobei zwischen dem Gleitstück und beidenlängeren Wandungen der Öffnung ein Gleit- oder Rollenlager anqeordnet ist.An even more useful and frictionless connection of the drive devicecan be achieved with the piston that an eccentric portion of aCrankshaft is guided in a pivot bearing that sits in a slider, whichslidably mounted in an opening perpendicular to the longitudinal axis of the pistonis. The slider can consist of an approximately square plate and the openingis preferably rectangular, with between the slider and bothlonger walls of the opening a sliding or roller bearing is arranged.
Die Ausbildung der Antriebseinrichtung als Kurbel- oder Exzenterantriebermöglicht ene wesentlich einfachere Abdichtung der Antriebswelle gegen die niedrigsteDruck stufe des Kompressors im Gegensatz zu der Abdichtung einer hin- und hergehendenKolbenstange bei den bekannten Stufenkolbenausführungen, wobei die Kolbenstangezudem gegen eine höhere Druck stufe abgedichtet werden mußten. Die Auswuchtung derschwingenden Massen erfolgt nahezu von selbst und es können wesentlich leichtereund kleinere Konstruktionen der Antriebseinrichtung gewählt werden.The design of the drive device as a crank or eccentric driveenables a much simpler sealing of the drive shaft against the lowestPressure stage of the compressor in contrast to the sealing of a reciprocatingPiston rod in the known stepped piston designs, the piston rodalso had to be sealed against a higher pressure level. The balancing of theVibrating masses take place almost by themselves and it can be much lighterand smaller constructions of the drive device can be selected.
Um die Herstellung des Stufenkolbens zu vereinfachen, weist in weiterervorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Kolben in seinem Innern eine flachePlatte auf, die sich zu beiden Seiten hin verjüngt und in je einen Zapfen übergeht,auf dem jeweils eine etwa die Hälfte einer Kolbenschale bildende Halbschale an jederEndstufe des Kolbens befestigt ist. Durch diese Ausführung wird der Kolben sehrleicht und in einfacher und billiger Weise herzustellen und aufzubauen. Bei einerbevorzugten Ausführungsform sind die Zapfen als Gewindezapfen ausgebildet und Halbschalensind mittels je eines Innengewindes auf die Zapfen aufgeschraubt. Die beiden Halbschalentragen zweckmäßigerweise an ihren Stirnflächen je einen beliebig geformten Falz,wobei die beiden Falze im zusammengebauten Zustand des Kolbens ineinandergefügtsind.In order to simplify the production of the stepped piston, furtheradvantageous embodiment of the invention, the piston in its interior a flatPlate that tapers on both sides and merges into a pin each,on each one half-shell forming about half of a piston shell on eachFinal stage of the piston is attached. By doing this, the piston becomes veryeasy to manufacture and assemble in a simple and inexpensive manner. At apreferred embodiment, the pins are designed as threaded pins and half-shellsare screwed onto each pin by means of an internal thread. The two half-shellsexpediently each have a fold of any shape on their end faces,wherein the two folds are nested in the assembled state of the pistonare.
Bei Verwendung eines Kurbel antriebs in der oben erläuterten Weisewird die Kurbelwelle mit dem von ihr bewegten Gleitstück in eine entsprechende Öffnungin der flachen Platte eingesetzt und das Gleitstück wird in der Öffnung durch jezwei auf beiden Seiten der Platte befestigte und über den Rand der Öffnung vorstehendeHalteplatten in Richtung der Kurbelwellenachse festgelegt. Die Kolbenschale weistvorzugsweise in der Längsmitte des Kolbens in Längsrichtung verlaufende Langschlitzezum Durchtritt der Kurbelwelle auf.When using a crank drive in the manner explained abovethe crankshaft with the slider it moves into a corresponding openinginserted in the flat plate and the slider is inserted in the opening through eachtwo fastened on either side of the plate and protruding over the edge of the openingRetaining plates set in the direction of the crankshaft axis. The piston bowl haselongated slots preferably running in the longitudinal center of the piston in the longitudinal directionto the passage of the crankshaft.
Die Verbindung des Kurbelantriebs mit dem in dieser Weise aufgebautenKolben gestaltet sich sehr einfach. Es wird zunächstdie-Kurbelwellemit dem Gleitstück in die dafür vorgesehene Öffnung in der flachen Platte engesetztund sodann die eine Halbschale auf den zugehörigen Gewindezapfen der flachen Platteaufgeschraubt. Anschließend wird die Kurbelwelle so gedreht, daß sie in der einenHälfte des Langschlitzes der bereits montierten Halbschale zu liegen kommt. In dieserbtellungkann ohne weiteres die andere Halbschale soweit aufgeschraubt werden, bis sich dieStirnseiten der Halbschalen aneinander legen und die Langschlitzabschnitte in denbeiden Halbschalen sich zu den beiden Langschlitzen für die Kurbelwelle ergänzen.The connection of the crank drive with the one built in this wayPiston is very simple. It will be firstthe crankshaftwith the slide in the opening provided in the flat plateand then one half-shell on the associated threaded pin of the flat plateunscrewed. Then the crankshaft is rotated so that it is in oneHalf of the long slot of the already assembled half-shell comes to rest. In this positionthe other half-shell can easily be screwed on until thePlace the end faces of the half-shells against one another and insert the elongated slot sections into theBoth half-shells complement each other to form the two long slots for the crankshaft.
Zweckmäßigerweise sind an der Kurbelwelle im Innern der KolbenschaleAusgleichgewichte für das Kolbengewicht angebracht, so daß keinerlei Unwuchtkräfteauftreten und trotzdem eine kleine und leichte Bauweise des Kolbens gewährleistetbleibt.Appropriately, are on the crankshaft in the interior of the piston shellBalance weights for the piston weight attached so that no imbalance forces whatsoeveroccur and still ensure a small and lightweight design of the pistonremain.
Eine Schwierigkeit stellt bei den bekannten Stufenkolbenkompressorendie Heranführung der Ventile an die einzelnen Druck stufen dar. Besonders zweckmäßighat sich beim erfindungsgemäßen Kompressor eine schräge Heranführung der Ventileerwiesen, wobei die die einzelnen Stufen verbindenden Flächen von Kolben und Zylindergehäusekonisch verlaufen. Dadurch entstehen wesentlich geringere Schadräume als bei axialerHeranführung der Ventile nd radialer Lage der genannten Flächen.One problem is posed by the known multi-stage piston compressorsthe approach of the valves to the individual pressure levels. Particularly usefulIn the case of the compressor according to the invention, there is an oblique approach of the valvesproven, with the surfaces of the piston and cylinder housing connecting the individual stagesare conical. This results in significantly smaller dead spaces than with axialApproach of the valves and the radial position of the surfaces mentioned.
Darüberhinaus können die Durchtrittsachsen der Ventile noch über diekonische Neigung der genannten Flächen hinaus zur Längsachse des Kolbens hin geneigtwerden, so daß die Durchtrittsachsen mit der Kolbenlängsachse Winkel einschließen,die höchstens gleich dem Winkel zwischen der Längsachse und den Senkrechten aufden konischen Flächen sind. Durch diese weitere Heranführung der Durchtrittsachsender Ventile an die Kolbenlängsachse lassen sich die Strömungsverhältnisse aus deneinzelnen Druckstufen in die Ventile infolge der Erzeugung einer stabilen Verwirbelung,wodurch Aufpralltrubulenzen vermieden werden, noch weiter verbessern.In addition, the passage axes of the valves can still use theconical inclination of said surfaces also inclined towards the longitudinal axis of the pistonso that the passage axes enclose angles with the longitudinal axis of the piston,which is at most equal to the angle between the longitudinal axis and the verticalthe conical surfaces are. Through this further approach of the passage axesof the valves on the piston longitudinal axis, the flow conditions can be determined from theindividual pressure stages in the valves as a result of the generation of a stable turbulence,thereby avoiding impact turbulence, improve it even further.
Zur Erleichterung des Zusammenbaus des Zylindergehäuses mitdembereits mit der Antriebseinrichtung verbundenen Kolben ist vorzugsweise das Zylindergehäusein Längsrichtung in mehrere Ringe unterteilt, die mittels ringförmiger Gewinde oderBolzen aneinandergeschraubt sind. Beim Zusammenbau kann daher der Kolben mit derAntriebseinrichtung in eine Zylindergehäusehälfte eingesetzt werden und die andereHälfte des Zylindergehäuses kann Ring für Ring aufgeschraubt werden.To facilitate assembly of the cylinder housing withto theThe piston that is already connected to the drive device is preferably the cylinder housingdivided in the longitudinal direction into several rings, which by means of annular thread orBolts are screwed together. When assembling, therefore, the piston with theDrive device are used in a cylinder housing half and the otherHalf of the cylinder housing can be screwed on ring by ring.
Für das Einsetzen der Ventile sind vorzugsweise die an die schrägenFlächen angrenzenden Teile des Zylindergehäuses mit Gewindeöffnungen zum Einschraubender Ventile versehen.For the insertion of the valves are preferably those on the slopesSurfaces adjacent parts of the cylinder housing with threaded openings for screwing inof the valves.
Es sind jedoch grundsätzlich auch andere herkömmliche Befestigungsartender Ventile im Zylindergehäuse möglich.In principle, however, there are also other conventional types of fasteningof the valves in the cylinder housing possible.
Besonders einfach, platzsparend und leistungssteigernd kann in weitererAusgestaltung der Erfindung die Ventilanordnung der End- bzw. Höchstdruckstufengemacht werden, indem das Auslaßventil jeder Endstufe als Tellerventil mit zweientgegengesetzten Ventilsitzen ausgebildet wird, in dessen in axialer Richtung desZylindergehäuses verschiebbaren Teller das Einlaßventil der Endstufe als zweitesTellerventil eingesetzt ist, wobei der Strömungsquerschnitt einer von dem einenVentilsitz wegführenden Hochdruckleitung so bemessen ist, daß die aufgrund des höherenDruckes in der Hochdruckleitung auf den Teller des Auslaßventils wirkende Kraftetwas geringer ist als die aufgrund des weniger hohen Drucks in der Einlaßleitungder Endstufe auf den Teller wirkende Kraft. Die Hochdruckleitung ist dabei vorzugsweiseüber einen Kranz von engen Bohrungen im Zylindergehäuse mit dem einen Ventilsitzverbunden.Particularly simple, space-saving and performance-enhancing can be furtherEmbodiment of the invention, the valve arrangement of the final or maximum pressure stagesbe made by using the exhaust valve of each output stage as a poppet valve with twoopposite valve seats is formed, in which in the axial direction of theCylinder housing sliding plate, the inlet valve of the output stage as the secondThe poppet valve is used, the flow cross-section of one of theValve seat leading away high pressure line is dimensioned so that the due to the higherPressure in the high pressure line acting on the plate of the outlet valveis slightly lower than that due to the less high pressure in the inlet lineof the output stage acting on the plate. The high pressure line is preferredvia a ring of narrow bores in the cylinder housing with one valve seattied together.
Durch die Verkleinerung des Strömungsquerschnittes wird der Ventiltellerdes doppeltwirkenden Auslaßventils während des Ansaughubes der Endstufe gegen dieengen Einlässe der Hochdruckstufe gedrückt und gleichzeitig das Einlaßventil innerhalbdes Ventiltellers des Auslaßventils geöffnet. Beimfolgenden Verdichtungshubwird das Einlaßventil geschlossen und der Teller des Auslaßventils legt sich anden entgegengesetzten Ventilsitz an, so daß die Endstufe mit der Hochdruckleitungverbunden-und egen den Einlaß abgedichtet wird.By reducing the flow cross-section, the valve disk becomesof the double-acting exhaust valve during the intake stroke of the output stage against thenarrow inlets of the high pressure stage while pushing the inlet valve insideof the valve head of the exhaust valve is open. At thefollowing compression strokethe inlet valve is closed and the plate of the outlet valve is appliedthe opposite valve seat so that the output stage with the high pressure lineconnected-and sealed egen the inlet.
Diese Anordnung ist nicht nur äußerst platzsparend und einfach aufgebaut,sondern ergibt auch ein sehr wirksames und schnelles Arbeiten der Endstufenventile.Besonders herauszustellen ist die mit diesem Ventil erzielbare hohe Durchsatzleistung,da in beiden Strömungsrichtungen fast die gesamte Stirnfläche der Stufe III geöffnetwerden kann.This arrangement is not only extremely space-saving and simple,but also results in a very effective and fast operation of the output stage valves.Particularly noteworthy is the high throughput that can be achieved with this valve,since almost the entire face of stage III is open in both directions of flowcan be.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Kompressoralle an einen Hoch- und Höchstdruckkompressor zu stellenden Anforderungen in idealerWeise erfüllt werden.In summary, it should be noted that with the compressor according to the inventionall requirements to be made of a high and ultra high pressure compressor in idealWay to be fulfilled.
Der erfindungsgemäße Kompressor weist weder die oben geschildertenNachteile der herkömmlichen Kompressoren mit getrennten Kölben-Zylindereinheitenfür jede Stufe noch die Nachteile der herkömmlichen Stufenkolbenkompressoren auf.In der neuesten Fachliteratur werden für die Ausbildung von Stufenkolbenkompressorenfolgende Forderungen gestellt: Die Kolbenkräfte sollen bei Hin- und Rückgang möglichstgleich sein, damit die Antriebseinrichtung möglichst leicht und das Drehmoment möglichstgleichmäßig werden. Das Stufendruckverhältnis zwischen den aufeinanderfolgendenStufen soll möglichst gleich sein, muß aber auf den Ausgleich der Kolbenkräfte abgestimmtwerden. Die Hochdruckstufe soll vorzugsweise als Vollzylinder mit kleinen Kolbenringenauf einem und dem gleichen Durchmesser ausgebildet werden. Die Stopfbüchsen fürdie Durchführung der Antriebseinrichtung sollen möglichst nicht in der Hochdruckstufeangeordnet werden. Wenn eine Stufe gerade drückt, soll die nächstiAgende Stufe möglichstsaugen, damit der Druck in einem nachgeschalteten Zwischenkühler nicht zu sehr schwankt.Der Kolbenausbau soll,möglichst einfach und leicht sein und bei der Unterbringungder Ventile sollen möglichst geringe Schadräume auftreten.The compressor according to the invention has neither those described aboveDisadvantages of the conventional compressors with separate piston-cylinder unitsthe disadvantages of conventional multi-stage reciprocating compressors for each stage.The latest specialist literature describes the training of step piston compressorsThe following requirements are made: The piston forces should be as possible when going back and forthbe the same so that the drive device is as light as possible and the torque as possiblebecome even. The stage pressure ratio between the successive onesLevels should be the same as possible, but must be adjusted to balance the piston forceswill. The high pressure stage should preferably be a full cylinder with small piston ringsbe formed on one and the same diameter. The stuffing boxes forthe implementation of the drive device should, if possible, not be in the high pressure stageto be ordered. If a step is pressing, the next step should if possiblesuction so that the pressure in a downstream intercooler does not fluctuate too much.The piston removal should be as simple and easy as possible and with the accommodationof the valves should be as small as possible.
Die Fachwelt geht bisher einhellig davon aus, daß alle diese Forderungengroßenteils aufeinanderstoßen, so daß man aufKompromisse angewiesenist und für verschiedene Zwecke verschiedene Wege zur Erfüllung der einzelnen Forderungengeht.Experts have so far been unanimous in assuming that all of these demandslargely collide so that one onDependent on compromiseis and for different purposes different ways of fulfilling the individual requirementsgoes.
Alle oben genannten Forderungen werden durch den erfindungsgemäßenKompressor ohne Ausnahme ausgezeichnet erfüllt. Die Kolbenkräfte sind bei Hin- undRückgang vollständig gleich, das Triebwerk kann außerordegntlich leicht ausgebildetund das Drehmoment vollständig gleichmäßig gemacht werden. Die Stufendruckverhältnissekönnen vollständig weich gewählt werden und müssen nicht auf den Ausgleich der Kolbenkräfteabgestimmt werden. Die hochdruckstufe ist als Vollzylinder mit kleinen Kolbenringenauf einem einzigen Durchmesser ausgebildet. Stopfbüchsen müssen an keiner Druckstufevorgesehen werden, da ein einfacher Drehantrieb in der Mitte des Kolbens vorgesehenist. Wenn eine Stufe drückt, saugt die nächstfolgende völlig synchron. En nachgeschalteterZwischenkühler kann im allgemeinen wegen der geringen Erwärmung überhaupt entfallen.Der Druck an der höchsten Druckstufe schwankt im wesentlichen nicht, da stets dieeine Hälfte jeder Druckstufe drückt, während die andere Hälfte der gleichen Druckstufeauf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens saugt. Der Kolben ist extrem leichtund einfach aufgebaut und die Ventile können praktisch ohne Schadraum in vorteilhafterSchräglage in die vorzugsweise konischen Flächen der einzelnen Druckstufen eingebautwerden.All of the above requirements are met by the inventionCompressor fulfilled excellently without exception. The piston forces are there and backDecrease completely the same, the engine can be formed extremely easilyand the torque can be made completely uniform. The stage pressure ratioscan be chosen to be completely soft and do not have to compensate for the piston forcesbe matched. The high pressure stage is a full cylinder with small piston ringsformed on a single diameter. Stuffing boxes do not have to be at any pressure stagebe provided, as a simple rotary actuator is provided in the center of the pistonis. When one step presses, the next one sucks completely synchronously. En downstreamIntercoolers can generally be dispensed with because of the low level of heating.The pressure at the highest pressure level does not fluctuate essentially because theone half of each pressure stage presses while the other half presses the same pressure stagesucks on the opposite side of the piston. The piston is extremely lightand simply constructed and the valves can be used in an advantageous manner with practically no dead spaceInclined position built into the preferably conical surfaces of the individual pressure levelswill.
Anhand der Figuren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindungnäher erläutert. Es zei4: Fig. 1 eine schematische Darstellung von Kolben, Zylindergehäuseund Verbindungsleitungen des Kompressors; Fig. 2 eine Schrägansicht des im erfindungsgemäßenKompreseor verwendeten Stufenkolbens, wobei eine Ausführungsform der Antriebseinrichtungund einesJTeils des Zylinder gehäuses gestrichelt angedeutet ist;Fig.3 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des Kolbens und einesTeils des Zylindergehavlses mit den zugehörigen Teilen der Antriebseinrichtung;und Fig. 4 Schrägansichten der wichtigsten Teile des in Fig. 3 gezeigten Kolbensund der Antriebseinrichtung in auseinandergezogener Form.Preferred exemplary embodiments of the invention are illustrated with the aid of the figuresexplained in more detail. It shows: FIG. 1 a schematic representation of the piston and cylinder housingand connecting lines of the compressor; Fig. 2 is an oblique view of the in the inventionCompressor used stepped piston, one embodiment of the drive deviceand oneJTeils of the cylinder housing is indicated by dashed lines;Fig.3 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of the piston and onePart of the cylinder housing with the associated parts of the drive device;and FIG. 4 oblique views of the most important parts of the piston shown in FIG. 3and the drive device in exploded form.
Aus der schemati-schen Darstellung der Fig. 1 ist die bevorzugte Formvon Kolben und Zylinder sowie die Verbindung der Ein- und Auslässe der einzelnenStufen miteinander bzw. mit dem Einlaß und Auslaß des Kompressors zu ersehen. Derallgemein mit 10 bezeichnete Stufenkolben weist, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich,drei zylindrische Abschnitte 12, 14 und 16, zwei diese zylindrischen Abschnitteverbindende konische Abschnitte 18 und 20 und eine kreisförmige radiale Stirnfläche22 auf beiden Seiten seiner Längsmitte 24 auf, wobei die beiden an die Längsmitteangrenzenden zylindrischen Abschnitte 12 ineinander übergehen. Entsprechende mylindrischeFlächen 12a, 14a, 16a, konische Flächen 18a, 20a und radiale radiale Kreisflächen22a weist das allgemein mit 26 bezeichnete Zylindergehäuse auf. Die zylindrischenFlächen 12, 14 und 16 des Kolbens sind gegen die entsprechenden Flächen 12a, 14aund 16a des Zylindergehäuses durch Kolbenringe 28 abgedichtet.The preferred form is shown in the schematic representation of FIGof piston and cylinder as well as the connection of the inlets and outlets of eachSteps to be seen with each other or with the inlet and outlet of the compressor. Of thegenerally designated 10 has stepped piston, as can be seen in particular from Fig. 2,three cylindrical sections 12, 14 and 16, two of these cylindrical sectionsconnecting conical sections 18 and 20 and a circular radial end face22 on both sides of its longitudinal center 24, the two to the longitudinal centeradjacent cylindrical sections 12 merge into one another. Corresponding cylindricalSurfaces 12a, 14a, 16a, conical surfaces 18a, 20a and radial radial circular surfaces22a has the cylinder housing generally designated 26. The cylindricalSurfaces 12, 14 and 16 of the piston are against the corresponding surfaces 12a, 14aand 16a of the cylinder housing sealed by piston rings 28.
Der Stufenkolben 10 ist in seiner Längsrichtung innerhalb des Zylindergehäuses26 zwischen der in Fig. 1 gezeigten Stellung und einer an den konischen Flächen18a und 20a bzw. der radialen Fläche 22a in der rechten Hälfte des Zylindergehäuses,betrachtet gemäß Fig. 5 hin- und herbewegbar. Zwischen den konischen Flächen 18und 18a wird auf beiden Seiten des Kolbens je ein die erste'Druckstufe I darstellenderRingraum gebildet.The stepped piston 10 is in its longitudinal direction within the cylinder housing26 between the position shown in Fig. 1 and one on the conical surfaces18a and 20a or the radial surface 22a in the right half of the cylinder housing,viewed according to FIG. 5 can be moved back and forth. Between the conical surfaces 18and 18a, on each side of the piston, there is one which represents the first pressure stage I.Annular space formed.
Zwischen den konischen Flächen 20 und 20a wird auf beiden Seiten desKolbens je ein die zweite Druckstufe II darstellender Ringraum gebildet. Zwischenden radialen Flächen 22 und 22a wird auf beiden Seiten des Kolbens ein die EndstufeIIIdarstellender Zylinderraum gebildet. Beim Hin- und Hergangdes Kolbens 10 innerhalb des Zylindergehäuses 26 werden abwechselnd die' StufenI bis III auf der linken bzw. rechten Seite des Kolbens, betrachtétv gemäß --1-,gedrückt bzw.Between the conical surfaces 20 and 20a is on both sides of thePistons each formed an annular space representing the second pressure stage II. BetweenThe radial surfaces 22 and 22a become the final stage on both sides of the pistonIIIrepresenting cylinder space formed. When going back and forthof the piston 10 within the cylinder housing 26 are alternately the 'stagesI to III on the left or right side of the piston, viewed according to --1-,pressed or
gedehnt.stretched.
Die Stufe 1 auf der linken Seite ist über eine Verbindungsleitung30 mit der Stufe II auf der rechten Seite verbunden, während die Stufe I auf derrechten Seite über eine Verbindungsleitung 32 mit der Stufe II auf der linken Seitedes Kolbens, betrachtet gemäß Fig. 1, verbunden ist. Die Stufe II auf der linkenSeite ist über eine Verbindungsleitung 34 mit der Stufe III auf der rechten Seiteverbunden, während die Stufe II auf der rechten Seite über eine Verbindungsleitung36 mit der Stufe III auf der linken Seite des Kolbens, betrachtet gemäß Fig. 1,verbunden ist. Ferner sind die Stufen Lauf beiden Seiten des Kolbens ü'berleitungen38 bzw. 40 mit dem gemeinsamen Einlaß 42 des- ftompressörs verbunden und die beidenEndstufenIII sind jeweils über Leitungen 44 bzw 46 mit einem gemeinsamen Auslaß48 des Kompressors verbunden. In die an die Stufen 1 bis III angrenzenden Endensämtlicher Verbindungsleitungen 30, 32, 34, 36, 38, 40, 44 und 46 sind jeweils Einlaßventile50 bzw. Auslaßventile 52 eingesetzt.Level 1 on the left is via a connecting line30 connected to level II on the right, while level I on theright side via a connecting line 32 with stage II on the left sideof the piston, viewed according to FIG. 1, is connected. Stage II on the leftSide is via a connecting line 34 with level III on the right sideconnected, while Stage II is on the right-hand side via a connecting line36 with stage III on the left side of the piston, viewed according to FIG. 1,connected is. Furthermore, the running stages are overpasses on both sides of the piston38 and 40 are connected to the common inlet 42 of the compressor, and the twoOutput stages III are each via lines 44 and 46 with a common outlet48 of the compressor connected. In the ends adjacent to levels 1 to IIIall of the connecting lines 30, 32, 34, 36, 38, 40, 44 and 46 are each inlet valves50 or exhaust valves 52 are used.
Zum Antreiben des Kolbens 10 weist dieser in seiner Längsmitte 24ein sich senkrecht zu seiner Längsachse 54 erstreckende Ausnehmung 56 auf, in welchereine Exzenterrolle 58 angeordnet ist, die drehbar auf einem abgekröpften Abschnitteiner Exzenterwelle 60 einer nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung üblicherBauart gelagert ist. Bei Drehung der Exzenterwelle 60 kann die Exzenterrolle 58in der Ausnehmung 56 nach oben und unten ausweichen, während die Bewegung der Exzenterrolle58 in Längsrichtung 54 des Kolbens zwischen der in Fig. 1 in ausgezogenen Linienund der in gestrichelten Linien dargestellten Stellung 58a auf den Kolben übertragenwirdWenn sich der Kolben 10 aus der in Fig. 1 gezeigten Stellungnach rechts bewegt, werden die Ventile und Verbindungsleitungen in Richtung dereingezeichneten Teile mit Druckluft beaufschlagt. Die Stufen I und II auf einerSeite des Kolbens fördern in die jeweils nächsthöhere Stufe auf der anderen Seitedes Kolbens, während die Stufe III auf der ersteren Seite zum Hochdruckauslaß 48fördert, der an einen Verbraucher oder ein Vorratsgefäß angeschlossen ist. Gleichzeitigsaugen die Stufen II und III auf der anderen Seite des Kolbens aus der nächstniedrigerenStufe der erstgenannten Seite an, während die Stufe I auf dieser anderen Seite Frischluftvom Einlaß 42 her ansaugt. Ansaugen und Ausstoßen erfolgen auf den beiden Kolbenseitenvollständig synchron, so daß sich ein sehr gleich mäßiger Druck am Auslaß 48 ergibt.Jede Druckstufe I, II und III ist in je eine gleichartige Stufe zu beiden Seitendes Kolbens unterteilt, so daß die entstehende Erwärmung der Druckluft und der Kompressorteileaußerordentlich gering bibt. Wegen des mittigen Antriebes des Kolbens 10 sind dieschwingenden Massen des symmetrischen Korns völlig ausgeglichen und es ergibt sichein außerordentlich ruhiger Lauf auch bei extrem hohen Drehzahlen.To drive the piston 10, it has its longitudinal center 24a recess 56 extending perpendicular to its longitudinal axis 54, in whichan eccentric roller 58 is arranged, which is rotatable on a cranked sectionan eccentric shaft 60 of a drive device, not shown in detail, is more commonDesign is stored. When the eccentric shaft 60 rotates, the eccentric roller 58move up and down in the recess 56 while the eccentric roller is moving58 in the longitudinal direction 54 of the piston between that in FIG. 1 in solid linesand the position 58a shown in dashed lines on the pistonwillWhen the piston 10 moves out of the position shown in FIGmoved to the right, the valves and connecting lines are in the direction of themarked parts are pressurized with compressed air. Levels I and II on oneSide of the piston convey to the next higher level on the other sideof the piston, while stage III on the former side leads to the high pressure outlet 48promotes that is connected to a consumer or a storage vessel. Simultaneouslystages II and III suck on the other side of the piston from the next lower oneStage on the first-mentioned side, while stage I on this other side is fresh airsucks in from the inlet 42. Suction and discharge take place on the two sides of the pistoncompletely synchronous, so that there is a very even pressure at the outlet 48.Each pressure level I, II and III is a similar level on both sidesof the piston divided, so that the resulting heating of the compressed air and the compressor partsremains extremely low. Because of the central drive of the piston 10 arevibrating masses of the symmetrical grain completely balanced and it surrendersan extremely smooth run even at extremely high speeds.
Um einen Vergleich mit bekannten Kompressoren zu ermöglichen, wirdnachfolgend ein zahlenmäßiges Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kompressorangegeben. Dabei ist allerdings zu bemerken, daß die angegebenen Daten keineswegseine Einschränkung der Erfindung bedeuten sollen, da diese Werte jederzeit in weitenGrenzen verändert werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.To enable a comparison with known compressors,the following is a numerical exemplary embodiment for a compressor according to the inventionspecified. It should be noted, however, that the data given is by no meansare intended to mean a restriction of the invention, since these values are always wideLimits can be changed without departing from the scope of the invention.
Es werde angenommen, daß in jeder der Stufen I, II und III ein Kompressionsverhältnisvon 6 : 1 erreicht wird. Der Hub je Stufe soll 30 mm betragen, wobei der Kompressoreine Gesantlänge von etwa 50 cm, eine Gesamtbreite von etwa 20 cm und eine Gesamthöhevon ebenfalls etwa 20 cm sowie ein Gewicht von ca. 15 kp besitzt. Bei diesen Wertenergibt sichbei einer Antriebsdrehzahl von 3 000 U/min eine Ansaugleistungvon etwa 1 300 1/min und bei einem Liefernutzgrad von mehr als 90 % eine minimaleLieferleistung von etwa 1 170 1/min. Zur Erzielung einer derartigen Leistung, diemit einer handlichen, tragbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompressorsohne weiteres zu erreichen ist, müssten bekannte Kompressoren als schweres Standgerätmit vielen Zentnern Gewicht und entsprechenden Abmessungen verwendet werden, dienicht nur in Herstellung und Betrieb wesentlich kostspieliger, sondern auch wesentlichkomplizierter und störanfälliger aufgebaut und umständlich zu bedienen und zu wartensind.It is assumed that in each of the stages I, II and III there is a compression ratioof 6: 1 is achieved. The stroke per stage should be 30 mm, with the compressora total length of about 50 cm, a total width of about 20 cm and a total heightof also about 20 cm and a weight of about 15 kp. With these valuessurrendereda suction power at a drive speed of 3,000 rpmof around 1,300 1 / min and with a delivery efficiency of more than 90% a minimumDelivery rate of around 1 170 1 / min. To achieve such a performance, thewith a handy, portable embodiment of the compressor according to the inventioncan be easily reached, known compressors would have to be a heavy floor unitwith many hundred pounds of weight and corresponding dimensions are used thatnot only much more expensive to manufacture and operate, but also much more expensivemore complicated and prone to failure and cumbersome to operate and maintainare.
Bei Betrachtung der Fig. 1 ist zu bedenken, daß der erfindungsgemäßeKompressor nur schematisch dargestellt ist, wobei alle für die Erfindung nicht wesentlicherscheinendeMerkmale, wie Halterungen für das Zylindergehäuse, Standfüße oder Traggriffe,Antriebsmotor, Schmiervorrichtungen u.dgl., zur Erleichterung des Verständnissesweggelassen sind. Da alle diese weggelassenen Teile in einer dem Fachmann geläufigenWeise ausgebildet werden können, erscheint ihre Darstellung und Beschreibung hiernicht erforderlich. Die tatsächlich äußere Form des Zylindergehäuses ist für dierechte Hälfte desselben, betrachtet gemäß Fig. 1, in gestrichelten Linien in Fig.2 ebenfalls angedeutet. Ferner ist aus Fig. 2 zu ersehen, wie die Exzenterwelle60 mit der auf einem abgekröpften Abschnitt derselben sitzenden Exzenterrolle 58in die Ausnehmung 56 des Kolbens eingreift. Die nicht abgekröpften Abschnitte derin nicht näher gezeigter Weise drehbar gelagerten Exzenterwelle 60 sind durch geeignete,in Längsrichtung des Kolbens 10 verlaufende Langschlitze 62 bzw. 64 nach außen geführt.Zur Einführung der Exzenterrolle 58 in die Ausnehmung 56 ist der Kolben 10 längsder Fuge 25 zweigeteilt und in nicht näher gezeigter Weise, z.B. durch einen Falzmit Preßsitz oddgl. zusammengehalten.When looking at Fig. 1 is to be considered that the inventiveCompressor is shown only schematically, all of which are not essential to the inventionappearing features, such as brackets for the cylinder housing, feet or carrying handles,Drive motor, lubricators and the like. To facilitate understandingare omitted. Since all these omitted parts are known to the person skilled in the artManner, their representation and description appears herenot mandatory. The actual outer shape of the cylinder housing is for theright half of the same, viewed in accordance with FIG. 1, in dashed lines in FIG.2 also indicated. Furthermore, it can be seen from Fig. 2 how the eccentric shaft60 with the eccentric roller 58 seated on a cranked section of the sameengages in the recess 56 of the piston. The non-cranked sections of theeccentric shaft 60, which is rotatably mounted in a manner not shown in detail, areLong slots 62 and 64 extending in the longitudinal direction of the piston 10 are guided to the outside.To introduce the eccentric roller 58 into the recess 56, the piston 10 is longitudinalthe joint 25 is divided into two parts and in a manner not shown in detail, e.g. by a foldwith press fit oddgl. held together.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompressors istin den Fig. 3 und 4 etwas konkreter dargestellt, wobei ebenfalls für die Erläuterungder Erfindung nicht wesentliche Teile weggelassen sind. Für gleiche oder entsprechendeTeilewerden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in den Fig.1 und 2.Another embodiment of the compressor according to the invention is3 and 4 shown somewhat more concretely, also for the explanationParts that are not essential to the invention are omitted. For same or correspondingPartsthe same reference numerals are used as in FIGS.1 and 2.
Auch in diesen Figuren sind daher der Kolben allgemein mit 10 unddas Zylindergehäuse allgemein mit 26 bezeichnet. Jedoch ist bei dieser Ausführungsformder Kolben nicht massiv ausgebildet, sondern aus einer flachen Platte 66 und zweieine hohle Kolbenschale bildenden Halbschalen 68 und 70 zusammengesetzt, wobei dieHalbschalen längs einer Stoßfuge 72 aneinandergrenzen. Jede die Stoßfuge 72 bildendeStirnfläche der Halbschalen trägt einen Falz 69 bzw. 71 und die beiden Falze sindim Zusammengebauten Zustand ineinandergefügt, so daß eine gegenseitige Führung undStützung der beiden Halbschalen gegeben ist. Die flache Platte r6 läuft an ihrenEnden in je einen Gewindebolzen 74 bzw. 76 aus, auf den die beiden Halbschalen 68und 70 mittels Innengewinden 78 und 80- aufgeschraubt sind. Die Halbschalen weisenin Axialrichtung des Kolbens verlaufende Langschlitzabschnitte 82 bzw. 84 auf, diesich gegenseitig zu eine Kurbelwelle 86 aufnehmenden Langschlitzen zusammensetzen.Die Kurbelwelle 86 ist beiderseits des Kolbens im Zylindergehäuse 26 mittels Kugellagern88 drehbar gelagert und weist einen exzentrischen Abschnitt 90 auf, der in den innerenLaufring 92 eines Drehlagers 94 eingreift. Das Drehlager 94 sitzt in einem etwaquadratischen Gleitstück 96, das an seinen längeren Seiten mittels Rollengleitlagern98 in einer langrechteckigen Öffnung 100 der flachen Platte 66 in einer zur Längsachse54 des Kolbens senkrechten Richtung verschiebbar gelagert ist. Das Gleitstück 96wird innerhalb der Öffnung 100 durch vier Halteplatten 102 in Richtung senkrechtzur Längsachse des Kolbens festgelegt, die mittels nicht gezeigter Schrauben undSchraublöcher 104 so an der Außenseite der flachen Platte 66 befestigt sind, daßsie etwas über den Rand der Öffnung 100 nach innen ragen.In these figures, too, the pistons are therefore generally denoted by 10 andthe cylinder housing is generally designated by 26. However, in this embodimentthe piston is not solid, but from a flat plate 66 and twoa hollow piston shell forming half shells 68 and 70 assembled, wherein theHalf-shells adjoin one another along a butt joint 72. Each forming the butt joint 72The end face of the half-shells has a fold 69 or 71 and the two folds arein the assembled state nested, so that a mutual guidance andSupport of the two half-shells is given. The flat plate r6 runs on theirsEnds in a threaded bolt 74 and 76, respectively, onto which the two half-shells 68and 70 are screwed on by means of internal threads 78 and 80-. The half-shells pointin the axial direction of the piston extending elongated slot portions 82 and 84, themutually assemble into a crankshaft 86 receiving long slots.The crankshaft 86 is on both sides of the piston in the cylinder housing 26 by means of ball bearings88 rotatably mounted and has an eccentric portion 90, which in the innerRace 92 of a pivot bearing 94 engages. The pivot bearing 94 sits approximatelysquare slider 96, which on its longer sides by means of roller bearings98 in a long rectangular opening 100 of the flat plate 66 in one to the longitudinal axis54 of the piston is slidably mounted in the vertical direction. The slider 96is perpendicular within the opening 100 by four retaining plates 102set to the longitudinal axis of the piston by means of screws and not shownScrew holes 104 are attached to the outside of the flat plate 66 thatthey protrude slightly over the edge of the opening 100 inward.
Innerhalb der beiden Halbschalen 68 und 70 trägt die Kurbelwelle 86zwei Ausgleichsgewichte 106, die zum Ausgleich der an der Kurbelwelle auftretendenUnwuchtkräfte dienen. Durch -Anordnung der Ausgleichsgewichte 106 innerhalb derKolben schalewird der Platzbedarf des Kolbens nicht vergrößert.Im übrigen sind alle mehr oder weniger konventionell ausgebildeten Teile der Antriebseinrichtungals nicht erfindungswesentlich in der Zeichnung weggelassen.The crankshaft 86 carries within the two half-shells 68 and 70two balance weights 106, which are used to balance the occurring on the crankshaftServe unbalance forces. By arranging the balance weights 106 within thePiston bowlthe space requirement of the piston is not increased.Otherwise, all parts of the drive device are more or less conventionally designedomitted as not essential to the invention in the drawing.
Aus Fig. 3 ist ferner der Aufbau des Zylindergehäuses 26 aus mehrerenin axialer Richtung voneinander getrennten Umfangsringen 108, 110, 112, 114 und116 zu entnehmen. Die nicht dargestellte rechte Hälfte des Zylindergehäuses 26 kannin gleicher Weise aus Ringen aufgebaut sein, was aber für das Einfügen des Kolbensin das Zylindergehäuse nicht unbedingt erforderlich ist. Die einzelnen Ringe sinddurch Gewinde 118 aneinandergeschraubt. Der mittlere Ring 108 enthält die Kugellager88 zur Lagerung der Kurbelwelle 86. Die Ringe 110 und 112 weisen jeweils zwei senkrechtauf den konischen Innenflächen 18a und 20a sitzende Bohrungen 120 mit Innengewinde122 zum Ein schrauben der nicht dargestellten Ein-und Auslaßventile auf.From Fig. 3 is also the structure of the cylinder housing 26 from severalin the axial direction separate circumferential rings 108, 110, 112, 114 and116 can be found. The right half of the cylinder housing 26, not shown, canbe constructed in the same way from rings, but what for the insertion of the pistonin the cylinder housing is not absolutely necessary. The individual rings arescrewed together by thread 118. The middle ring 108 contains the ball bearings88 for mounting the crankshaft 86. The rings 110 and 112 each have two perpendicularBores 120 with an internal thread seated on the conical inner surfaces 18a and 20a122 for a screw on the inlet and outlet valves, not shown.
Der Ring 114 enthält den Auslaß 124 der Endstufe III und der scheibenförmigeAbschlußring oderkylinderkopf 116 enthält den Einlaß 126 der Endstufe III. Zwischender Endstufe III, dem Einlaß 126 und dem Auslaß 124 der Endstufe ist ein erfindungsgemäßausgebildetes Doppelventil 128 angeordnet.The ring 114 contains the outlet 124 of the final stage III and the disc-shapedEnd ring or cylinder head 116 contains inlet 126 of final stage III. Betweenthe final stage III, the inlet 126 and the outlet 124 of the final stage is one according to the inventionformed double valve 128 arranged.
Dieses Doppelventil weist einen Auslaßventilteller 130 mit zwei konischenFlächen 132 und 134 auf, die mit zwei konischen Ventilsitzen 136 bzw. 138 zusammenwirken.Der Ventilteller 130 wird von Stabilisierungsfedern 140 gehalten.This double valve has an outlet valve disc 130 with two conical onesSurfaces 132 and 134 which cooperate with two conical valve seats 136 and 138, respectively.The valve disk 130 is held by stabilizing springs 140.
In den konischen Ventilsitz 138 münden enge Bohrungen 142, die mitdem Auslaß 124 der Endstufe in Verbindung stehen.In the conical valve seat 138 narrow bores 142 open withthe outlet 124 of the final stage in communication.
Innerhalb des Auslaßventiltellers 130 ist ein Einlaßventilteller 144mittels Federn 146 in Anlage an einem konischen Ventilsitz 148 gehalten. Der Querschnittder Bohrungen 142 ist so bemessen, daß beim Ansaughub in der Endstufe IIIdieauf den Ventilteller 130 infolge de Ansaugdruckes wirkende Kraft größer ist alsdiejenige Kraft, die auf die konische Fläche 134 infolge des Hochdruckes im Auslaß124 wirkt. Gleichzeitig öffnet sich während dieses Ansaughubes das Einlaßventil144. Beim folgenden Druckhub schließt sich das Einlaßventil 144, 148 und der Auslaßventilteller130 legt sich an den Ventilsitz 136 an, so daß die Verbindung zum Auslaß 124 hergestelltund die Verbindung zum Einlaß 126 unterbrochen ist.Within the outlet valve poppet 130 is an inlet valve poppet 144held in contact with a conical valve seat 148 by means of springs 146. The cross sectionthe bores 142 is dimensioned so that the intake stroke in the output stage IIItheon the valve disk 130 due to de suction pressure acting force is greater thanthat force acting on the conical surface 134 as a result of the high pressure in the outlet124 works. At the same time, the inlet valve opens during this intake stroke144. During the following pressure stroke, the inlet valve 144, 148 and the outlet valve disk close130 rests against the valve seat 136 so that the connection to the outlet 124 is establishedand the connection to inlet 126 is broken.
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