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Zweizylinder-Kolbenkompressor, insbesondere für hermetisch gekapselte Kältemaschinen
Die Erfindung betrifft einen, insbesondere für hermetisch gekapselte Kältemaschinen, bestimmten Zweizylinder-Kolbenkompressor, dessen aus einem Stück bestehender und mit einem Kreuzkopf für den Gleitstein versehener Doppelkolben in einem aus zwei Teilen bestehenden Zylindergehäuse angeordnet und von einer senkrecht zur Kolbenachse angeordneten, mit einem Exzenterzapfen versehenen Antriebswelle über den Gleitstein angetrieben wird. Bei diesen bekannten Zweizylinder-Kolbenkompressoren treten insofern Schwierigkeiten auf, als es fertigungstechnisch nur sehr schwer möglich ist, die Einheit Kolben-Zylinder exakt auszufluchten, so dass die Gleiteigenschaften des Doppelkolbe. ns unter Umständenbe- trächtlich verschlechtert werden und es zu Kolbenverreibungen kommen kann.
Die Fluchtungsungenauigkeiten können dabei in jeder beliebigen, durch die gemeinsame Kolben-Zylinderachse gelegten Ebene liegen.
Um diese Fluchtungsungenauigkeiten möglichst zu verringern, ist man dazu übergegangen, nicht nur den Doppelkolben, sondern auch das Zylindergehäuse aus einem Stück herzustellen (s. z. B. die österr. Patentschriften Nr. 171002 und Nr. 173470). Um nun bei diesen bekannten Ausführungen den Doppelkolben in die entsprechenden Zylinderbohrungen des einstückigen Zylindergehäuses einführen zu können, musste der Doppelkolben durchgehend zylindrisch ausgebildet werden, und auf die für eine gute Führung und Lagerung des Gleitsteins notwendige, vorzugsweise in der Mitte des Kolbens vorgesehene Erweiterung (genannt Kreuzkopf oder Kulissen- bzw. Gleitsteinführung) verzichtet werden.
Es besitzt daher der Gleitstein im zylinderförmigen Kolben eine viel zu kleine Führungsfläche, so dass schon nach kurzer Laufzeit der Gleitstein im Kolben unzulässig grosses Spiel bekommt. Aber auch der Kolben wird an der Stelle der Durchbrechung für den Gleitstein stark geschwächt und durch die im Betrieb auftretende Beanspruchung und Erwärmung leicht verzogen.
Man kann daher bei dieser Ausführungsform, da entsprechend dem Hubbereich des Gleitsteins auch der Kolben und damit der Zylinder einen bestimmten Durchmesser aufweisen müssen, über eine untere Grenze hinsichtlich des Kolben- bzw. Zylinderdurchmessers nicht hinausgehen, was sich besonders beim Bau von Kleinkompressoren sehr nachteilig auswirkt. Man arbeitet ferner beim modernen Kompressorbau zwecks Leistungssteigerung mit relativ hohen spezifischen Gasdrücken und demgemäss muss auch der Exzenterzapfendurchmesser, der ja bei der Dimensionierung des Kolbens ebenfalls mitberücksichtigt werden muss, so gewählt werden, dass der Zapfen den Gegendruck im Zylinder überwindet und damit eine ausreichende Kompression im Zylinder erreicht wird.
Der Vorteil des guten Fluchtens von Kolben und Zylinder bei in einem einstückigen Zylindergehäuse gelagerten und durchgehend zylinderförmig ausgebildeten Doppelkolben wird daher von dem Nachteilbei weitem aufgewogen, dass der Gleitstein und der Exzenterzapfen der Antriebswelle nicht genügend stark ausgebildet werden können. Es wird daher schon nach verhältnismässig kurzer Laufzeit die Bohrung für den Gleitstein im Kolben ausgeschlagen, wodurch es zu Vibrationen und Geräuschbildungenkommt, dieinsbe- sondere bei Kühlschrank-Kompressoren untragbar sind.
Aus diesem Grunde haben sich in der Praxis nur jene Zweizylinder-Kolbenkompressoren bewährt, deren einstückige Doppelkolben einen verhältnismässig kräftig ausgebildeten Kreuzkopf besitzen. Um aber bei dieser Ausführungsform den durch die Ausbildung des Zylindergehäuses aus einem Stück erreichbaren Vorteil des guten Fluchtens von Kolben und Zylinder nicht preisgeben zu müssen, ist man dazu übergegangen, in das einstückige Zylindergehäuse zwei Zylinderbüchsen einzusetzen, wie dies z. B. aus der deutschen Patentschrift Nr. 931232 entnommen werden kann.
Bei. dieser bekannten Ausführung besteht das
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Wellenlager nicht mit dem nach oben offenen Zylindergehäuse, sondern mit einer Zwischenplatte aus einem Stück, so dass vor dem Aufsetzender Zwischenplatte auf das Zylindergehäuse der Doppelkolben von oben her in das Innere des ZylindergehÅauses eingebrachtund danndie Zylinderbüchsen durch ihre Öffnungen im Zylindergehäuse hindurchgeführt sowie über die zylinderförmigen Endendes Doppelkolbens geschobenwerden miissen.
Gemäss einem weiteren Vorschlag (s. deutsche Patentschrift Nr. 923693) wird das Einbringen des mit einem kräftig ausgebildeten Kreuzkopf versehenen Doppelkolbens in das einteilige Zylindergehäuse auch bei dessen geschlossener Ausbildung dadurch ermöglicht, dass die Zylinderbüchsen mit einem so grossen Durchmesser ausgebildet werden, dass sie das Hindurchführen des Doppelkolbens samt Kreuzkopf gestatten.
Bei einer Weiterentwicklung dieser Kompressorbauart (s. deutsche Patentschrift Nr. 941512) sind für den Fall einer besonders grossen Abmessung des Kreuzkopfes ausser den Zylinderbüchsen auch noch Aussparungen in sogenannten Zylinderaufnahmen für den Einbau des Doppelkolbens vorgesehen.
Alle diese mit Zylinderbüchsen ausgestatteten Zweizylinder-Kompressoren besitzen jedoch den Nachteil, dass nicht nur die Zylinderbüchsen, sondern auch die für das exakte Fluchten massgeblichen Zentrierflächen im Zylindergehäuse genau bearbeitet werden müssen. Abgesehen davon, dass die Bearbeitung so vieler Passflächen teuer ist, so wird durch die Vielzahl solcher Passflächen auch die Möglichkeit von Fluchtungsungenauigkeiten bei der Montage erhöht.
Um nun bei Zweizylinder-Kompressoren mit einstückigem Doppelkolben und vollkommen geschlossener Ausbildung des Zylindergehäuses auch ohne Zylinderbüchsen bzw. bei Verwendung von nicht überdimensionierten Zylinderbüchsen den Einbau des Doppelkolbens in das Zylindergehäuse durchführen zu können, hat man das Zylindergehäuse zweiteilig ausgeführt, u. zw. wurde diese Teilung des Zylindergehäuses nach bekannten Vorschlägen (s. deutsche Patentschrift Nr. 959213 und deutsche Auslegeschrift Nr. 1022 743) in einer zur Kolbenlängsachse senkrechten Ebene vorgenommen, wobei jeder Gehäuseteil aus einem Zylinder, einem sogenannten Befestigungslappen und zwei Winkelstücken besteht, durch welche die beiden Gehäuseteile mittels Passschrauben od. dgl. miteinander verbunden werden.
Dadurch, dass die Zylinder beider Gehäuseteile gemeinsam gebohrt und fertig bearbeitet werden, ist die Gewähr gegeben, dass die Zylinder, auch wenn die Gehäuseteile nach einer Trennung zusammengeschraubt werden, fluchtend zueinander bleiben.
Diese senkrecht zur Kolbenlängsachse vorgenommene Teilung des Zylindergehäuses besitzt jedoch den Nachteil, dass die die beiden Gehäuseteile miteinander verbindenden Passschrauben, um den Kurbelschleifenantrieb nicht zu behindern, verhältnismässig weit entfernt von der Kolbenlängsachse angeordnet werden müssen und daher ungünstig beansprucht werden. Die hohe Beanspruchung der Passschrauben ergibt sich nämlich daraus, dass die aus den Kompressordrücken resultierenden Kräfte fast ausschliesslich in der Kolbenlängsachse wirksam sind.
Der höchste Kompressionsdruck wird erst gegen Ende des Kolbenhubes erreicht, wo als wirksame Druckflächen sich der Kolbenboden und die entsprechende Fläche der Ventilplatte nahe gegenüberstehen, während die die seitliche Begrenzung des Druckraumes bildende Zylinderfläche gegen Ende des Kolbenhubes bereits auf eine sehr kleine Kreisringfläche reduziert ist, so dass die senkrecht zur Kolbenlängsachse wirksamen Kräfte klein sind gegenüber jenen, die in der Kolbenlängsachse wirken. Da der Abstand (Hebelarm) von der Kolbenlängsachse zu den Passschrauben bei senkrecht zur Kol-
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Drehmoment und damit eine sehr hohe Beanspruchung der Passschrauben. Besonders bei Ölschlägen können extrem hohe Drücke auftreten, die dann eine Deformation der Schrauben und damit Fluchtungsungenauigkeiten zwischen Kolben und Zylinder hervorrufen.
Die geringsten Fluchtungsungenauigkeiten verursachen aber erhöhte Reibung des Kolbens in den Zylindern, was schon nach kurzer Laufzeit zum Verreiben des Kolbens und damit zum gänzlichen Ausfall des Kompressors führen kann.
Die Kompressoren mit senkrecht zur Kolbenlängsachse geteiltem Zylindergehäuse haben aber noch den weiteren Nachteil, dass die bei kleinen Kompressortypen übliche einteilige Ausbildung von Wellenlager bzw. Statorgehäuse mit dem Zylindergehäuse sich weder herstellungs-noch fertigungsmässig auf zufriedenstellende Art und Weise lösen lässt. So müssten nämlich bei einteiliger Ausbildung des Wellenlagers mit dem Zylindergehäuse auch noch entlang des geteilten Wellenlagers mehrere Passschrauben angeordnet werden, die aber platzmässig nur schwer unterzubringen sind, da der im Oberteil der Kapsel verfügbare Raum bereits durch den Rotor stark eingeschränkt ist.
Demgegenüber werden durch die Erfindung die Schwierigkeiten dadurch behoben, dass das Zylinder-
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benmitte hindurchgehenden und vorzugsweise senkrecht zur Achse der Antriebswelle gelegenen Ebene geteilt ist. Dies ergibt den Vorteil, dass die die beiden Zylindergehäuseteile verbindenden Passschrauben od. dgl. verhältnismässig schwach dimensioniert werden können, da die senkrecht zur Kolbenlängsachse
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wirksamen Kompressionskräfte, aus den bereits angeführten Gründen, klein sind gegenüber den in der Kolbenlängsachse wirkenden Kräften. Auch kommen die Köpfe der Passschrauben od. dgl. am Zylindergehäuse an Stellen zu liegen, wo für sie in der Kapsel genügend Platz vorhanden ist.
Ausserdem ist durch die erfindungsgemässe Teilung des Zylindergehäuses der Vorteil gegeben, dass die beiden Gehäuseteile auch durch die Zylinderdeckeln, u. zw. durch deren Befestigungsschrauben, miteinander verbunden werden können.
Ferner ist es nach der Erfindung leicht möglich, das Wellenlager und/oder das Statorgehäuse mit dem die eine Hälfte der Gleitbahn des Kolbens bildenden Gehäuseteil aus einem Stück herzustellen ; auch der andere, die übrige Hälfte der Kolbengleitbahn bildende Gehäuseteil, der lediglich die Funktion und auch das Aussehen eines Lagerdeckel besitzt, ist gusstechnisch einfach herzustellen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu erblicken, dass das Fluchten von Kolben und Zylinder, mindestens aber deren Parallelität selbst dann noch gewährleistet ist, wenn ein Nachlassen der Spannung der ohnedies nur schwach beanspruchten Passschrauben od. dgl. eintreten sollte.
Es besitzt nämlich jeder erfindungsgemä- sse Gehäuseteil nur die Hälfte der Zylinderflächen der beiden Zylinder ; bei senkrecht zur Kolbenachse geteiltem Zylindergehäuse hingegen, besitzt jeder Gehäuseteil einen ungeteilten Zylinder, dessen Achse sich somit unabhängig von der Achse des andern Zylinders und damit auch in bezug auf die Kolbenachse etwas verschieben bzw. verdrehen kann, wie dies beispielsweise durch einseitiges Anziehen der Passschrauben bzw. bei ungleichmässigem Nachlassen der Schraubenspannung im Betrieb der Fall sein kann.
Als weiterer Vorteil der Erfindung sei noch die einfache, schnelle und daher billige Herstellung und Fertigung der Gehäuseteile erwähnt, die mit nur wenigen Befestigungs- bzw. Passschrauben und Passstiften oder-hülsen starr miteinander verbunden werden und deren Zylinder, auch nach mehrmaliger Trennung, immer genau fluchtend bleiben. Um die gegenseitige Zentrierung und Befestigung der Gehäusetei-
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fe die Enden der Gehäuseteile übergreifen.
Nähere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beschrieben, die in Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung des erfindungsgemässen Zylindergehäuses zeigt, deren Einzelteile der besseren Übersichtlichkeit halber in auseinandergezogener Lage dargestellt sind. Die Fig. 2 und 3 zeigen je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in senkrechten, zum Teil zueinander versetzten Schnitten.
Wie insbesondere aus Fig. 1. deutlich hervorgeht, ist das erfindungsgemässe Zylindergehäuse 2,3 in einer in der Kolbenlängsachse a - a gelegenen, durch die Kolbenmitte M des Doppelkolbens 8 hindurchgehenden und senkrecht zur Achse b - b der Antriebswelle 1 (Fig. 2 und 3) gelegenen Ebene geteilt. Die beiden Gehäuseteile 2, 3 umgeben schalenförmig den Doppelkolben 8 und bilden so im zusammengeschraubten Zustande die Zylinder, in denen die zylinderförmigen, zu beiden Seiten des Kreuzkopfes 8' angeordneten Enden 8"des Doppelkolbens 8 gleiten. Der untere Gehäuseteil 3 könnte auch aus zwei gleichen Teilen bestehen, wie dies in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist.
Die beiden Gehäuseteile 2, 3 werden, nachdem sie an ihren aneinanderliegenden Flächen genau bearbeitet worden sind, durch Befestigungsschrauben 15 und Passstifte oder-hülsen 16 miteinander verbunden, wie dies insbesondere auf der linken Seite der Fig. 2 und 3 in einer durch die Schrauben und Passstifte hindurchgehenden Schnittfläche gezeigt ist. Die solcherart miteinander verbundenen Gehäuseteile 2,3 werden gemeinsam gebohrt und fertig bearbeitet, so dass die Achsen der beiden Zylinder exakt miteinander fluchten und damit auch das Fluchten der Längsachse des Doppelkolbens 8 mit den Zylinderachsen gewährleistet ist.
Die beiden Gehäuseteile 2,3 sind durch die Befestigungsschrauben 21 der Zylinderdeckel 10 auch noch zusätzlich miteinander verbunden, wobei gegebenenfalls-wie dies in Fig. 3 auf der rechten Seite eingezeichnet ist-auch noch eine weitere gegenseitige Zentrierung und Befestigung der Gehäuseteile dadurch möglich ist, dass die Ventilplatte 9 mittels einer Ringstufe 9'die Enden der Gehäuse. teile 2,3 übergreift. Die Zentrierung der beiden Gehäuseteile 2,3 kann auch mittels eines an der Ventilplatte 9 vorgesehenen Ansatzes 9"durchgeführt werden, wie dies auf der rechten Seite der Fig. 2 ersichtlich ist.
Der Gehäuseoberteil 2 kann gemäss der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Ausführungsform mit dem Wellenlager 4 aus einem Stück bestehen. Es könnte natürlich an Stelle des Wellenlagers 4 auch der Tragring 11 mit dem oberen Gehäuseteil 2 einstückig ausgebildet werden ; ebenso ist es möglich, sowohl das Wellenlager 4 als auch den Tragring 11 mit dem oberen Gehäuseteil 2 aus einem Stück herzustellen.
In Fig. 3 ist gezeigt, dass es keine Schwierigkeiten bereitet, ausser dem We11enlager 4 auch das Statorgehäuse 5 mit dem oberen Gehäuseteil 2 gemeinsam auszubilden. Während nach Fig. 2 die gasdichte Kapsel 12 mit ihrem Ober- und Unterteil 12', 12" am Tragring 11 befestigt ist, ist gemäss Fig. 3 der
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Oberteil 12'mit dem Unterteil 12"verschweisst. Innerhalb dieser zusammengeschweissten Kapsel 12 ist der Kompressor in bekannter Weise durch Federn 20 abgestützt. Der Gehäuseunterteil 3 besitzt bei einstückiger Ausbildung in der Mitte eine Öffnung 19, durch die das Ölzuführungsrohr 17 hindurchtreten kann, um das im Unterteil 12" der Kapsel 12 befindliche Öl zu den einzelnen Schmierstellen zu fördern.
Am unteren Rand der Öffnung 19 ist ein Ölsieb 18 befestigt. Die Ausbildung der Antriebswelle 1 mit Exzenterzapfen 6 sowie des Gleitsteins 7im Kreuzkopf 8'des Doppelkolbens 8 kann in der bei Kurbelschleifenantrieben üblichen Art erfolgen ; auch der aus Rotor 13 und Stator 14 bestehende Elektromotor ist in an sich bekannter Weise ausgebildet und im Oberteil 12'der Kapsel 12 angeordnet.
Die Erfindung ist weder auf eine bestimmte Kompressorbauart noch auf einen speziellen Antriebsmechanismus eingeschränkt, sondern kann im Rahmen des erfindungsgemässen Grundprinzips abgewandelt werden.