DE19927528A1 - Anpaßbarer Kolbenkompressor mit Sektionsbauweise - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen anpaßbaren Kolbenkompressor, der eine Sektionsbauweise aufweist und an verschiedene Leistungsklassen anpaßbar ist. Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor besteht im wesentlichen aus drei separaten Funktionsbaugruppen, einer Antriebseinheit 3, einer Kolbeneinheit 2 sowie einer Verdichtungseinheit 1. Durch Anordnen von Ringen 28 zwischen Verdichtungseinheit 1 und Kolbeneinheit 2 kann der erfindungsgemäße Kolbenkompressor auf einfache Weise an unterschiedliche Leistungsklassen angepaßt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor, insbesondere einen Kolbenkompressor, der eine Sektionsbauweise aufweist und an verschiedene Leistungsklassen anpaßbar ist.

Bekannterweise dienen Kompressoren zum Verdichten eines flüssigen oder gasförmigen Mediums. Herkömmliche Kompressoren weisen jedoch in der Regel große Abmessungen auf und bestehen aus einer Vielzahl von Einzelteilen. Die Montage derartiger Kompressoren ist daher kompliziert, was wiederum die Herstellungs- bzw. Montagezeit und somit auch die Kosten erhöht. Zudem ist beim Zusammenbau darauf zu achten, daß die einzelnen Komponenten entsprechend justiert werden. Erst eine genaue Justierung gewährleistet, daß die nominellen Leistungsdaten des Kompressors zuverlässig erreicht werden.

Zudem können herkömmliche Kompressoren nicht in einfacher Weise angepaßt oder verändert werden, um verschiedenen Kompressorleistungsklassen gerecht zu werden. Wenn eine Anpassung an eine andere Leistungsklasse möglich ist, dann ist dies in der Regel mit einem sehr hohen Aufwand verbunden.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolbenkompressor zu schaffen, der einfach und ohne zeitraubende Justierung und somit auch kostengünstig herzustellen ist, ohne daß Einbußen in den Leistungsdaten hingenommen werden müssen, und der zudem in einfacher Weise anpaßbar ist, um den Anforderungen unterschiedlicher Leistungsklassen zu genügen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kolbenkompressor gelöst, der im wesentlichen aus drei separaten Funktionsbaugruppen besteht, einer Antriebseinheit, einer Kolbeneinheit und einer Verdichtungseinheit, so daß zwischen der Verdichtungseinheit und der Kolbeneinheit Ringe anbringbar sind, um den Kolbenkompressor in einfacher Weise an unterschiedliche Leistungsklassen anzupassen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, daß die einzelnen Funktionsbaugruppen, nämlich Antriebseinheit, Kolbeneinheit und Verdichtungseinheit separat und unabhängig voneinander, beispielsweise an unterschiedlichen Herstellungsorten, hergestellt werden können. Jede Baugruppe bildet für sich betrachtet eine funktionstüchtige Einheit.

Ferner ergibt sich auf Grund einer derartigen Sektionsbauweise der Vorteil, daß der erfindungsgemäße Kolbenkompressor einfach und somit kostengünstig herzustellen ist, da die einzelnen Funktionsbaugruppen ohne zeitaufwendiges Justieren der einzelnen Einheiten zum Gesamtkompressorsystem zusammengesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch ein Anordnen von Ringen zwischen Verdichtungseinheit und Kolbeneinheit ein Kompressor auf sehr einfache und effektive Weise in einen Kompressor einer anderen Leistungsklasse umgewandelt werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildungen, in denen zeigt:

Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Kolbenkompressors, die die Einzelbauteile des Kolbenkompressors darstellt; und

Fig. 2 einen Längsschnitt des Übergangsbereiches zwischen Verdichtungseinheit und Kolbeneinheit.

Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor besteht im wesentlichen aus drei separaten Funktionsbaugruppen, der Verdichtungseinheit 1, der Kolbeneinheit 2 und der Antriebseinheit 3. Die Verdichtungseinheit 1 ist im wesentlichen ein Kompressorkopf. Wie aus Fig. 1 hervor geht, besteht der Kompressorkopf aus einem Oberteil 4 und einem Unterteil 5. Das Oberteil 4 und das Unterteil 5 sind so ausgebildet, daß sich im Inneren des Kompressorkopfes zwei separate Entspannungskammern bilden, die Einlaß- und die Auslaßkammer 6 bzw. 7. An dem Oberteil 4 des Kompressorkopfes ist ein Einlaßstutzen 8 angeordnet, über den ein zu komprimierendes Medium in die Einlaßkammer 6 einströmt. Entsprechend ist an dem Oberteil 4 ein Auslaßstutzen 9 angeordnet, über den das komprimierte Medium aus der Auslaßkammer 7 nach außen strömt. In der Einlaß- und der Auslaßkammer sind geeignete Einlaß- und Auslaßventile 10 bzw. 11 angeordnet, über die die Entspannungskammern 6 und 7 jeweils mit dem Verdichtungsraum 12 verbunden sind. Der Verdichtungsraum 12 befindet sich auf der in Richtung Kolbeneinheit 2 weisenden Seite des Unterteils 5 und wird durch die Kolbeneinheit 2 begrenzt bzw. abgeschlossen, was nachstehend noch genauer beschrieben wird.

Der Kompressorkopf wird beispielsweise aus Metall oder Kunststoff mittels Spritzgußverfahren hergestellt. Der Kompressorkopf umfaßt in der Regel zwei getrennte Teile, das Ober- und Unterteil, die unter Verwendung von Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) zusammengebaut werden, so daß sich im Inneren die separaten Kammern 6 und 7 bilden. Das Ober- bzw. das Unterteil können auch aus verschiedenen Materialien bestehen. Zudem sei angemerkt, daß der Kompressorkopf auch einstückig mittels Spritzgußverfahren hergestellt werden kann. In diesem Fall sind das Oberteil und das Unterteil nach dem Spritzguß an einer Stelle miteinander verbunden. Der Zusammenbau erfolgt hier durch Zusammenklappen der beiden Teile.

Der Aufbau der Kolbeneinheit 2 geht ebenso aus Fig. 1 hervor. Die Kolbeneinheit 2 umfaßt ein Pleuel 13, das an seinem einen Ende über ein Pleuellager 15 mit einem Exzenter 16 verbunden ist. Dieses Ende der Kolbeneinheit 2 ist an die Antriebseinheit 3 angeschlossen. Die gegenüberliegende Seite, d. h. das in Richtung Verdichtungseinheit 1 weisende Ende des Pleuels 13, weist eine mit dem Pleuel 13 starr verbundene scheibenförmige Kolbenplatte 13a auf. An dieser Kolbenplatte 13a ist wiederum eine Kolbendichtung 18 über eine zweite Platte 17 unter Verwendung einer Befestigungsschraube (nicht dargestellt) befestigt. Die Kolbendichtung 18 hat eine tellerförmige Gestalt, deren Außenrand wie bei einem Teller aufsteht und in Richtung Kompressoreinheit 1 bzw. Verdichtungseinheit 12 weist. Die Kolbenplatte 13a, die Kolbendichtung 18 und die zweite Platte 17 bilden einen Kolben, der den Verdichtungsraum 12 abdichtet bzw. abschließt und sind zu diesem Zweck an die Form bzw. an die Abmessungen des Verdichtungsraums 12 angepaßt. Wesentlich ist hierbei, daß der Kolben starr mit dem Pleuel 13 verbunden ist und daß gleichzeitig die Kolbendichtung 18 vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Material besteht, das die Eigenschaft aufweist, sich mit zunehmender Wärme auszudehnen. Dies gewährleistet eine zuverlässige Abdichtung des Verdichtungsraumes 12 in jeder Stellung des Kolbens, sogar wenn dieser bezogen auf die Innenwand des Verdichtungsraumes 12 leicht geneigt ist. Die Kolbeneinheit bestehend aus den Komponenten 13, 13a, 17 und 18 bildet ebenso wie die Verdichtungseinheit 1 eine abgeschlossene starre Einheit, die unabhängig und getrennt von den anderen Funktionsbaugruppen hergestellt und zusammengebaut wird.

Der Aufbau der Antriebseinheit 3 geht ebenso aus Fig. 1 hervor. Die Antriebseinheit 3, die im wesentlichen ein elektrischer Ständermotor ist, umfaßt einen Ständer 20, ein Ständerlager 21, einen Rotor 22, ein Wicklungspaket 23, eine Lagerbrücke 24 und ein Lüfterrad 25. Das Wicklungspaket 23 wird auf den Rotor 22 aufgeschoben, an dessen einem Ende über die Lagerbrücke 24 ein Lüfterrad 25 befestigt ist. Das andere Ende des Rotors 22 ist über das Ständerlager 22 in den Ständer 20 eingeführt und mit dem Exzenter 16 der Kolbeneinheit 2 verbunden. Zu diesem Zweck weist der Ständer 20 eine entsprechende in Richtung Antriebseinheit 3 weisende Öffnung auf, in die das entsprechende Ende des Rotors eingeführt wird. Die Befestigung des Wicklungspaketes 23 an dem Ständer 20 erfolgt mit Hilfe von Motorschrauben 26, die die Lagerbrücke 24 und das Wicklungspaket 23 durchdringen. Wie die zuvor beschriebene Verdichtungseinheit 1 und Kolbeneinheit 2 wird auch die Antriebseinheit 3 unabhängig von den anderen Funktionsbaugruppen hergestellt und montiert.

Die oben beschriebenen drei Funktionsbaugruppen werden in einem einfachen Arbeitsschritt, der keine exakte zeitaufwendige Justierung benötigt, zum Gesamtkompressorsystem zusammengesetzt. Hierbei wird das den Kolben aufweisende Ende des Pleuels 13 in eine in Richtung Verdichtungseinheit 1 weisende kreisförmige Öffnung 27 eingeführt, die in dem Ständer 20 der Antriebseinheit 3 vorgesehen ist und deren Ebene senkrecht zur Ebene des Ständerlagers 21 verläuft. Das den Verdichtungsraum 12 bildende Ende der Verdichtungseinheit 1 wird ebenso in die kreisförmige Ständeröffnung 27 eingeführt und die Verdichtungseinheit 1 wird über mehrere Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) an dem Ständer 20 befestigt. Wie vorher beschrieben, wird so der Verdichtungsraum 12 der Verdichtungseinheit 1 durch den Kolben der Kolbeneinheit 2 abgeschlossen. Hierbei ist inbesondere von Vorteil, daß die tellerförmige Kolbendichtung 18 aus einem Material besteht, das sich mit zunehmender Wärmeentwicklung ausdehnt, und somit für eine zuverlässige Abdichtung des Verdichtungsraumes 12 während der periodischen Bewegung der Kolbeneinheit 2 sorgt, sogar wenn aufgrund der starren Verbindung zwischen Pleuel 13 und Kolben der Kolben innerhalb des Verdichtungsraumes 12 leicht geneigt ist. Die zuverlässige Abdichtung des Verdichtungsraumes 12 ist auch sichergestellt, ohne das eine genaue und damit zeitaufwendige Justierung von Verdichtungseinheit 1 und Kolbeneinheit 2 nötig ist. Der Zusammenbau erfolgt lediglich durch Einführen bzw. Zusammenführung der Komponenten und anschließendes Befestigen.

Wie bereits oben erwähnt, ist das mit dem Exzenter 16 verbundene Ende der Kolbeneinheit 2 mit dem Rotor 22 verbunden, der im Ständerlager 21 gelagert ist. Das auf den Rotor 22 aufgeschobene Wicklungspaket 23 ist mit Hilfe von Motorschrauben 26 an dem Ständer 20 befestigt. Über den Exzenter 16 wird die Antriebsenergie des Elektromotors auf das Pleuel 13 übertragen. Die Antriebseinheit 3 treibt die Kolbeneinheit 2 zur periodischen Auf- und Abbewegung an, was eine periodische Volumenänderung des Verdichtungsraumes 12 zu Folge hat.

Der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Kolbenkompressor kann auf einfache Weise modifiziert werden, um an eine andere Leistungsklasse angepaßt zu werden. Hierzu wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ein Ring 28 zwischen der Verdichtungseinheit 1 und der Kolbeneinheit 2 angeordnet. In Fig. 1 ist nur das Unterteil 5 der Verdichtungseinheit 1 dargestellt. Zudem ist der Ständer 20 der Antriebseinheit 3 sowie das Pleuel 13 der Kolbeneinheit 1 lediglich schematisch in Fig. 2 angedeutet. Der Ring 28 wird auf das Ende der Verdichtungseinheit 1 aufgeschoben, das den Verdichtungsraum 12 bildet. Der Innendurchmesser des Ringes 28 entspricht dabei dem Außendurchmesser des Verdichtungsraumes 12. Der Ring kann verschiedene Längen L aufweisen, um so das Volumen des Verdichtungsraumes 12 entsprechend einer gewünschten Leistungsklasse einzustellen. Durch das Anordnen eines Ringes mit Länge L wird das Volumen des Verdichtungsraumes 12 vergrößert, da die Bewegung der Kolbeneinheit 2 und somit der Hub unverändert bleibt. Folglich wird in diesem Fall beim periodischen Verdichtungsvorgang ein geringerer Auslaßdruck erzeugt. Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor kann typischerweise angepaßt werden, um einen Auslaßfließdruck zwischen 1,0 bis 1,8 bar zu erzeugen. Der größte Druck wird bei kleinstem Verdichtungsraumvolumen erreicht, d. h. ohne zusätzlichen Ring. Ein Auslaß- bzw. Enddruck des komprimierten Mediums von 1,8 bar entspricht einem Durchfluß von ungefähr 6 Liter pro Minute, wenn der Kolbenkompressor beispielsweise an eine Verneblerdüse eines Inhalationstherapiegerätes angeschlossen ist.

Auch das Anpassen des erfindungsgemäßen Kolbenkompressors an unterschiedliche Leistungsklassen ist in einfacher Weise durchzuführen. Eine zeitaufwendige exakte und somit kostspielige Justierung ist nicht nötig. Durch einfaches Aufschieben eines Ringes auf den Verdichtungsraum 12 der Verdichtungseinheit 1 und anschließendes Zusammenfügen mit der Kolbeneinheit 2 und Befestigen an dem Ständer 20 der Antriebseinheit 3 ist eine sehr schnelle und einfache Montage ermöglicht.

Claims (15)

1. Kolbenkompressor in Sektionsbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkompressor im wesentlichen drei separate Funktionsbaugruppen aufweist, eine Verdichtungseinheit (1), eine Kolbeneinheit (2) und eine Antriebseinheit (3), und daß zwischen Verdichtungseinheit (1) und Kolbeneinheit (2) Ringe (28) zum Anpassen des Kolbenkompressors an unterschiedliche Leistungsklassen anbringbar sind.

2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungseinheit (1) ein Kompressorkopf ist.

3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungseinheit (1) einen Verdichtungsraum (12) umfaßt.

4. Kolbenkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichtungsraum (12) an der in Richtung Kolbeneinheit (2) weisenden Seite der Verdichtungseinheit (1) angeordnet ist und eine für das Einführen eines Kolbens der Kolbeneinheit (2) vorgesehene Öffnung aufweist.

5. Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinheit (2) im wesentlichen ein Pleuel (13) und eine mit dem Pleuel (13) starr verbundene Kolbenplatte (13a) umfaßt, die in die Öffnung des Verdichtungsraums beweglich einsetzbar ist und den Verdichtungsraum (12) abschließt.

6. Kolbenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenplatte (13a) eine scheibenförmige Gestalt hat, und daß deren Durchmesser an den des Verdichtungsraumes (12) angepaßt ist.

7. Kolbenkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kolbenplatte (13a) eine Kolbendichtung (18) und eine Platte (17) befestigt sind.

8. Kolbenkompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbendichtung (18) tellerförmige Gestalt aufweist.

9. Kolbenkompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbendichtung (18) aus einem Material hergestellt ist, das sich mit zunehmender Wärmeentwicklung ausdehnt.

10. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kolbenplatte (13a) gegenüberliegende Ende des Pleuels (13) über ein Pleuellager (15) und einen Exzenter (16) mit der Antriebseinheit (3) verbunden ist.

11. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (3) ein Ständermotor ist.

12. Kolbenkompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (3) einen Ständer (20), ein Ständerlager (21), einen Rotor (22), ein Wicklungspaket (23), eine Lagerbrücke (24) und ein Lüfterrad (25) umfaßt.

13. Kolbenkompressor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (20) eine in Richtung Antriebseinheit (3) weisende Öffnung aufweist, in die eine Seite des Rotors(22) eingeführt ist, und das Wicklungspaket (23) an dieser Seite des Ständers (20) angebracht ist.

14. Kolbenkompressor nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (20) eine in Richtung Verdichtungseinheit (1) weisende Öffnung (27) aufweist, in die das Pleuel (13) mit der starr verbundenen Kolbenplatte (13a) und das den Verdichtungsraum (12) bildende Ende der Verdichtungseinheit (1) eingeführt sind.

15. Kolbenkompressor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ringe (28) unterschiedlicher Länge (L) an dem den Verdichtungsraum (12) bildenden Ende der Verdichtungseinheit (1) anbringbar sind, wodurch das Volumen des durch die Kolbenplatte (13a) begrenzten Verdichtungsraumes (12) veränderbar ist.