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Patent Searching and Data


Title:
MULTI-STAGE PISTON COMPRESSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/114659
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a multi-stage piston compressor for compressing compressible media, comprising the following features and components: - at least one first and at least one second compressor stage, each comprising at least a cylinder and a piston, which form a working chamber, an inlet valve chamber having an inlet valve, and an outlet valve chamber having an outlet valve; - a pressure vessel is connected downstream of the last compressor stage; - an additional valve between the inlet chamber and the working chamber of the first compressor stage; - a spring for closing the valve body of the additional valve during the filling of the pressure vessel; - a connecting line between a three-way valve and the additional valve for applying the pressure of the pressure vessel to the valve body against the force of the spring in order to open the additional valve when the desired filling pressure of the pressure vessel is reached or for relieving the pressure from the valve body to the surroundings in order to close the additional valve again.

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Inventors:
NICKL, Jörg (Grundweg 10a, Malter, 01744, DE)
Application Number:
EP2014/051203
Publication Date:
July 31, 2014
Filing Date:
January 22, 2014
Export Citation:
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Assignee:
VOITH PATENT GMBH (St. Pöltener Str. 43, Heidenheim, 89522, DE)
International Classes:
F04B25/00; F04B49/03; F04B49/06
Domestic Patent References:
WO2012021928A1
Foreign References:
EP1650434B1
DE102009053133A1
EP2226503A1
EP1650434B1
DE102009053133A1
Attorney, Agent or Firm:
DR. WEITZEL & PARTNER (Friedenstraße 10, Heidenheim, 89522, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Mehrstufiger Kolbenverdichter zum Verdichten kompressibler Medien,

umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile:

1.1 mindestens eine erste (1) und mindestens eine zweite Verdichterstufe (2), jeweils umfassend wenigstens einen Zylinder, einen Kolben, die beide einen Arbeitsraum (1.1, 2.1) bilden, eine Einlassventilkammer (1.2, 2.2) mit einem Einlassventil (1.3, 2.3) und eine Auslassventilkammer (1.4, 2.4) mit einem Auslassventil (1.5, 2.5);

1.2 der letzten Verdichterstufe (2) ist ein Druckbehälter nachgeschaltet;

1.3 ein Zusatzventil (3) zwischen der Einlassventilkammer (1.2) und dem

Arbeitsraum (1.1) der ersten Verdichterstufe (1);

1.4 eine Feder (6) zum Schließen des Ventilkörpers (3.1) des Zusatzventils (3) während des Füllens des Druckbehälters;

1.5 eine Verbindungsleitung (5) zwischen einem Dreiwegeventil (5.1) und dem Zusatzventil (3) zum Aufbringen des Druckes des Druckbehälters auf den Ventilkörper entgegen der Kraft der Feder (6), um das Zusatzventil (3) beim Erreichen des gewünschten Fülldruckes des Druckbehälters zu öffnen beziehungsweise zum Ablassen des Druckes aus dem Ventilkörper (3.1) zur Umgebung hin, um das Zusatzventil (3) wieder zu schließen.

2. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile:

2.1 das Zusatzventil (3) weist einen Ventilkörper (3.1) zum Öffnen und

Schließen einer Bohrung (1.2.3) auf, die eine leitende Verbindung zwischen dem Arbeitsraum (1.1) der ersten Verdichterstufe (1) und der

Einlassventilkammer (1.2) bildet;

2.2 einen Führungskörper (3.2) zum Führen des Ventilkörpers (3.1) und zur Begrenzung des Innenraumes im Sinne eines Öffnens und Schließens des Zusatzventils (3) bei drucklosem Innenraum (3.2.2); eine Feder (6), die auf den Ventilkörper (3.1) im Sinne eines Schließens des Zusatzventiles (3) bei drucklosem Innenraum (3.2.2) einwirkt;

einen Anschluss (3.2.1) an die Verbindungsleitung (5) zum Aufbringen des Druckes des Druckbehälters auf den Ventilkörper (3.1) im Sinne eines Öffnens des Zusatzventiles (3).

Description:
Mehrstufiger Kolbenverdichter

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Kolbenverdichter. Kolbenverdichter dienen der Kompression von Gasen, z. B. Luft, die als

Arbeitsmedium zum Betrieb verschiedener Aggregate genutzt wird. Derartige Verdichter arbeiten während des Betriebes auf einen Druckbehälter. Dieser wird mit komprimierter Luft befüllt, bis ein vorgegebener Fülldruck erreicht ist. Sodann wird ein zwischen Verdichter und Druckbehälter angeordnetes Regelventil geschaltet, sodass die vom Verdichter geförderte Luft in die Umgebung entweicht. Der Verdichter kann oftmals nicht abgeschaltet werden, zum Beispiel dann, wenn er mit dem Fahrzeugmotor fest gekoppelt ist. Der Verdichter arbeitet somit zumindest eine Zeit lang noch weiter, was einen Energieverlust darstellt. Zum Minimieren solcher Energieverluste werden Regeleinrichtungen vorgesehen, die bei Erreichen eines Soll-Fülldruckes im Druckbehälter den Verdichter abschalten.

EP 1 650 434 Bl beschreibt einen Verdichter gemäß dem Oberbegriff von

Anspruch 1. Dabei ist ein Zusatzventil zwischen der Einlassventilkammer und der ersten Verdichterstufe vorgesehen. Ist im Druckbehälter der gewünschte Fülldruck erreicht, so wird das Zusatzventil geöffnet. Hierdurch wird die erste

Verdichterstufe praktisch unwirksam gemacht. Der Verdichter geht wieder in den Leerlaufbetrieb über, bei relativ geringer Leistungsaufnahme.

Ein Vorteil eines solchen Kolbenverdichters besteht darin, dass das Abschalten bei Erreichen des Soll-Fülldruckes im Druckbehälter automatisch erfolgt. Jedoch geht das Öffnen des Zusatzventiles nicht schnell genug, vielmehr kann es zu

Verzögerungen kommen, sodass die erste Stufe des Verdichters noch eine Zeit lang nutzlos weiter arbeitet und verdichtete Druckluft ins Freie entlassen werden muss.

Ein weiterer Verdichter ist aus DE 10 2009 053 133 AI bekannt geworden. Auch hierbei ist ein Zusatzventil vorgesehen, dessen Funktion darin liegt, ein

Weiterarbeiten der ersten Verdichterstufe zu vermeiden, sobald der gewünschte Fülldruck im Druckbehälter erreicht ist. Dieses außer Kraft setzen der ersten Verdichterstufe wird mittels einer Feder des Zusatzventiles erzielt. Die

Ausführungsform ist jedoch aufwändig und das Unterbrechen des

Arbeitsvorganges der ersten Verdichterstufe erfolgt nicht mit der notwendigen Schnelligkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehrstufigen Kolbenverdichter zum Verdichten eines kompressiblen Mediums derart zu gestalten, dass bei Erreichen eines bestimmten oberen Wertes des Behälterdruckes ein schnelles Öffnen sowie bei Erreichen eines unteren Wertes ein schnelles Schließen des Zusatzventils erzielt wird, und damit ein Außer beziehungsweise in Kraft setzen der ersten Verdichterstufe. Diese Aufgabe wird mittels der kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Damit lässt sich das Zusatzventil bei Erreichen des gewünschten Fülldruckes des Druckbehälters ohne jegliche Verzögerung öffnen beziehungsweise schließen.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 zeigt einen Verdichter in schematischer Darstellung.

Figur 2 zeigt ein Zusatzventil. Der in Figur 1 gezeigte mehrstufige Kolbenverdichter weist zwei Verdichterstufen 1 und 2 auf. Diese haben jeweils einen Arbeitsraum 1.1 beziehungsweise 2.1.

Verdichterstufe 1 weist eine Einlassventilkammer 1.2 mit einem Einlassventil 1.3 sowie eine Auslassventil kammer 1.4 mit einem Auslassventil 1.5 auf.

Verdichterstufe 2 weist eine Einlassventilkammer 2.2 mit einem Einlassventil 2.3 sowie eine Auslassventilkammer 2.4 mit einem Auslassventil 2.5 auf.

Der Verdichterstufe 1 ist ein Zusatzventil 3 zugeordnet. Dessen Einzelheiten ergeben sich aus Figur 2.

Das zu verdichtende Medium - hier Luft - wird der Einlassventilkammer 1.2 zugeführt - siehe Pfeil. Die verdichtete Luft wird aus der Auslassventilkammer 2.4 abgeführt - siehe Pfeil - und über eine Leitung 5 einem hier nicht gezeigten Druckbehälter zugeführt. Zwischen den beiden Verdichterstufen 1 und 2 befindet sich ein Wärmetauscher 4 zum Kühlen der in der ersten Verdichterstufe

vorkomprimierten Luft.

Die Verbindungsleitung 5 stellt eine Verbindung zwischen dem Zusatzventil 3 und dem nicht gezeigten Druckbehälter oder der Umgebung her.

Das in Figur 2 gezeigte Zusatzventil 3 ist wie folgt angeordnet und aufgebaut:

Es befindet sich zwischen einer oberen Wand 1.2.1 der Einlassventilkammer 1.2 und der unteren Wand 1.2.2 der Einlassventilkammer. Die untere Wand 1.2.2 könnte auch als Ventilplatte bezeichnet werden. Ventilplatte 1.2.2 weist eine Bohrung 1.2.3 auf. Am oberen Rand der Bohrung 1.2.3 befindet sich ein Ventilsitz.

Ventil 3 weist einen Ventilkörper 3.1 auf. Dieser ist glockenförmig sowie

konzentrisch zur Bohrung 1.2.3 gestaltet und angeordnet. Ventilkörper 3.1 ist auf einem Führungskörper 3.2 gelagert und geführt. Führungskörper 3.2 ist an der oberen Wand 1.2.1 der Einlassventilkammer 1.2 festgeschraubt. Ventilkörper 3.1 wird von einem feststehenden Kolben 7 geführt. Der Spalt zwischen der

Innenfläche von Ventilkörper 1 und der Mantelfläche des feststehenden Kolbens 7 ist durch einen O-Ring 8 abgedichtet.

Wie man sieht, ist der Ventilkörper 3.1 in seinen zwei Endpositionen dargestellt. In der linken Hälfte von Figur 2 befindet sich Ventilköper 3.1 in Schließstellung, und in der rechten Hälfte in Offenstellung.

Zwischen dem Ventilkörper 3.1 und dem Führungskörper 3.2 befindet sich eine Druckfeder 6. Diese hat das Bestreben, den Ventilkörper 3.1 in Schließposition zu drücken. Führungskörper 3.2 ist von einer Bohrung 3.2.1 durchzogen. Diese stellt eine leitende Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 5 und einem Innenraum 3.2.2 her. Der Innenraum ist begrenzt durch den Ventilkörper 3.1 und den

Führungskörper 3.2. Der Verdichter gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt:

Ist bei laufendem Motor des Fahrzeuges der obere Wert des Behälterdruckes noch nicht erreicht, so ist das Zusatzventil 3 unter dem Druck der Feder 6 zunächst geschlossen - siehe die linke Hälfte von Figur 2. Der Innenraum 3.2.2 ist nicht druckbeaufschlagt, da die Verbindungsleitung 5 durch ein Ventil 5.1 mit der

Umgebung verbunden ist. Die beiden Verdichterstufen erzeugen Druckluft und laden den Druckbehälter zunehmend auf. Ventil 5.1 ist eine Dreiwegeventil.

Der Druck im Druckbehälter erreicht schließlich den angestrebten oberen Wert des Behälterdruckes. Ist der Solldruck im Druckbehälter erreicht, so verbindet Ventil 5.1 die

Verbindungsleitung 5 mit dem Druckbehälter. Der Druck gelangt zur Bohrung 3.2.1 und schließlich zum Innenraum 3.2.2. Hierdurch wird der Ventilkörper 3.1 in die Offenstellung gedrückt und dichtet an der oberen Anschlagfläche 3.2.3 ab - siehe rechte Hälfte von Figur 2. Damit ist das Ziel erreicht: Der Verdichter geht wieder in den Leerlauf über und weist eine relativ geringe Leistungsaufnahme auf.

Die Erfindung hat die folgenden Vorteile:

- das Zusatzventil 3 lässt sich bei Erreichen des gewünschten Fülldruckes des Druckbehälters ohne jegliche Verzögerung öffnen.

- der Ventilkörper 3.1 liegt in Geschlossenstellung an der unteren Wand 1.2.2 an, der sogenannten Ventilplatte. In der Offenstellung liegt er - mittelbar - an der oberen Wand 1.2.1 an. Weil das gesamte Zusatzventil nur am Oberteil der Einlassventilkammer befestigt ist, können geringe

Positionsabweichungen zur Bohrung 1.2.3 in der Ventilplatte zugelassen werden. Da es sich außerdem um einen Schieber handelt, werden

Pulsationen im geöffneten und im geschlossenen Zustand vermieden.

Bezugszeichen liste

1 Verdichterstufe

1.1 Arbeitsraum

1.2 Einlassventilkammer

1.2.1 obere Wand

1.2.2 untere Wand (Ventilplatte)

1.2.3 Bohrung

1.3 Einlassventil

1.4 Auslassventilkammer

1.5 Auslassventil

2 Verdichterstufe

2.1 Arbeitsraum

2.2 Einlassventilkammer

2.3 Einlassventil

2.4 Auslassventilkammer

2.5 Auslassventil

3 Zusatzventil

3.1 Ventil körper

3.2 Führungskörper

3.2.1 Bohrung

3.2.2 Innenraum

3.2.3 oberer Anschlagfläche (Dichtfläche)

4 Wärmetauscher

5 Verbindungsleitung

5.1 Dreiwegeventil

6 Feder

7 Flansch

8 O-Ring