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Kompressor mit Membran
Die Erfindung betrifft einen Kompressor mit Membran, der von einer pulsierenden Flüssigkeit be- tätigt wird.
Die bisher bekannten Kompressoren erreichen eine Mantel- und Deckenkühlung von nur 20% der entstehenden Wärme. Die Gesamtverluste betragen mindestens 30% bei den besten Ausführungen.
Gemäss der Erfindung soll eine erhebliche Vergrösserung der Oberfläche von Membran und deren
Widerlager erreicht werden, um eine bessere und intensivere Oberflächenkühlung als bisher zu erhalten, so dass die Verluste infolge Erwärmung, Reibung, Undichtheit wesentlich herabgesetzt werden.
Um dies zu erreichen, weist gemäss der Erfindung der Kompressor in einer mitFlüssigkeitgefüllten, an beiden Mantelflächen geschlitzten Ringkammer mindestens eine in Draufsicht ringförmige Membran und deren analoges im Querschnitt gewölbtes Widerlager auf, wobei an den Schlitzen in den Wänden der Ringkammer die Ränder von Membran und Widerlager angeordnet sind, welche Schlitze auf der einenMantelfläche dieEintrittsöffnung in denKompressionsraum zwischen Widerlager und Membran und auf der andern Mantelfläche die Austrittsöffnungen bilden, die von einer Speicherkammer für das kom- promierte Medium umschlossen sind.
Eine vorteilhafte Konstruktion des Kompressors nach der Erfindung wird erzielt, wenn die Membran und das Widerlager je als ein wendelförmiger einstückigerTeil ausgebildet und anihrenEnden verbunden sind, wobei die Wandungen der Ringkammer an der Innen-und Aussenmantelfläche entlang der Ränder von Membran und Widerlager gleichfalls nach Schraubenlinien angeordnete Schlitze aufweisen. Nach dieserAusführung ist wichtig, dass die Widerlagerwendel aus festem steifem Material und die Membran- wendel aus einem elastisch dehnbaren Material besteht.
Das Widerlager ist mit der Ringkammer an den Schlitzrändern fest verbunden, wogegen die dar- unter angeordnete Membran mit ihren beiden Rändern an Leisten befestigt ist, die in von den Schlitzen ausgehenden axial gerichteten Nuten der Wände der Ringkammer verschiebbar und gefedert gelagert sind. Im Grunde der Nuten sind zur Federung der Leisten und gleichzeitig zur Abdichtung von Kom- pressions-und Flüssigkeitsraum Gummiwülste eingelegt.
Im Bereich der untersten Stelle der Leiste ist auf der Seite der Ausströmschlitze zum Schliessen der- selben während der Offenstellung der Einströmschlitze eine Steuerstange vorgesehen, die mit dem Ende eines zweiarmigen Schwenkhebels verbunden ist, dessen anderes Ende mit einer in der Speicherkammer unter dem Druck des komprimierten Mediums stehenden, an einer in den Flüssigkeitraum mündenden Öffnung angeordneten Platte verbunden ist, wobei die Öffnung von einer Membran abgeschlossen ist.
Nach einer bevorzugten Ausführung des Kompressors mit Membranwendel sind die Einströmschlitze an der Innenwand und die Ausströmschlitze in der Aussenwand der Ringkammer vorgesehen. Die Spei- cherkammer umgibt die Ringkammer aussen und innerhalb der Innenwand der Ringkammer ist ein mit dieser über eine Flüssigkeitskammer verbundener vorzugsweise aus einem Federrohr bestehender Pulsator für die Flüssigkeit angeordnet, für deren Kühlung ein Flüssigkeitskühler mit dem Pulsator in Verbindung ist.
Oberhalb und unterhalb der Ringkammer ist je eine ringförmige Flüssigkeitskammer angeordnet, welche beide Kammern einerseits über den wendelförmigen Flüssigkeitsraum zwischen der Membran bzw. demWiderlager in der Ringkammer und anderseits über einen ausserhalb der Ringkammer geführten
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Umleitkanal miteinander verbunden sind. Auf der oberen Flüssigkeitskammer ist vorteilhaft der Flüssig- keitskühler angeordnet, dessen Ein-und Ausströmöffnungen mit selbststeuernden Ventilen versehen sind, wobei die Einströmöffnungen im Bereich der Ringkammer und die Ausströmöffnungen im Bereich des
Pulsators vorgesehen sind. i In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Kompressors schematisch dargestellt, an dem die Funktion näher erläutert ist.
Fig. 1 zeigt einen Mittelschnitt und Fig. 2 vergrössert daraus einen Teil der Ringkammer.
1 bezeichnet die innere und 2 die äussere Wand der Ringkammer 3 des Kompressors. Die beiden Wände 1, 2 weisen nach Schraubenlinien von unten nach oben geführte Schlitze 4 bzw. 5 auf, in welchen ein die Wände verbindendes einstückiges nach einer Wendel geformtes, imQuerschnitt gewölbtes Widerlager 6 und darunter die in gleicher Weise gewendelte Membran 7 angeordnet sind. Die aus festem, steifem Material bestehende Wendel des Widerlagers ist an der Unterseite der
Schlitze 4, 5 dicht befestigt, so dass die Ringkammer einen gewendeltenFlüssigkeitsraumaufweist.
VonderOberseitederSchlitze 4,5 erstrecken sich in axialerRichtung in denWänden 1,2 Nuten 8, die einen Gummiwulst 9 um je eine Leiste 10 aufnehmen, die gleichfalls nach der Schrauben- linie der Schlitze 4,5 geformt ist und aus einem Material hoher Steifigkeit besteht. Die beiden
Leisten 10 der Innen- und Aussenwand sind oben dicht mit der aus festem, aber elastisch nachgie- bigem Material bestehenden Membran 7 verbunden und in den Nuten 8 unabhängig voneinander in axialer Richtung verschiebbar. Durch jeden Gummiwulst 9 sind die Leisten 10 und die Mem- bran 7 gegen die Widerlager 6 gedrückt und dichten dadurch an den Schlitzen 4,5 den zwischen
Widerlager 6 und Membran 7 befindlichen Kompressionsraum ab.
Gleichzeitig dichten die Gum- miwülste auch den Flüssigkeitsraum gegenüber den Schlitzen 4,5 ab. Die gewendelte Membran 7 ist an beiden Enden mit dem Widerlager 6 fest und dicht verbunden, wobei der Schlitz 4 als Ein- strömöffnung indem Kompressionsraum und der Schlitz 5 alsAustr1ttsöffnung ausdemKompressions- raum dient.
Der Schlitz 5 ist von der Speicherkammer 11, die das komprimierte Medium aufnimmt und den Abströmstutzen 12 aufweist, umgeben.
Im unteren Bereich ist die Leiste 10 auf der Ausströmseite mit einer Steuerstange 15 verbun- den, die an das Ende eines zweiarmigen Schwenkhebels 16 angelenkt ist, der mit seinem andern
Ende mit einer in der Speicherkammer an einer Öffnung angeordneten Platte 17 verbunden ist. Die
Platte 17 ist dem Druck des gespeicherten Mediums auf der einen Seite und dem Flüssigkeitsdruck auf der andern Seite ausgesetzt und hält über den Schwenkhebel 16 die Leiste 10 an derAusström- seite hoch und damit infolge ihrer Steifheit den Ausströmschlitz dicht geschlossen. Damit durch die Öffnung im Bereich der Platte 17 das komprimierte Medium aus der Speicherkammer 11 nicht aus- strömt, ist eine elastische Membran 18 vorgesehen.
Oberhalb und unterhalb der Ringkammer 3 ist je eine Flüssigkeitskammer 22, 21 vorgesehen, die einerseits durch den wendelförmigen Flüssigkeitsraum der Ringkammer 3 und durch einen Um- leitkanal 23 miteinander verbunden sind. An die obere Kammer 22 ist der vorzugsweise aus einem
Federrohr bestehende Pulsator 24 angeschlossen, der im Raum innerhalb der Ringkammerinnenwand 1 sehr platzsparend angeordnet ist und von einer Betätigungsstange 25 gedrückt und gedeht wird, die auf beliebige Weise, z. B. mechanisch, elektrisch, pneumatisch od. dgl. angetrieben sein kann.
Ferner ist an die obere Kammer 22 ein Flüssigkeitskühler 26 angeschlossen, dessen Zufluss- öffnungen 27 und Abflussöffnungen 28 selbststeuernde Ventile aufweisen, so dass der Pulsator 24 bei seinem Streckhub die Flüssigkeit im wesentlichen aus dem Flüssigkeitskühler 26 entnimmt und während seines Druckhubes die gekühlte Flüssigkeit in die Ringkammer 3 leitet.
Die Wirkungsweise des Kompressors ist kurz folgende : Der Kompressor ist bis auf die Speicherkammer und den Kompressionsraum mit Flüssigkeit gefüllt. Beim Streckhub des Pulsators 24 in Richtung des Pfeiles P strömt Flüssigkeit in das Federrohr, wodurch die Membran 7 über ihre ganze gewendelte Länge in der Ringkammer sich vom Widerlager 6 entfernt und die Lage 7a in Fig. 2 einnimmt.
Dadurch entsteht im Kompressionsraum zwischen 6 und 7 ein Unterdruck, der Luft durch den ganzen gewendelten Schlitz 4 ansaugt, da der gewendelte Schlitz 5 der Ausströmseite von der Steuerstange 15 geschlossen gehalten wird.
Setzt der Druckhub des Pulsators in entgegengesetzter Richtung des Pfeiles P ein, dann übt die Flüssigkeit auf die Membran 7 einen gleichmässigen Druck in Richtung zum Widerlager 6 aus, wobei sich der Austrittsschlitz 5 durch den Gummiwulst 9 schliesst. Beim Ansteigen des Druckes im Kompressionsraum und im Flüssigkeitsraum gleicht sich der Druck zwischen letzterem und jenem inder
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Speicherkammer 15 aus, wodurch die Platte 17 entlastet wird und der Druck im Kompressionsraum den gewendeltenSchlitz 5 zumAustritt der komprimierten Luft in denRaum der Speicherkammer 11 öffnet, wobei bis zur Entleerung des Kompressionsraumes das Widerlager und Membran im Querschnitt eine Sichelform mit der Spitze beim Einströmschlitz 4 bilden, bis die Membran 7 an das Wideri lager 6 anliegt.
Lässt der Druck der Flüssigkeit am Ende des Druckhubes des Pulsators nach, dann schliesst der Überdruck im Raum der Speicherkammer 11 über die Einrichtung 17, 16, 15 den ge- wendelten Ausströmschlitz 5, worauf sich ein weiterer Kompressionsvorgang wiederholt, wobei je- weils auch ein Teil der Flüssigkeit den Kühler 26 durchströmt, so dass gekühlte Flüssigkeit in die
Ringkammer kommt.
EMI3.1
Vergleich zu der von Kompressoren herkömmlicher Bauart erreicht wird, ergibt folgende Vorteile :
erstens eineArbeitsersparnis durch die Annäherung an eine isotherme Kompression (ein polytroper Exponent von n = 1, 2 lässt sich leicht erreichen), zweitens eine Einsparung von Stufen beimHochdruckkompressor, drit- tens das Weglassen von Zwischenkühlern und viertens die Möglichkeit der Verwendung von Gummi und andern wärmeempfindlichen Abdichtungsmitteln.
Die Schrauhenform von Deckel und Membran erlaubt hohe Durchsatzmengen bei geringer Abmes- sung des Membranwendelkompressors. Wie bei allen Membrankompressoren wird das Gas nicht durch
Schmieröl verunreinigt. Reibungs- und Undichtigkeitsverluste fallen ganz weg, umsomehr als man für die Ventile hochwertiges Dichtungsmaterial verwenden kann. Die schraubenförmigen Schlitze bilden einen derart grossen Aus- bzw. Einlassquerschnitt, dass die Verluste durch Drosselung ebenfalls gemildert werden. Dieser Effekt wird noch durch die charakteristische Bewegung der Membran während des An- saugens und Ausstossens verbessert, weil man zumindest für das Ausstossen die Stetigkeitsgleichung voll- kommen anwenden kann.
Die Erfindung ist auf das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt. So ist es ohne weiteres möglich, das Öffnen und Schliessen des Ausströmschlitzes auf eine andere Art zu steuern. Ferner kön- nen sowohl Ausström-als auch Einströmschlitze 5 bzw. 4 für ein Öffnen und Schliessen zwangsweise gesteuert werden.
Der Kompressor muss auch nicht einen gewendelten Kompressionsraum und Flüssigkeitsraum aufweisen, sondern diese Räume können auch ringförmig ausgebildet sein, wobei die Flüssigkeitsräume untereinander verbunden sind. An sich funktioniert der Kompressor bereits mit einem Flüssigkeitsringraum und bietet dabei gegenüber den bekannten Membrankompressoren die beschriebenen Vorteile.
Zur Versteifung der Ringkammer können aussen an dieser verbindende Stege vorgesehen sein. Die Leisten in denNuten können mitgrösserem radialemSpiel angeordnetsein, weildieAbdichtung inaxialer Richtung erfolgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kompressor mit Membran, der von einer pulsierenden Flüssigkeit betätigt wird, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Kompressor in einer mit Flüssigkeit gefüllten, an beiden Mantelflächen geschlitzten Ringkammer (3), mindestens eine in Draufsicht ringförmige Membran (7) und deren analoges im Querschnitt gewölbtes Widerlager (6) aufweist, wobei an den Schlitzen (4, 5) in den Wänden (1, 2) der Ringkammer die Ränder von Membran und Widerlager angeordnet sind, welche Schlitze auf der einen Mantelfläche die Eintrittsöffnung (4) in den Kompressionsraum zwischen Widerlager und Membran und auf der andern Mantelfläche die Austrittsöffnungen (5) bilden, die von einer Speicherkammer (l l) für das komprimierte Medium umschlossen sind.