DE102004020104A1 - Doppelkolben für einen Verdichter - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Doppelkolben für einen Verdichter vorgeschlagen, mit einem länglichen Kolbenträger, der an jedem Ende einen Kolben aufweist, und mit einem etwa parallel zum Kolbenträger verlaufenden Pleuel, das mittels eines Lagers auf einem Bolzen des Kolbenträgers drehbar gelagert ist und im Abstand davon mittels eines Pleuellagers auf einem Exzenter einer Antriebseinrichtung lagerbar ist. Der Kolbenträger enthält in einem mittleren Bereich, der sich zwischen beiden Kolben erstreckt, einen zur frei beweglichen Aufnahme des Pleuels bemessenen Zwischenraum, in dem das Pleuel frei beweglich aufgenommen ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Doppelkolben für einen Verdichter mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Es ist ein Doppelkolben dieser Art für einen Verdichter bekannt (
EP 12 33 183 A1 ), dessen Pleuel bei einem Verdichter zwischen dem Ausgang einer Antriebseinrichtung und dem Kolbenträger angeordnet ist, um über das Pleuel die rotierende, exzentrische Abtriebsbewegung der Antriebseinrichtung in eine hin- und hergehende Bewegung des Doppelkolbens umzusetzen. Es hat sich gezeigt, dass während des Bewegungsvorganges des Kolbens bei diesem und bei den Ventilen des Verdichters Schwingungen entstehen, die über das Pleuel und das Pleuellager übertragen werden. Ferner entstehen auch von der Antriebseinrichtung und von dessen Exzenter her Schwingungen. Diese Schwingungen können aufgrund der mechanischen Beanspruchungen frühzeitige Lagerschäden hervorrufen und haben ferner den Nachteil, dass dadurch störende Geräusche erzeugt werden, die insbesondere dann unangenehm sind, wenn derartige Verdichter z. B. in Fahrzeugen eingebaut werden. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Doppelkolben der eingangs genannten Art so auszubilden, dass bei dessen Einbau in einen Verdichter etwaige entstehende Schwingungen gedämpft und dadurch erzeugte Geräusche zumindest reduziert sind mit einhergehender Steigerung des Wirkungsgrades und der Lebensdauer der Lager.
- Die Aufgabe ist bei einem Doppelkolben der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Aufgrund dieser in Bezug auf den Kolbenträger und dessen Kolben symmetrischen Anordnung des Pleuels wirken im Bereich der Lager des Pleuels keine quergerichteten Kräfte sondern nur Kräfte innerhalb der Symmetrieebene. Dadurch wird die Belastung der Lager des Pleuels verringert und deren Lebensdauer erhöht. Ferner wird aufgrund reduzierter Lagerbeanspruchung auch der Wirkungsgrad gesteigert. In vorteilhafter Weise ergibt sich dadurch außerdem eine Schwingungsdämpfung mit dem Ergebnis, dass sonst entstehende Geräusche allein dadurch reduziert werden. Dadurch eignet sich ein mit einem solchen Doppelkolben ausgestatteter Verdichter mit besonderem Vorzug zum Einbau überall dort, wo es auf Geräuscharmut besonders ankommt, z. B. bei Fahrzeugen. Die Gestaltung ist einfach, kostengünstig und betriebssicher.
- Weitere besondere Erfindungsmerkmale und Ausgestaltungen dazu ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen. Aufgrund der mindestens einen Schwingungsdämpfungseinrichtung, die im Pleuelverlauf zwischen dem Pleuellager und der Koppelstelle angeordnet ist, wird die Schwingungsdämpfung noch weiter verbessert, so dass dadurch sonst entstehende Geräusche um ein Vielfaches reduziert werden.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
- Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Hinweis auf die Ansprüche darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.
- Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Schnitt eines Doppelkolbens mit daran angreifendem Pleuel eines ansonsten nicht weiter gezeigten Verdichters, -
2 die Halbseite eines schematischen Schnitts entlang der Linie II – II in1 . - In den Zeichnungen ist ein Kolben
10 eines im übrigen nicht weiter gezeigten Verdichters, z. B. Hochleistungsverdichters, gezeigt, der mit einem nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotor analog z. B.EP 12 33 183 A1 zu einer Funktionseinheit zusammengebaut sein kann. Der Kolben10 ist als Doppelkolben ausgebildet, der einen länglichen Kolbenträger11 aufweist, der an einem Ende einen ersten Kolben12 mit großem Durchmesser für eine erste Druckstufe und am gegenüberliegenden Ende einen zweiten Kolben13 mit kleinerem Durchmesser für eine zweite Druckstufe aufweist. Aufgrund dieser Gestaltung des Kolbens10 als Doppelkolben ist der nicht weiter gezeigte Verdichter zweistufig. Der Kolbenträger11 bildet zusammen mit einem oder beiden Kolben12 ,13 ein einstückiges Bauteil, das z. B. als Formteil aus Kunststoff oder aus Aluminiumdruckguss ausgebildet ist. - Der Kolben
10 , insbesondere dessen Kolbenträger11 , ist mittels eines Pleuels14 angetrieben, das auf einem Exzenter15 am Ende einer Welle16 mittels eines Lagers17 , z. B. eines Kugellagers, das nachfolgend als Pleuellager17 bezeichnet ist, drehbar gelagert ist. Die Welle16 ist Teil der Antriebseinrichtung in Form des nicht weiter gezeigten elektrischen Antriebsmotors, z. B. Hochleistungsmotors. - Das Pleuel
14 verläuft etwa parallel zum Kolbenträger11 und etwa rechtwinklig zur Längsmittelachse der Welle16 . In radialem Abstand vom Exzenter15 ist am Kolbenträger11 ein quer verlaufender Bolzen18 fest angebracht, der somit fester Bestandteil des Kolbenträgers11 ist und etwa parallel zur Längsmittelachse der Welle16 verläuft. Auf dem Bolzen18 ist das Pleuel14 mittels eines Lagers19 , z. B. eines Kugellagers, schwenkbeweglich, insbesondere drehbar, koppelbar. Das Lager19 sitzt mit seinem Innenring fest auf dem Bolzen18 , während dessen Außenring drehfest im Pleuel14 aufgenommen ist. - Der Kolbenträger
11 enthält in einem mittleren Bereich31 , der sich zwischen beiden Kolben12 ,13 erstreckt, einen zur frei beweglichen Aufnahme des Pleuels14 bemessenen Zwischenraum32 , in dem das Pleuel14 frei beweglich aufgenommen ist. Hierbei weist der Kolbenträger11 zwei etwa längs und zueinander etwa parallel verlaufende Stege33 und34 auf, die im Bereich der Kolben12 und13 mit diesen einstückig vereinigt sind. Zwischen den Stegen33 und34 ist der Zwischenraum32 gebildet und das Pleuel14 aufgenommen. Wie1 erkennen lässt, verläuft der Zwischenraum32 etwa innerhalb einer Ebene35 , die mit einer Diametralebene36 des einen Kolbens12 und einer mit dieser Diametralebene36 fluchtenden Diametralebene37 des anderen Kolbens13 fluchtet derart, dass diese Ebenen35 bis37 in einer Flucht verlaufen. Die Ebene35 stellt dabei im wesentlichen die Längssymmetrieebene des Kolbenträgers11 dar. Dass Pleuel40 ist so im Zwischenraum32 platziert, dass es sich im wesentlichen innerhalb dieser Ebene35 erstreckt. - Das Pleuel
14 ist als geradliniges Bauteil ausgebildet, dessen Pleuellager17 und Lager19 innerhalb einer gemeinsamen Längsmittelebene liegen, die etwa mit der Symmetrieebene des Kolbenträgers11 zusammenfällt. Der Bolzen18 des Kolbenträgers11 durchsetzt den Zwischenraum32 quer zur Symmetrieebene35 verlaufend und ist mit beiden Enden in den quer beabstandeten Stegen33 und34 des Kolbenträgers11 aufgenommen, insbesondere fest angeordnet. Die Stege33 ,34 des Kolbenträgers11 bilden zusammen mit dem Bolzen18 eine Lagergabel für das dortige Ende des Pleuels14 , das dazwischen aufgenommen und mit dem Lager19 auf dem Bolzen18 gehalten ist, während sich der übrige Teil des Pleuels14 frei in den Zwischenraum32 hinein erstreckt. Durch diese besondere Anordnung des mittig platzierten Pleuels14 werden die Lager17 und19 nur mit innerhalb der Ebene35 wirkenden Kräften belastet und nicht mit etwaigen dazu quer gerichteten Kräften. Aufgrund dessen ist die Lebensdauer der Lager17 ,19 erhöht und außerdem der Wirkungsgrad verbessert. Von Vorteil ist ferner, dass dadurch auch im Bereich der Lager17 ,19 eine Geräuschminderung erreicht ist. - Das Pleuellager
17 sitzt mit seinem Innenring fest auf dem Exzenter15 . Im Verlauf des Pleuels14 zwischen dem Pleuellager17 und der Koppelstelle mit dem Lager19 ist mindestens eine Schwingungsdämpfungseinrichtung20 angeordnet, die im Bereich der Koppelstelle, z. B. des dortigen Lagers19 , und/oder – wie in1 ausgeführt ist – im Bereich des Pleuellagers17 vorgesehen ist. Diese Schwingungsdämpfungseinrichtung20 weist eine schwingungsdämpfende Lageraufnahme21 auf, welche eine schwingungsdämpfende Schicht22 aufweist, die elastisch ist, insbesondere aus Gummi, Kunstgummi od. dgl. gebildet ist. Die schwingungsdämpfende Schicht22 weist z. B. eine Härte von etwa 80° Shore A auf. - Beim gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß
1 und2 weist die schwingungsdämpfende Lageraufnahme21 eine Gummifeder auf, während bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel die Lageraufnahme21 allein aus der schwingungsdämpfenden Schicht22 gebildet sein kann. In diesem Fall ist das Pleuellager17 mit seinem Außenring unmittelbar in die schwingungsdämpfende Schicht22 eingebettet, die ihrerseits in einer Aufnahme23 , insbesondere Bohrung, im Pleuel14 angeordnet ist. In der Ausbildung der Lageraufnahme21 als dargestellte Gummifeder weist diese zwei konzentrische Ringe24 und25 , insbesondere aus Metall, und zwischen den Ringen24 ,25 die ringförmig verlaufende Schicht22 auf, die z. B. als anvulkanisierte Gummischicht ausgebildet ist. Mittels der schwingungsdämpfenden Lageraufnahme21 ist das Pleuellager17 in die Aufnahme23 des Pleuels14 eingebettet. Die Anordnung der Schwingungsdämpfungseinrichtung20 an dieser Stelle hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Die schwingungsdämpfende Schicht22 kann mit Vorteil so ausgelegt sein, dass diese in Umfangsrichtung eine größere Elastizität als in radialer Richtung aufweist. - Bei einem nicht gezeigten anderen Ausführungsbeispiel kann auch das Lager
19 der Koppelstelle mittels einer schwingungsdämpfenden Lageraufnahme analog der Lageraufnahme21 in das Pleuel14 und/oder in einen Teil des Kolbens10 , z. B. des Kolbenträgers11 , eingebettet sein. - Aufgrund der Anordnung der mindestens einen Schwingungsdämpfungseinrichtung
20 wird eine sehr gute Dämpfung von Schwingungen erreicht, die während des Bewegungsvorganges des Kolbens10 entstehen und über das Pleuel14 und die Lager17 und19 übertragen werden und die andererseits durch die nicht weiter gezeigte Antriebseinrichtung und den Exzenter15 entstehen. Derartige Schwingungen belasten nicht nur die Lager sondern führen zu störenden Geräuschen, die sich insbesondere dann besonders unangenehm bemerkbar machen, wenn so ausgebildete Verdichter z. B. in Fahrzeugen eingebaut sind. Aufgrund der Schwingungsdämpfungseinrichtung20 werden also derartige Schwingungen im Bereich der Lageraufnahme21 von der Schicht22 aufgenommen und gedämpft, wodurch eine weitere Geräuschminderung, und zwar um ein Vielfaches, erreicht wird.
Claims (17)
- Doppelkolben für einen Verdichter, mit einem länglichen Kolbenträger (
11 ), der an jedem Ende einen Kolben (12 ,13 ) aufweist, und mit einem etwa parallel zum Kolbenträger (11 ) verlaufenden Pleuel (14 ), das mit dem Kolbenträger (11 ) mittels eines Lagers (19 ) drehbar gekoppelt ist und in Abstand von der Koppelstelle mittels eines Pleuellagers (17 ) auf einem Exzenter (15 ) einer Antriebseinrichtung lagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenträger (11 ) in einem mittleren Bereich (31 ), der sich zwischen beiden Kolben (12 ,13 ) erstreckt, einen zur frei beweglichen Aufnahme des Pleuels (14 ) bemessenen Zwischenraum (32 ) enthält, in dem das Pleuel (14 ) frei beweglich aufgenommen ist. - Doppelkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenträger (
11 ) zwei etwa längs und zueinander etwa parallel verlaufende Stege (33 ,34 ) aufweist, zwischen denen der Zwischenraum (32 ) gebildet und das Pleuel (14 ) aufgenommen ist. - Doppelkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (
32 ) etwa innerhalb einer Ebene (35 ) verläuft, die mit einer Diametralebene (36 ) des einen Kolbens (12 ) und einer mit letzterer fluchtenden Diametralebene (37 ) des anderen Kolbens (13 ) fluchtet und im wesentlichen die Längssymmetrieebene des Kolbenträgers (11 ) darstellt, und dass sich das Pleuel (14 ) im wesentlichen innerhalb dieser Ebene (35 ) erstreckt. - Doppelkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (
14 ) als geradliniges Bauteil ausgebildet ist, dessen Pleuellager (17 ) und Lager (19 ) innerhalb einer gemeinsamen Längsmittelebene liegen, die etwa mit der Symmetrieebene (35 ) des Kolbenträgers (11 ) zusammenfällt. - Doppelkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (
14 ) mit dem Lager (19 ) auf einem Bolzen (18 ) des Kolbenträgers (11 ) gehalten ist und der Bolzen (18 ) den Zwischenraum (32 ) quer zur Symmetrieebene (35 ) verlaufend durchsetzt und mit beiden Enden in den quer beabstandeten Stegen (33 ,34 ) des Kolbenträgers (11 ) aufgenommen ist, insbesondere fest angeordnet ist. - Doppelkolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beabstandeten Stege (
33 ,34 ) des Kolbenträgers (11 ) zusammen mit dem Bolzen (18 ) eine Lagergabel für ein Ende des Pleuels (14 ) bilden, das dazwischen aufgenommen und mit dem Lager (19 ) auf dem Bolzen (18 ) gehalten ist, während sich der übrige Teil des Pleuels (14 ) frei in den Zwischenraum (32 ) erstreckt. - Doppelkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Pleuelverlauf zwischen dem Pleuellager (
17 ) und der Koppelstelle (Lager19 ) eine Schwingungsdämpfungseinrichtung (20 ) angeordnet ist. - Doppelkolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung (
20 ) im Bereich des Pleuellagers (17 ) vorgesehen ist. - Doppelkolben nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung (
20 ) eine schwingungsdämpfende Lageraufnahme (21 ) aufweist. - Doppelkolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfende Lageraufnahme (
21 ) eine schwingungsdämpfende Schicht (22 ) aufweist. - Doppelkolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfende Schicht (
22 ) der Lageraufnahme (21 ) elastisch ist, insbesondere aus Gummi, Kunstgummi od. dgl. gebildet ist. - Doppelkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfende Schicht (
22 ) eine Härte von 80° Shore A aufweist. - Doppelkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahme allein aus der schwingungsdämpfenden Schicht (
22 ) gebildet ist. - Doppelkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsdämpfende Lageraufnahme (
21 ) eine Gummifeder aufweist. - Doppelkolben nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummifeder zwei konzentrische Ringe (
24 ,25 ), insbesondere aus Metall, und zwischen den Ringen (24 ,25 ) eine ringförmige, z. B. anvulkanisierte, Gummischicht (22 ) aufweist. - Doppelkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuellager (
17 ) mittels der schwingungsdämpfenden Lageraufnahme (21 ) in das Pleuel (14 ) eingebettet ist. - Doppelkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (
19 ) der Koppelstelle mittels der schwingungsdämpfenden Lageraufnahme (21 ) in das Pleuel (14 ) und/oder in einen Teil des Kolbenträgers (11 ) eingebettet ist.
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