Verfahren zum Betreiben eines Kolbenverdichters und Kolbenverdichter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kolbenverdichters sowie einen Kolbenverdichter.

Verdichter werden insbesondere zum Verdichten von gasförmigen Medien eingesetzt. Die Effizienz von herkömmlichen Kolbenverdichtern wird sehr stark durch das

Vorhandensein von Restvolumen bzw. Totraum im oberen Totpunkt beeinflusst. Gas bzw. Medium in diesem Bereich führt zu einer Rückexpansion und einer Verringerung der im Saugtakt möglichen einströmenden Fördermenge. Dieser Bereich ist unvermeidbar, um Fertigungstoleranzen und Wärmedehnungen der Bauteile zu kompensieren und in weiterer Folge mechanischen Kontakt der Hubkolben mit dem Zylinderkopf im Verdichter zu vermeiden. Kanäle für die Saug- und Druckventile (d.h. Einlass- und Auslassventile) erhöhen diesen negativen Effekt.

Die Reduzierung dieses Totraums verringert die Rückexpansion des verbleibenden Mediums und erhöht dadurch die Fördermenge bzw. den Wirkungsgrad des

Verdichtungsprozesses. Sog. ionische Verdichter, insbesondere Kolbenverdichter, werden einerseits hydraulisch betrieben und verdichten andererseits ein

Zweiphasengemisch bestehend aus einem Medium bzw. Gas und einem flüssigen

Schmiermittel (also eine ionische Flüssigkeit), welches nicht verdampft und aus diesem Grund durch einen einfachen Abscheideprozess wieder vollständig getrennt werden kann. Der Vorteil eines solchen ionischen Verdichters liegt darin, dass durch die Verwendung einer flüssigen Phase im Verdichtungsraum der Totraum im Zylinder auf ein Minimum reduziert werden kann und dadurch die Effizienz des

Verdichtungsprozesses optimiert wird.

Nachteilig ergeben sich die zusätzlichen Bauteilbelastungen und dadurch erhöhte Schallemissionen bedingt durch der einem Flüssigkeitsschlag ähnlichen Charakteristik. Zusätzlich müssen bei hydraulisch angetriebenen Verdichtungskonzepten aufgrund innerer Leckage im Hydraulikkreislauf eine Ölfüllmenge kontrolliert und bei Bedarf kompensiert werden. Hauptprobleme ergeben sich durch mechanische Kontakte in den Umkehrpunkten der Hubkolben und dadurch erhöhte Bauteilbelastung sowie Geräuschemissionen, welche vor allem bei einer Installation in der Nähe von

Wohngebieten als problematisch zu betrachten sind und einer zusätzlichen

Schallisolierung bedürfen. Aus dem Bereich des Automobilbaus ist beispielsweise das Konzept der Dämpfung, dort insbesondere bei Stoßdämpfern bekannt. Dabei wird kinetische Energie in Form von Schwingungen dissipiert. Dies ermöglicht neben der Reduktion unerwünschten Schwankens oder Schwingens des Fahrzeugs auch die Reduktion von

Bauteilbelastungen und Schallemissionen.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine Möglichkeit bereitzustellen, den Betrieb eines Kolbenverdichters zu verbessern, insbesondere hinsichtlich

Bauteilbelastung und Schallemission. Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kolbenverdichters sowie einen Kolbenverdichter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Kolbenverdichters mit einem Hubkolben in einem Zylinder, wobei in dem Zylinder auf Seiten eines zu verdichtenden und zu fördernden Mediums (also im Zylinderkopf) ein Einlassventil und ein Auslassventil (bzw. ein Säugventil und ein Druckventil) vorgesehen sind. Mit einem hydraulischen Antrieb, der einen Hydraulikkolben umfasst, wird der Hubkolben unter Verwendung eines hydraulischen Mediums in einem ersten Volumen, mit dem der Hubkolben auf Seiten des hydraulischen Antriebs beaufschlagt wird, hin und her (bzw. auf und ab) bewegt.

Der Hydraulikkolben oszilliert dabei im Zylinder zwischen zwei Umkehrpunkten, dem sog. unteren Totpunkt (UT) und dem sog. oberen Totpunkt (OT). Bei der Bewegung in Richtung des oberen Totpunkts wird im Zylinder bzw. Zylinderkopf vorhandenes Medium verdichtet und dann durch das Auslassventil ausgestoßen, bei Bewegung in Richtung des unteren Totpunkts wird Medium durch das Einlassventil eingesaugt.

An sich würde hier der Hubkolben synchron mit dem Hydraulikkolben bewegt werden. Allerdings kann es aufgrund von Leckageeffekten im Kreislauf des hydraulischen Mediums (also des erwähnten ersten Volumens) Vorkommen, dass der Hubkolben nicht mehr synchron mit dem Hydraulikkolben bewegt wird. Dies bedeutet, dass beispielsweise am unteren Totpunkt der Hubkolben am Zylinderboden anschlägt, sich der Hydraulikkolben aber noch weiter nach unten bewegt. Dadurch entsteht im ersten Volumen bzw. im Hydraulikkreislauf ein Unterdrück. Ebenso kann der Hubkolben am Zylinderkopf anschlagen, während sich der Hydraulikkolben noch weiter nach oben bewegt. Dadurch entsteht im ersten Volumen bzw. im Hydraulikkreislauf ein Überdruck.

Es ist nun vorgesehen, dass bei Bedarf in Abhängigkeit von einer Position des

Hydraulikkolbens und/oder eines Drehwinkels einer zur Bewegung des

Hydraulikkolbens vorgesehenen Welle in Relation zu einer Position des Hubkolbens und/oder einem Druck im ersten Volumen hydraulisches Medium in das erste Volumen zugeführt und/oder aus dem ersten Volumen abgeführt wird. Die entsprechenden Größen können dabei mittels einer oder mehrere geeigneter Messeinrichtungen ermittelt werden.

Die Position des Hydraulikkolbens und der Drehwinkel der zur Bewegung des

Hydraulikkolbens vorgesehenen Welle sind miteinander verknüpft und geben eine aktuelle Position des hydraulischen Antriebs an. Die Position des Hubkolbens und der Druck im ersten Volumen sind ebenfalls miteinander verknüpft, und zwar insofern, als bei einem Anschlag des Hubkolbens im Zylinder der Druck ansteigt bzw. abfällt. Wenn nun diese Größen ermittelt werden, können sie in Relation zueinander gesetzt werden, sodass erkannt werden kann, ob ein Anschlag des Hubkolbens auftritt oder ggf. auch ob ein solcher Anschlag des Hubkolbens bevorsteht. Entsprechend kann dann hydraulisches Medium in das erste Volumen zugeführt bzw. aus dem ersten Volumen abgeführt werden.

Wenn oder bevor der Hydraulikkolben am unteren Totpunkt am Zylinderboden anschlägt, kann so dem im ersten Volumen bzw. im Hydraulikkreislauf entstehenden Unterdrück durch Zufuhr von hydraulischem Medium entgegengewirkt werden. Der Anschlag kann so gemindert oder gar verhindert werden, was eine Reduzierung der Schallemissionen und der Bauteilbelastung bewirkt.

Entsprechend kann durch die Abfuhr von hydraulischem Medium ein Anschlag am oberen Totpunkt gemindert oder gar verhindert werden, was ebenfalls eine

Reduzierung der Schallemissionen und der Bauteilbelastung bewirkt. Hierzu können geeignete Ventile vorgesehen sein, die entsprechend betätigt, d.h. geöffnet oder geschlossen werden. Für eine detailliertere Beschreibung solcher Ventile sei an dieser Stelle auf die Beschreibung des Kolbenverdichters bzw. die Figurenbeschreibung verwiesen.

Vorzugsweise wird mit einer hydraulischen Dämpfungseinheit unter Verwendung des hydraulischen Mediums und unter Bildung eines zweiten Volumens, das zumindest teilweise von dem Hubkolben begrenzt wird, eine Bewegung des Hubkolbens auf Seiten des hydraulischen Antriebs bei Bedarf begrenzt. Eine solche Dämpfungseinheit kann nicht nur zum weiteren Dämpfen der Bewegung des Hubkolbens verwendet werden, sondern auch, um ein Verdichtungsverhältnis einzustellen.

Hierzu wird bevorzugt das zweite Volumen mit dem ersten Volumen verbunden, um eine mittels des Kolbenverdichters zu fördernde Menge an Medium zu reduzieren. Dies geht einher mit einer Erhöhung von Totraum im Zylinderkopf. Überschüssiges hydraulisches Medium (also um im zweiten Volumen hydraulisches Medium abzubauen) wird hierzu aus dem ersten Volumen in ein Reservoir abgeführt. Ebenso ist es bevorzugt, wenn das erste Volumen mit dem Reservoir für das hydraulische Medium verbunden wird, um eine mittels des Kolbenverdichters zu fördernde Menge an Medium zu erhöhen. Dies geht einher mit einer Reduzierung von Totraum im Zylinderkopf. Dabei wird benötigtes hydraulisches Medium (also um die Menge an hydraulischem Medium im zweiten Volumen zu erhöhen bzw. das zweite Volumen aufzufüllen) aus dem Reservoir zugeführt.

Je nach Bedarf kann also das zweite Volumen mit mehr oder weniger hydraulischem Medium befüllt werden. Da durch das hydraulische Medium im zweiten Volumen die Bewegung des Hubkolbens in Richtung unterer Totpunkt (also in Richtung des hydraulischen Antriebs) begrenzbar ist, kann so das Volumen, welches am Zylinderkopf bzw. am oberen Totpunkt zur Verdichtung zur Verfügung steht, verändert werden. Entsprechend kann das Verdichtungsverhältnis geändert werden.

Vorteilhafterweise wird als Kolbenverdichter ein mehrstufiger Kolbenverdichter mit wenigstens zwei Hubkolben und entsprechenden Zylindern verwendet. Eine Bewegung dieser Hubkolben in den entsprechenden Zylindern kann jedoch weiterhin mit dem einen hydraulischen Antrieb, dann mit entsprechend mehreren solcher erster

Volumina, erfolgen. Es versteht sich, dass dann auch entsprechend mehrere solcher Dämpfungseinheiten vorgesehen sein können. Je nach Situation können die einzelnen Zylinder dann beispielsweise in Reihe oder sternförmig angeordnet werden. Die Verdichtung erfolgt dann derart, dass von einem Zylinder ausgestoßenes Medium einem anderen Zylinder zugeführt und dort weiter verdichtet wird.

Besonders bevorzugt ist es, wenn eine ionische Flüssigkeit als Betriebsflüssigkeit /verwendet wird. In diesem Zusammenhang wird dann auch von einem sog. ionischen Verdichter gesprochen. Wie bereist eingangs erwähnt, bieten solche ionischen Verdichter Vorteile wie ein verringertes Totvolumen. Durch die hier vorgeschlagene Zu- bzw. Abfuhr von hydraulischem Medium können nun auch die verbleibenden Nachteile der Schallemission bzw. Bauteilabnutzung reduziert werden.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Kolbenverdichter mit einem Hubkolben in einem Zylinder, wobei in dem Zylinder auf Seiten eines zu verdichtenden und zu fördernden Mediums ein Einlassventil und ein Auslassventil vorgesehen sind. Zudem weist der Kolbenverdichter einen hydraulischen Antrieb mit einem Hydraulikkolben auf, mittels dessen der Hubkolben unter Verwendung eines hydraulischen Mediums in einem ersten Volumen, mit dem der Hubkolben auf Seiten des hydraulischen Antriebs beaufschlagbar ist, hin und her bewegbar ist. Dabei ist wenigstens eine

Messeinrichtung vorgesehen, mittels welcher eine Position des Hydraulikkolbens und/oder eines Drehwinkels einer zur Bewegung des Hydraulikkolbens vorgesehenen Welle und eine Position des Hubkolbens und/oder ein Druck im ersten Volumen ermittelbar sind. Der Kolbenverdichter ist nun dazu eingerichtet, bei Bedarf in

Abhängigkeit von der Position des Hydraulikkolbens und/oder des Drehwinkels der zur Bewegung des Hydraulikkolbens vorgesehenen Welle in Relation zu der Position des Hubkolbens und/oder dem Druck im ersten Volumen hydraulisches Medium in das erste Volumen zuzuführen und/oder aus dem ersten Volumen abzuführen. Vorzugsweise weist der Kolbenverdichter weiterhin eine hydraulische

Dämpfungseinheit auf, mittels welcher unter Verwendung des hydraulischen Mediums und unter Bildung eines zweiten Volumens, das zumindest teilweise von dem

Hubkolben begrenzt wird, eine Bewegung des Hubkolbens auf Seiten des

hydraulischen Antriebs bei Bedarf begrenzbar ist. Vorteilhafterweise sind dabei ein erstes Ventil, mittels dessen das zweite Volumen mit dem ersten Volumen verbindbar ist, und ein zweites Ventil, mittels dessen hydraulisches Medium aus dem ersten Volumen in ein Reservoir für das hydraulische Medium abführbar ist, vorgesehen. Damit kann eine mittels des Kolbenverdichters zu fördernde Menge an Medium reduziert werden. Bevorzugt ist es auch, wenn ein drittes Ventil vorgesehen ist, mittels dessen das erste Volumen mit dem Reservoir für das hydraulische Medium verbindbar ist. Damit kann hydraulisches Medium dem ersten Volumen zugeführt werden. Dieses dritte Ventil kann vorzugsweise auch derart ausgebildet sein, dass automatisch hydraulisches Medium aus dem Reservoir dem ersten Volumen zuführbar ist, wenn auf Seiten des ersten Volumens ein geringerer Druck als auf Seiten des Reservoirs vorliegt. Das dritte Ventil kann hierzu beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet sein. Der Kolbenverdichter ist vorteilhafterweise als mehrstufiger Kolbenverdichter mit wenigstens zwei Hubkolben und entsprechenden Zylindern ausgebildet.

Zweckmäßigerweise ist in dem Kolbenverdichter eine ionische Flüssigkeit als

Betriebsflüssigkeit vorgesehen. Hinsichtlich der näheren Erläuterung sowie weiterer bevorzugter Ausgestaltungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Kolbenverdichters sei zur Vermeidung von

Wiederholungen auf obige Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren, das anhand eines Kolbenverdichters erläutert wird, verwiesen, die hier entsprechend gelten.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Figur 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Kolbenverdichter in bevorzugter Ausführungsform, der sich zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

In Figur 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Kolbenverdichter 100 in bevorzugter Ausführungsform dargestellt, der sich zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.

Der Kolbenverdichter 100, in der gezeigten Form auch als Flubkolbenverdichter bezeichnet, umfasst hier einen Zylinder 1 10, in dem ein Flubkolben 1 1 1 hin und her bzw. auf und ab bewegt werden kann. An sich kann ein solcher Kolbenverdichter mehrstufig ausgebildet sein, d.h. mehrere der gezeigten Zylinder 1 10 mit Flubkolben 1 1 1 können vorhanden sein. Die folgende Beschreibung in Bezug auf den Zylinder mit

Flubkolben gilt dann entsprechend auch für weitere Zylinder mit Flubkolben.

Der Kolbenverdichter 100 wird durch einen Hydraulikantrieb bzw. einen hydraulischen Antrieb angetrieben, welcher hier einen Flydraulikkolben 120 umfasst. Der

Flydraulikkolben 120 wird von einem Umlaufrad mit Welle 121 mit geeignetem

Gestänge (Hydraulikku rbeltrieb) angetrieben. Durch eine Drehung dieser Welle 121 , wie mit einem Pfeil angedeutet, führt durch die Verwendung von hydraulischem Medium a (Hydrauliköl) in einem ersten Volumen 141 zu einer Auf- und Abbewegung des Hubkolbens 1 10, wie ebenfalls mit einem Pfeil angedeutet. Der Hubkolben 1 11 oszilliert im Zylinder 110 zwischen zwei Umkehrpunkten, die als unterer Totpunkt (UT) und oberer Totpunkt (OT) bezeichnet werden.

Die Frequenz, mit welcher sich die Welle dreht und sich entsprechend der Hubkolben auf und ab bewegt, kann beispielsweise zwischen 0,5 Hz und 12 Hz liegen (wird jedoch in der Regel konstant gehalten), der Hub des Hubkolbens kann beispielsweise zwischen 30mm und 100mm liegen. Der Hub bzw. das Hubvolumen des

Hydraulikkolbens ist in der Regel ebenfalls konstant.

Das hydraulische Medium a wird hier also an die Bodenseite des Hubkolbens 11 1 gefördert. Der Hubkolben 1 1 1 wird dabei entsprechend nach oben bewegt und verdichtet ein Zwei-Phasengemisch im sog. Gaszylinder 1 14, also dem oberen Bereich des Zylinders Dieses Zwei-Phasengemisch umfasst hier einerseits ein zu

verdichtendes und zu förderndes Medium b und andererseits eine ionische

Betriebsflüssigkeit. Überschreitet der Druck im Zylinder 1 10 den Gegendruck am Druckventil bzw. Auslassventil 1 13, wird dieses geöffnet und das Medium b annähernd isobar in den Druckbereich gefördert, bis der obere Totpunkt erreicht ist.

Sobald sich der Hydraulikkolben 120 nach unten bewegt, wird der Gegendruck im Zylinder 1 10 unterschritten und das Auslassventil 1 13 geschlossen. Der sich nach unten bewegende Hubkolben 1 11 verringert den Druck im Zylinder 110 bis der anliegende Druck am Säugventil bzw. Einlassventil 112 unter das Niveau im

Saugbereich sinkt.

Je weniger Restvolumen bzw. Totraum besteht, umso früher kann das Einlassventil 1 12 öffnen und proportional dazu die angesaugte Menge erhöht werden.

Systembedingt kann die Stellung des Hubkolbens 1 11 von der Hubstellung des Hydraulikkolbens 120 abweichen. Die Leckage-behaftete Verdichtung im

Hydraulikantrieb führt dazu, dass in weiterer Folge das am Hydraulikkolben 120 vorbeigeleitete hydraulische Medium a zunächst in ein Reservoir 130 (bzw. einen Tank) gelangt.

Von dort kann es über eine Pumpe 131 und einen Wärmetauscher 132 und schließlich ein Rückschlagventil 153 wieder in den Hydraulikkreis bzw. das erste Volumen 141 zurückgefördert werden, um die Stellungsabweichungen zwischen Hydraulikkolben 120 und Hubkolben 1 11 zu kompensieren.

Die benötigte Menge kann nun im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise über einen Datenabgleich zwischen einer Messeinrichtung 161 (beispielsweise ein Wegmesssystem) und einer Messeinrichtung 160 (beispielsweise ein

Drehwinkelaufnehmer) berechnet und korrigiert werden. Während mittels der

Messeinrichtung 161 beispielsweise die Position x des Hubkolbens 11 1 ermittelt werden kann, kann mit der Messeinrichtung 160 beispielsweise ein Drehwinkel cp der Welle 121 ermittelt werden. Zudem kann mittels einer geeigneten Messeinrichtung 162 beispielsweise auch ein Druck p im ersten Volumen 141 erfasst werden. Ein Anschlägen des Hubkolbens 1 11 am Zylinderkopf wird nun durch eine

Drucküberhöhung am Ende der eigentlich isobaren Ausschiebephase erkannt, wodurch das überschüssige hydraulische Medium über ein Druckbegrenzer-Ventil 154 wieder zurück in das Reservoir 130 gefördert wird.

Mechanischer Kontakt des Hubkolbens 1 1 1 am Kolben- bzw. Zylinderboden wird durch eine Druckunterschreitung während der Einströmphase erkannt. Hier wird die fehlende Menge an hydraulischem Medium über das Rückschlagventil 153 (das im Rahmen der Erfindung auch als drittes Ventil bezeichnet wird) gezogen bzw. zugeführt, um den Hubkolben 1 1 1 in den Normbereich zu bewegen.

Indem nun also beispielsweise eine Druckmessung in dem ersten Volumen in

Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Welle 121 vorgenommen wird, kann erkannt werden, wenn ein Anschlag des Hubkolbens 1 1 1 am Zylinderkopf oder Zylinderboden auftritt oder bevorsteht, und es kann, beispielsweise durch geeignete Ansteuerung der Ventile 153 bzw. 154 hydraulisches Medium ab- oder zugeführt werden

Weiterhin ist eine Dämpfungseinheit 140 vorgesehen, mittels welcher ein adaptives Dämpfungssystem verwirklicht werden kann, und zwar unabhängig von der Frequenz, von den Druckverhältnissen im Kolbenverdichter und von der Leckage im

Hydraulikbereich. Diese Dämpfungseinheit 140 kann dazu verwendet werden, die Bewegung des Hubkolbens 1 11 nach unten zu dämpfen und somit die

Schallemissionen und mechanischen Belastungen während der Bewegung in Richtung unterer Totpunkt zu verringern.

Wird über die drehwinkelaufgelöste Druckmessung im Hydrauliksystem, also hier im ersten Volumen 141 , eine Leckage im Ölkreislauf, also hier auch in dem ersten Volumen 141 , detektiert, kann dies kompensiert werden. Zudem ist es möglich, durch das adaptive Dämpfungssystem den oberen sowie den unteren Totpunkt und damit das Verdichtungsverhältnis bzw. die geförderte Menge an Medium einzustellen. Hierzu wird je nach Bedarf bzw. Anforderung an die geforderte Menge zusätzliches hydraulisches Medium zugeführt bzw. überschüssiges hydraulisches Medium in das Reservoir abgeführt bzw. zurückgeschoben. Soll die geförderte Menge vergrößert bzw. der vorhandene Totraum verkleinert werden, so wird ein erstes Ventil 150 geschlossen. Dadurch wird der Hubkolben 1 1 1 an der Bewegung in Richtung unterer Totpunkt bzw. in Richtung hydraulischem Antrieb gehindert, obwohl sich der Hydraulikkolben 120 nach unten bewegt. Dadurch wird die benötigte Menge an hydraulischem Medium durch den in Folge entstehenden

Unterdrück über das Rückschlagventil 153 in den Kreislauf bzw. in das erste Volumen 141 gesaugt. Bewegt sich der Hydraulikkolben 120 wieder nach oben, ist das System geschlossen und der Hubkolben 11 1 wurde um ein definiertes Volumen (durch die zusätzlich geführte Menge an hydraulischem Medium) angehoben, wodurch der Totraum verringert und die geförderte Menge an zu verdichtendem Medium vergrößert wird.

Wird die Menge an hydraulischem Medium zu stark angehoben und der Hubkolben 1 1 1 droht, mit dem Zylinderkopf zu kollidieren, so kann das dritte Ventil 155 geöffnet und Füllmenge abgebaut werden.

Soll die geförderte Menge verringert bzw. der vorhandene Totraum vergrößert werden, so wird das erste Ventil 150 geöffnet, um die Abwärtsbewegung des Hubkolbens 1 1 1 nicht zu beeinflussen. Gleichzeitig wird das zweite Ventil 155 geöffnet, um eine definierte Menge an hydraulischem Medium abzubauen bzw. abzuführen, was durch die Bewegung des Hydraulikkolbens 120 nach oben erfolgt. Ist die geforderte Position des Hubkolbens erreicht, so kann das erste Ventil 150 wieder geschlossen werden.

Erfolgt dies vor Erreichen des unteren Totpunkts durch den Hydraulikkolben 120, so fördert dieser über das Rückschlagventil 153 die nötige Menge an hydraulischem Medium nach.

Diese Einstellungen können in einem Regelkreis durch mehrmalige Iteration an den geforderten Betriebspunkt angenähert werden. Wird eine Änderung der

Zwischenkreisdrücke der einzelnen Stufen gefordert (also bei einem mehrstufigen

Kolbenverdichter), so kann dies auf die gleiche Art wie eben beschrieben, erfolgen. Es wird lediglich der Druck als Regelgröße herangezogen und im Kreis mit den anderen Stufen abgeglichen. Wurde ein Betriebspunkt eingestellt, so ist eine Änderung des Drucks im System direkt proportional zur Stellung des Hubkolbens 1 1 1 . Eine Abweichung der Position der dem Drehwinkel cp der Welle 121 zugeordneten Position x des Hubkolbens 1 1 1 aufgrund von Leckage kann durch Blockieren des Hubkolbens 11 1 mittels der Dämpfungseinheit 140 erfolgen, es wird hydraulisches Medium über das Rückschlagventil 153 nachgefördert und die Fehlstellung kompensiert.

Dieses adaptive Dämpfungssystem erlaubt es, hydraulisch angetriebene

Kolbenverdichter hinsichtlich des nutzbaren Hubvolumens zu optimieren. Es wird ermöglicht, den Kolbenweg variabel zu gestalten und je nach Anforderung an das System bzgl. Fördermenge, Druck und Effektivität zu optimieren.

Das Restvolumen zwischen Hubkolben und Zylinderkopf, der sogenannte Totraum, expandiert bei der Abwärtsbewegung des Hubkolbens und beeinflusst je nach Größe den Öffnungszeitpunkt des in der Regel Feder-betätigten Säugventils. Je größer der Totraum ist, desto später öffnet dieses und umso weniger Fördermenge kann angesaugt werden.

Dies beeinflusst direkt die Effizienz der jeweiligen Verdichterstufe. In Abstimmung mit den restlichen Stufen kann somit eine Anpassung der Zwischenkreisdrücke erfolgen, was in bestimmten Betriebsbereichen erforderlich sein kann. Somit ist es möglich, mit dem vorgeschlagenen Verfahren bzw. dem Kolbenverdichter eine große Variabilität hinsichtlich der benötigten Fördermenge sowie der anliegenden Drücke im

Zwischenkreis zu realisieren.

Durch die Möglichkeit der Dämpfung des Hubkolbens sowie der Huboptimierung ist es möglich, dauerhaft mechanische Belastungen zu reduzieren, was einerseits zu einer Erhöhung der möglichen Standzeit der Verdichterkomponenten führt, und es andererseits erlaubt, Werkstoffe zu verwenden, die eine geringere Güte besitzen und dadurch einen größeren Freiraum hinsichtlich der Kostenoptimierung bzgl. Rohmaterial und Fertigungskosten bietet.

Mit erwähnten Effekten einher geht die Absenkung der Schwingungen und

Geräuschemissionen, wodurch auch Einsparungen getroffen werden können hinsichtlich bisher notwendiger Dämmungsmaßnahmen und folglich der Betrieb beispielsweise eines Tankstellensystems (in dem mit einem solchen Kolbenverdichter beispielsweise Wasserstoff verdichtet wird) in Wohnraumumgebung erleichtert werden kann. Durch die beschriebene Konfiguration ist ein solcher Kolbenverdichter sehr variabel und vereinfacht dadurch die Anwendung eines Baukastensystems, auch hinsichtlich unterschiedlicher Betriebsmedien, Grenzwerten und Anforderungen und erlaubt somit eine einfachere Serienfertigung aufgrund der nun möglichen Baugleichheit der einzelnen Komponenten trotz unterschiedlicher Anwendung.

Eine Erweiterung bestehender bzw. bereits ausgelieferter Kolbenverdichter zu einem vorgeschlagenen Kolbenverdichter erlaubt die Optimierung der Betriebsparameter sowie eine Effizienzsteigerung. Zudem ist es möglich, bestehende Standzeiten zu erhöhen und Schwingungen und Schallemissionen zu verringern.

Die Einbindung in ein bestehendes System (also einen bestehenden Kolbenverdichter oder mehrere davon) kann im Zuge eines regelmäßigen Wartungsvorgangs durchgeführt werden. Hierzu können zusätzlich ein Wegmesssystem und ein

Drehwinkelgeber (im Sinne der erwähnten Messeinrichtungen) angebracht und die Automatisierungsprogrammierung der Anlage um die notwendigen Steuerungsroutinen erweitert werden.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass es in Verbindung mit steuerbaren Saug- und Druckventilen beispielsweise auf piezoelektrischer Basis, wie sie beispielsweise in Automotive-Anwendungen Verwendung finden, möglich ist, ein Expandersystem zu realisieren. Ein solches nutzt die Expansionsarbeit bei der Entspannung des Gases beispielsweise in einem Dispensersystem, bei welchem Gas eines niedrigeren Druckniveaus benötigt wird, und kann dadurch auf Basis eines Energierückgewinnungssystems zur Stromerzeugung dienen.