CH678881A5

CH678881A5 -

Info

Publication number: CH678881A5
Application number: CH1086/89A
Authority: CH
Inventors: Heinz Baumann
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1991-11-15
Also published as: AU625116B2; AU5210990A; EP0389414A1; US5030065A; CA2012776C; CA2012776A1; EP0389414B1; DE59001649D1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenkompres-sor mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Zylindern mit je einem darin geführten Kolben, welche Kolben paarweise, auf einer gemeinsamen Achse einander gegenüberliegend, angeordnet und über ein ihre Kolbenstangen verbindendes Joch mit einem Gleitstück gekoppelt sind, welches zwischen zwei am Joch ausgebildeten, parallelen Führungsflächen quer zur gemeinsamen Achse beweglich gefuhrt ist und in welches ein Kurbelzapfen einer Antriebswelle eingreift.

Bei einem aus der EP-Patentanmeldung 0 269 082 (P.6073) bekannten, für Hochdruck ausgelegten vierstufigen Kleinkompressor der genannten Art, mit zwei gegeneinander um 90° versetzt angeordneten Kolbenpaaren, sind die Joche je einteilig ausgeführt und mit einem Längsschlitz versehen, in weichem das betreffende, in Form eines Vierkants ausgebildete Gleitstück über lineare Nadellager-anordnungen geführt ist. Die für einen sicheren und wartungsarmen Betrieb derartiger Kompressoren wichtige exakte Führung des Gleitstücks erfordert bei den bekannten Ausführungen, insbesondere bei Kompressoren für Hochdruck, bei denen entsprechend grosse Lagerkräfte auftreten, eine sehr genaue Bearbeitung der über eine Wälzlager-anordnung oder über Gleitflächen zusammenwirkenden Teile und damit einen entsprechend hohen Fertigungsaufwand für das Joch und das Gleitstück.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere in dieser Hinsicht verbesserten Hubkolbenkompressor der eingangs genannten Art in einer Bauweise zu schaffen, welche bei geringem Fertigungsaufwand eine im wesentlichen spielfreie, präzise Paralieiführung des mit dem Kurbelzapfen verbundenen Gleitstücks im Joch gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die erfindungsgemässe Ausführung wird auf einfache, kostengünstige Welse erreicht, dass die Gleitschuhe unter einer vorbestimmten Vorspannung - über Wälzkörper oder über zusammenwirkende Gleitflächen - gegen das Gleitstück gepresst werden. Entsprechend wird eine stoss-freie Übertragung der über das Gleitstück und die Gleitschuhe in die Kolben einzuleitenden Antriebskräfte erzielt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung, Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäss ausgeführten Hubkolbenkompressor in einem durch zwei Horizontalebenen geführten Schnitt;

Fig. 2 eine Einzelheit eines Hubkolbenkompressors in einer abgewandelten Ausführungsform in einem der Fig. 1 entsprechenden Teilschnitt,

Fig« 3 den Schnitt III-III aus der Fig. 2;

Fig. 4 bis 6 weitere Einzelheiten von Hubkolbenkompressoren, je in einer abgewandelten Ausführungsform.

Der dargestellte Kompressor, ein Kleinkompressor, weist vier Zylinder 1, 2, 3 und 4 auf, in denen Kolben 5, 6, 7 und 8 geführt sind. Die Zylinder 1 und 3 weisen je eine in der Zeichnungsebene liegende, gemeinsame horizontale Achse 10 auf, während die Zylinder 2 und 4 auf einer gegenüber der Zeichnungsebene zurückversetzten gemeinsamen horizontalen Achse 11 angeordnet sind. Die Kolben 5 und 7 sind über ein ihre Kolbenstangen 12 bzw. 13 verbindendes Joch 14 mit einem vierkantförmigen Gleitstück 15 gekoppelt, welches über eine Gleitlageranordnung oder, wie in der Fig. 1 angedeutet, über eine Wälzlageranordnung (Nadellager) 9 auf einem Kurbelzapfen 16 einer vertikal angeordneten Kurbelwelle 17 gelagert ist. Die Kurbelwelle 17 ist mit einem nicht dargestellten Motor, z.B. einem Elektromotor, verbunden. Das Gleitstück 15 ist zwischen zwei im Joch 14 ausgebildeten, zueinander parallelen Führungsflächen 18 quer zur Achse 10 verschiebbar geführt. Die Kolben 6 und 8 sind über ein ihre Kolbenstangen 20 bzw. 21 verbindendes zweites Joch 22 mit einem auf dem Kurbelzapfen 16 gelagerten, nicht dargestellten zweiten Gleitstück gekoppelt, welches in dem gegenüber dem Joch 14 um 90° versetzten Joch 22 quer zur Achse 11 verschiebbargeführt ist.

Die Führungsflächen 18 sind an Gleitschuhen 23 ausgebildet, welche in beliebiger Weise, dar-stellungsgemäss je mittels einer Schraube 25, mit einer der Kolbenstangen 12,13,20 und 21 fest verbunden sind und welche je auf der dem betreffenden Kolben zugekehrten Seite mit einer zylindrischen Stützfläche 24 ausgeführt sind. Die Joche 14 und

22 enthalten je zwei dieser Gleitschuhe 23 und eine diese verbindende Halterung in Form eines gegen die Gleitschuhe verspannbaren Verbindungsteils, welcher entsprechend der dargestellten Ausführung durch einen auf die Stützflächen 24 aufsetzbaren, federnd verformbaren Spannring 26 gebildet sein kann. Die Gleitschuhe 23 können mit dem Gleitstück 15 über Gleitlageranordnungen oder, wie in Fig. 1 angedeutet, über Wäizlageranordnungen 27, darstellungsgemäss lineare Nadellager, zusammenwirken.

Durch den unter einer vorbestimmten Vorspannung auf die Stützflächen 24 aufgesetzten Spannring 26 werden die Gleitschuhe 23 des Joches 14 mit einer entsprechenden, vorbestimmten Anpresskraft über die Wälzlageranordnungen 27 gegen die Führungsflächen 19 des zwischen die Gleitschuhe

23 einführbaren Gleitstücks 15 verspannt. In entsprechender Weise werden die Gleitschuhe 23 des zweiten Joches 22 gegen die parallel zur Achse 10 verlaufenden Führungsflächen 19 des nicht dargestellten zweiten Gleitstücks verspannt. Durch diese Anordnung wird eine in Richtung der Achse 10 spielfreie Koppelung der Kolben 5 und 7 bzw. eine in Richtung der Achse 11 spielfreie Koppelung der Kolben 6 und 8 mit dem betreffenden Gleitstück, und damit eine entsprechend stossfreie Antriebsverbindung zwischen dem Kurbelzapfen 16 und den Kolben 5, 6, 7 und 8 gewährleistet. Die Verbindung zwi-

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sehen dem Spannring 26 und den Gleitschuhen 23 wird durch die Kolbenstangen 12 und 13 bzw. 20 und 21 gesichert, welche jeweils, durch eine am Umfang des Spannringes 26 vorgesehene Durchtrittsöffnung 28 hindurch, mit dem betreffenden Gleitschuh 23 zusammengeführt werden.

Der in seiner oberen Totpunktlage dargestellte Kolben 5 ist mit mehreren, je einer Durchtrittsöffnung 30 zugeordneten Saugventilen 35 versehen, von denen nur eines dargestellt ist. Durch die Saugventile 35 wird jeweils während des Saughubes des Kolbens 5 eine Verbindung zwischen einem Kompressionsraum 31 des die erste Verdichtungsstufe bildenden Zylinders 1 und dem zentralen Kurbelraum 36 des Kompressors hergestellt. Der Kurbelraum 36 ist an eine nicht dargestellte Zuführleitung für das zu komprimierende Gas, z.B. Erdgas, angeschlossen, welches dem Kurbelraum 36 mit einem Druck von z.B. 10 mbar zugeführt und in den Kompressionsraum 31 angesaugt wird. Während des Druckhubes wird das Gas auf einen Druck von z.B. 5 bar verdichtet und durch im Zylinderkopf des Zylinders 1 angeordnete Druckventile 37, von denen ebenfalls nur eines dargestellt ist, über einen Verbindungskanal 38 der durch den Zylinder 2 gebildeten zweiten Verdichtungsstufe zugeführt.

Im Zylinder 2 wird das Gas beim Saughub des Kolbens 6 durch im Zylinderkopf angeordnete Saugventile 35 in einen Kompressionsraum 32 angesaugt, beim folgenden Druckhub auf einen Druck von z.B. 20 bar verdichtet und durch ein zentral angeordnetes Druckventil 37 über einen Verbindungskanal 39 der durch den Zylinder 3 gebildeten dritten Verdichtungsstufe zugeführt, dessen Kolben 7 in seiner unteren Totpunktlage dargestellt ist. Im Zylinder 3 wird in entsprechender Weise das beim Saughub des Kolbens 7 in einen Kompressionsraum 33 angesaugte Gas beim folgenden Druckhub auf einen Druck von z.B. 60 bar verdichtet und über einen Verbindungskanal 40 der durch den Zylinder 4 gebildeten Enddruckstufe zugeführt.

Im Zylinder 4 wird das beim Saughub des Kolbens 8 in einen Kompressionsraum 34 angesaugte Gas beim Druckhub auf einen Druck von z.B. 200 bar verdichtet und durch das Druckventil 37 in eine Druckleitung 41 gefördert, die an einen nicht dargestellten Druckbehälter für das verdichtete Gas an-schliessbar sein kann. Der Druckbehälter kann z.B. als Gastreibstofftank eines Kraftfahrzeuges ausgebildet sein.

Die Saugventile 35 und Druckventile 37 können in beliebiger Bauart ausgeführt sein. Entsprechende Ventile, deren Anordnung und Ausbildung nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, sind z.B. in der nicht vorveröffentlichten EP-Patentan-meldung 0 346 285 näher beschrieben.

Entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 können die Gleitschuhe 23 mit seitlichen Anschlägen 43 ausgeführt sein, weiche den Bewegungsbereich der Wälzlageranordnungen 27 begrenzen.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform enthalten die Joche 14 und 22 je zwei in den Spannring 26 einsetzbare bügelartige Klemmteile 44, welche je mit zwei gegen die zugekehrten Seiten der beiden Gleitschuhe 23 federnd verspannbaren,

aufgebogenen Enden ausgeführt sind, an denen die jeweils in Richtung der gemeinsamen Achse 10 bzw. 11 des betreffenden Joches 14 bzw. 22 einander gegenüberliegenden Anschläge 43 für die Wälzlageranordnungen 27 ausgebildet sind. Entsprechend der Darstellung nach Fig. 2 enthalten die Wälzlageranordnungen 27 je eine Anzahl nadeiförmige Wälzkörper 45, die in einem zwischen den Anschlägen 43 beweglichen Käfig 46 angeordnet sind.

Wie aus der Fig. 2 weiter hervorgeht, können die Gleitschuhe 23 je mit einer Auflage 47 versehen sein, die aus einem verschleissfesten Material, z.B. aus gehärtetem Stahl, besteht. Die Auflagen 47 können je durch eine auf dem Gleitschuh 23 in beliebiger Weise, z.B. mittels einer Lötverbindung, befestigbare Platte oder durch eine entsprechend aufbringbare Schicht aus einem entsprechende Lagereigenschaften aufweisenden, z.B. keramischen Material gebildet sein. Das Gleitstück 15 kann ebenfalls mit einer entsprechenden Auflage versehen oder aus einem verschleissfesten Material ausgeführt sein.

Entsprechend der Darstellung nach den Fig. 2 und 3 können die beiden Spannringe 26 je mit zwei kappenartigen Abdeckteilen 48 versehen sein, welche aus einem Kunststoff bestehen und je mit einer den Innenraum des Spannringes 26 seitlich begrenzenden Stirnwand 50 und einer auf eine Schulter-partie des betreffenden Spannringes 26 aufsetzbaren Flanschpartie 51 ausgeführt sein können. Die Stirnwände 50 sind je mit einer dem Bewegungsbereich des Gleitstücks 15 angepassten, langlocharti-gen Durchtrittsöffnung 52 für den Kurbelzapfen 16 versehen. Durch die Abdeckteile 48, in Verbindung mit auf dem Kurbelzapfen 16 angebrachten Abdeckscheiben 53, welche die Durchtrittsöffnungen 52 überdecken, werden die die Lageranordnungen 9 und 27 enthaltenden Innenräume der Joche 14 und 22 vor einer Verschmutzung durch eindringenden Staub geschützt.

Bei abgewandelten Ausführungsformen können anstelle von Spannringen 26 auch andere Halterungen mit von den Gleitschuhen lösbaren und gegen diese verspannbaren Verbindungsteilen vorgesehen sein. Gemäss Fig. 4 kann die Halterung für zwei zusammenwirkende Gleitschuhe 23 und 23a zwei beidseits des Gleitstücks 15 angeordnete Schrauben 54 und Federelemente 55, darstellungs-gemäss Druckfedern, enthalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schrauben 54 in Durchgangsbohrungen der seitlichen Endpartien 57a des Gleitschuhs 23a angeordnet und in die Endpartien

57 des Gleitschuhs 23 eingeschraubt. Die Schrauben 54 bilden somit eine Parallelführung für den Gleitschuh 23a, welcher über die zwischen seinen Endpartien 57a und den Schraubenköpfen angeordneten Federelemente 55 mit einer vorbestimmten Federkraft gegen das Gleitstück 15 und den Gleitschuh 23 verspannbar ist. Darstellungsgemäss können die Endpartien 57a an seitlichen Wandteilen

58 des Gleitschuhs 23a ausgebildet sein, die sich je bis auf einen für das gegenseitige Verspannen der Teile erforderlichen Spalt gegen den Gleitschuh 23 erstreckt.

Entsprechend der Darstellung nach Fig. 5 kön-

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nen die Federelemente 55 - Druckfedern oder entsprechende federnde Zwischenstücke - auch zwischen den Endpartien 57 und 57a angeordnet sein, wobei die Gleitschuhe 23 und 23a jeweils gegen die Wirkung dieser Federelemente 55 gegeneinander und gegen das Gleitstück 15 verspannbar sind. Es ist auch eine Ausführung möglich, bei der die Fe-derelemente 55 durch Zugfedern gebildet sind, welche je die beiden Endpartien 57 und 57a verbinden und durch welche die vorbestimmte Vorspannkraft aufgebracht wird. Dabei kann, sofern die Kolbenstangen 12,13,20,21 axial geführt sind, gegebenenfalls auf eine Parallelführung der Gleitschuhe verzichtet werden, so dass sich die Anordnung von Schrauben 54 erübrigt.

Gemäss Fig. 6 kann ein Gleitschuh 23b mit elastisch verformbaren Endpartien 59 ausgeführt sein, welche durch die Schrauben 54 je gegen die gegenüberliegende Endpartie 57b des anderen Gleitschuhs 23 federnd verspannbar sind.

Die Erfindung ist nicht auf Kompressoren der vorstehend beschriebenen und dargestellten Art beschränkt, sondern auch für zwei- oder mehrstufige Ausführungen sowie für andere Anwendungen z.B. als Atemluftkompressoren, Kompressoren für Tieftemperaturtechnik und dergleichen, geeignet

Claims

Patentansprüche

1. Hubkolbenkompressor mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Zylindern (1,2,3,4} mit je einem darin geführten Kolben (5, 6, 7, 8), welche Kolben (5, 7 und 6, 8) paarweise, auf einer gemeinsamen Achse (10 bzw. 11) einander gegenüberliegend, angeordnet und über ein ihre Kolbenstangen (12, 13 bzw. 20, 21) verbindendes Joch (14 bzw. 22) mit einem Gleitstück (15) gekoppelt sind, welches zwischen zwei am Joch (14 bzw. 22) ausgebildeten, parallelen Führungsflächen (18) quer zur gemeinsamen Achse (10 bzw. 11) beweglich geführt ist und in welches ein Kurbelzapfen (16) einer Antriebswelle (17) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (14, 22) im wesentlichen durch zwei voneinander getrennte, je eine der Führungsflächen (18) enthaltende und je mit einer der Kolbenstangen (12,13, 20, 21) verbundene Gleitschuhe (23, 23a, 23b) und eine diese verbindende Halterung gebildet ist, durch welche die beiden Gleitschuhe (23, 23a, 23b) in Richtung der gemeinsamen Achse (10 bzw. 11) gegeneinander und gegen das Gleitstück (15) verspannbar gehalten sind.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung mindestens einen elastisch verformbaren Verbindungsteil enthält.

3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Gleitschuhe (23b) mit durch die Halterung elastisch verformbaren, gegen den anderen Gleitschuh (23) verspannbaren Endpartien (59) ausgeführt ist.

4. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschuhe (23) je auf der dem Kolben (5, 6, 7,8) zugekehrten Seite mit einer Stützfläche (24) für den Verbindungsteil ausgeführt sind, und dass als Verbindungsteil ein unter Vorspannung auf diese Stützflächen (24) der beiden Gleitschuhe (23) aufsetzbarer Spannring (26) vorgesehen ist.

5. Kompressor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens einen auf eine Schulterpartie des Spannrings (26) aufsetzbaren, den vom Spannring (26) umgebenen Raum seitlich begrenzenden kappenartigen Abdeckteil (48), welcher mit einer dem Bewegungsbereich des Gleitstücks (15) ange-passten Durchtrittsöffnung (52) für den Kurbelzapfen (16) ausgeführt ist,

6. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungsteile zwei beidseits des Gleitstücks (15) angeordnete, je gegen die einander in Richtung der gemeinsamen Achse (10 bzw. 11) gegenüberliegenden Endpartien (57, 57a) der Gleitschuhe (23, 23a) verspannbare FedereJe-mente (55) vorgesehen sind,

7. Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (18) der Gleitschuhe (15) und/oder die entsprechenden Führungsflächen (19) des Gleitstücks (15) je an einer am betreffenden Gleitschuh (23) bzw. Gleitstück (15) anbringbaren Auflage (47) ausgebildet sind, die aus einem verschleissfesten Material, z.b. gehärtetem Stahl oder einem keramischen Material, besteht.

8. Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zwischen dem Gleitstück (15) und den Gleitschuhen (23) vorgesehenen linearen Wälzlageranordnungen (27), dadurch gekennzeichnet, dass an den Gleitschuhen (23) je zwei den Einbaubereich der Wälzlageranordnung (27) begrenzende seitliche Anschläge (43) vorgesehen sind.

9. Kompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils in Richtung der gemeinsamen Achse (10 bzw. 11) einander gegenüberliegenden seitlichen Anschläge (43) des zusammenwirkenden Gleitschuhpaares an einem gemeinsamen, gegen die Gleitschuhe (23) verspannbaren Klemmteil (44) ausgebildet sind.

10. Einrichtung zum Betanken eines Fahrzeuges mit einem zu speichernden gasförmigen Treibstoff, enthaltend einen Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche.

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