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Als Verdichter bzw. Pumpe arbeitende Exzenterkolbenmaschine
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine als Verdichter bzw. Pumpe arbeitende Maschine mit Exzenterkolben, die bei äusserst einfacher und wirtschaftlicher Konstruktion mit hohen Drehzahlen und entspre- chend hoher Leistung zu arbeiten imstande ist.
Es gibt zwar Rollkolbenverdichter, bei denen sich ein Drehkolben auf der Innenwand eines zylindrischen
Gehäuses abrollt, von verhältnismässig leichter und einfacher Ausführung ; sie haben jedoch den Nachteil, dass sie zwischen Saug- und Druckseite einen federbelasteten Trennschieber aufweisen und für diesen bei höheren Drehzahlen und/oder grösseren Verdichterausführungen eine verhältnismässig starke Feder benötigen. Dadurch wird der Rollkolben auf Reibung beansprucht, eine entsprechende Abnutzung von Kolben und Schieber ist unvermeidlich. Es ist dies einer der Gründe, der die Benutzung des Rollkolbens praktisch auf kleinere Verdichterausführungen beschränkt.
Die vorliegende als Verdichter bzw. Pumpe arbeitende Kolbenmaschine ist vorzugsweise so aufgebaut, dass ein in einem zylindrischen Gehäuse kreisender Kolben vorhanden ist, der mittels eines Exzenters auf einer zentrischen Antriebswelle gelagert und durch ein die Saug- und Druckseite trennendes, in eine Aussparung eingreifendes Führungsglied derart geführt ist, dass er gegen eine Drehbewegung gesichert und zur Ausführung einer kreisenden Bewegung gezwungen ist und dass er während dieser Bewegung zwischen seiner Mantelfläche und der Innenwand des Zylinders stets einen geringen Abstand wahrt, wobei besagtes Führungsglied gleichzeitig das Trennglied zwischen Saug- und Druckseite darstellt.
Ein solcher Verdichter erlaubt sehr hohe Leistungen, soferne es gelingt, die entstehende Verdichtungswärme abzuführen, was jedoch mit einem geringen konstruktiven Aufwand geschehen muss. Eine hohe Druck-bzw. Förderleistung bei hohen Drehzahlen der Maschine ergibt nämlich grosse Wärmemengen, die abgeleitet werden müssen. Diese Wärmeableitung wird bei einer Exzenterkolbenmaschine, deren im wesentlichen zylindrisches Gehäuse aus Leichtmetall besteht und mit radialen Kühlrippen versehen ist, erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zwischen den Gehäuse-Stirnflächen eine mit dem Gehäuse einstückige Ringrippe vorgesehen ist und die beiden aus dem Gehäuse herausragenden Wellenenden je einen Ventilator tragen, deren Schaufeln so angestellt sind, dass sie Luft gegen die Seitenflächen der Ringrippe blasen.
Von diesen Seitenflächen stehen zweckmässig weitere Kühlrippen senkrecht ab. Dieses Kühlrippensystem- Längsrippen und Ringrippe-ergibt gleichzeitig eine Verstärkung des zylindrischen Gehäuses, so dass letzteres eine Innenwand von nur etwa 6 mm aufweist und als Leichtmetall-, Preys- odeur Spritzgusskörper hergestellt werden kann.
Die Zeichnungen veranschaulichen ein praktisches Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
Es zeigen : Fig. 1 einen Verdichter im Querschnitt nach Linie II der Fig. 3, Fig. 2 eine Ansicht einer Stirnwand des Verdichters im Schnitt nach Linie 11-11 der Fig. 3 und Fig. 3 einen axialen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1.
In einem mit einem Eintrittskanal 2 und einem Austrittskanal 3 versehenen Gehäuse 1 ist eine Antriebswelle 4 zentrisch angeordnet. Auf dieser Welle ist vermittels eines Nutenkeils ein Exzenter 5 befestigt, der auf einer Lagerbuchse 6 den Exzenterkolben 7 trägt.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführung weist der Kolben 7 eine radial nach aussen vorspringende Führungsleiste 8 auf, die in eine zwischen Eintritt 2 und Austritt 3 im Gehäuse 1 vorgesehene Aussparung 9 beweglich eingreift.
Durch diese Anordnung wird eine Drehbewegung des Kolbens verhindert ; derselbe erhält vielmehr durch die Zusammenarbeit des Exzenters 5 und der Führungsorgane 8, 9 eine kreisende Bewegung, wobei die Anordnung derart ist, dass der Kolben 7 mit seiner Mantelfläche an der Innenwand des Gehäusezylinders 1 nicht reibt und dass die Führungsleiste 8 in jeder Stellung des Kolbens mit den abgeschrägten Seitenwänden der Aussparung 9 eine die Saug- und Druckseite trennende Abdichtung bildet.
Da das Gehäuse 1 aus Leichtmetall besteht, sind an den Knickpunkten der Seitenwände der Aussparung 9 Zylinder 10 aus Hart-oder Lagermetall eingesetzt. Von diesen Knickpunkte divergieren die Seitenwände
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der Aussparung derart nach aussen und nach innen, dass die nach innen divergierenden Teile besonders am Ende des Verdichtungsvorganges, also bei hohem Druck, mit den Seitenwänden der Führungsleiste 8 Flächendichtungen bilden.
Das Gehäuse 1 wird vorzugsweise im Preys- odeur Spritzgussverfahren gefertigt. Leichtmetallgehäuse dieser Art bieten den Vorteil, dass die bei hoher Verdichterleistung auf kleinem Raum auftretenden erheblichen Wärmemengen leichter abgeführt werden können als bei der Verwendung von z. B. Grauguss. Damit im wesentlichen nur die unvermeidliche Kompressionswärme abzuführen ist, wird die Reibungswärme so niedrig wie möglich gehalten und die gesamte abzuführende Wärme ohne Widerstand direkt abgeführt.
Damit der Exzenterkolben 7 einerseits genau geführt, anderseits mit einem Abstand von nur 0, 03 mm oder weniger von den Leichtmetallstirnwänden 12 (Fig. 3) kreisen kann, sind in diese Stirnwände an z. B. drei Stellen Führungsleisten 13 aus geeignetem Material, vorzugsweise aus Hart- oder Lagermetall, eingegossen oder eingesetzt, welche aus der Oberfläche der Stirnwände um wenige Hundertstelmillimeter nach innen vorragen. Eine dieser Führungsleisten wird vorzugsweise so angeordnet, dass sie mit Bezug auf das Gehäuse 1 zwischen den Zylindern 10 liegt ; zwei weitere Führungsleisten 13 sind symmetrisch dazu um 1200 versetzt (Fig. 1, 2). Es können auch mehr als drei Leisten 13 auf jeder Stirnwand vorgesehen werden, um den Exzenterkolben genau und ohne Kippgefahr zu führen.
Dieser aus verschleissfestem Material bestehende Kolben gleitet somit nur auf den Führungsleisten 13 und kann so beschaffen sein, dass sich bei Erreichen der Betriebstemperatur das Spiel zwischen den Kolbenseiten und den Führungsleisten 13 auf etwa 0, 01 mm reduziert. Anstatt der Führungsleisten. M kann auch ein kontinuierlich verlaufender Führungs ring vorgesehen werden. Die Führungsleiste 8 des Kolbens führt dabei nicht nur eine auf-und abgehende Bewegung, sondern gleichzeitig Schwenk- oder Pendelbewegungen aus. Daraus ergibt sich, dass die Seitenflächen der Führungsleiste 8 leicht gebogen sind.
Die im vorhergehenden beschriebene Konstruktion ergibt eine als Verdichter bzw. Pumpe arbeitende Exzenterkolbenmaschine, die auch bei hohen Drehzahlen und hohen Druck- bzw. Förderleistungen verhältnismässig kleine Abmessungen und geringes Gewicht hat. Die Abführung der Verdichtungswärme erfolgt ohne Behinderung durch die Leichtmetallwände des Gehäuses, zumal die Stirnwände desselben ausser an den Stellen, an denen sich die Führungsleisten 13 befinden, nicht mit dem Kolben in Berührung stehen und auch sonst kein anderes Material an den Innenflächen der Stirnwände anliegt.
Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei Ausführung des Gehäuses aus Leichtmetall im Spritz- oder Pressgussverfahren, weil dann die Wandstärken 6 mm nicht überschreiten sollen. Für hohe Drücke ist eine Gehäusewand von 6 mm Stärke knapp. Eine Verstärkung ergibt sich durch die Ringrippe 16, die gleichzeitig der Umlenkung der Kühlluftströme nach aussen dienen kann. Auf beiden Seiten dieser Ringrippe 16 sind dann auf dem ganzen Umfang des Gehäuses die Kühlrippen 17 (Fig. 3) angebracht ; ausserdem können zusätzliche versteifende Ringe 15 (Fig. 3) vorgesehen werden. Insgesamt ist dadurch eine äusserst wirksame Abführung der Verdichtungswärme bei grosser Festigkeit des dünnwandigen Gehäuses gewährleistet.
Der beschriebene Verdichter eignet sich gut für eine unmittelbare Anflanschung an einen Elektromotor.
Dabei kann die Stirnwand 18 desselben gleichzeitig die Stirnwand des Verdichters bilden und entsprechend ausgebildet werden (Fig. 3). Das Lager 19 des Elektromotors wird dann auf der Aussenseite der Stirnwand des Motorengehäuses angeordnet und bleibt zum Verdichter hin offen, um von diesem aus mit Schmieröl versehen zu werden.
Das Schmiersystem des Kompressors besteht aus einer an sich bekannten Anordnung von Kanälen 33 in der Antriebswelle, die über eine Ölleitung 34 mit einem unter Druck stehenden Ölbehälter verbunden sind, der auch über eine Druckleitung mit dem Austrittskanal 3 verbunden sein kann. Durch dieses System werden die Lager 19 und 6 mit Schmieröl versehen, wobei dem Lager 6 so viel Öl zugeführt wird, dass es Öl abgeben kann, das durch Zentrifugalkraft bis zur Peripherie der Stirnwände des Gehäuses 1 gelangt und die Führungsleisten benetzt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, weist der Exzenter 5 an seiner dem Lager 19 zugekehrten Seite einen ringförmigen Ansatz oder Vorsprung 20 auf, mit dem er sich gegen das Lager 19 abstützt und letzteres in seiner richtigen Lage hält. Auf der gegenüberliegenden Seite des Exzenters 5 ist eine Büchse 21 vorgesehen, die auf die Antriebswelle 4 geschoben und von aussen durch eine Schraubenmutter 22 über die Nabe des Ventilators 23 fest gegen den Exzenter gedrückt wird. Dadurch werden das Lager 19, der Exzenter 5 und der Ventilator 23 in einfachster Weise gesichert. Das Lager 1. 9 befindet sich in einer Auskehlung der Stirnwand 18 etwa 1 mm hinter der dem Verdichter zugekehrten Oberfläche dieser Stirnwand. Die Breite des Exzenters 5 ist etwas kleiner als die lichte Breite des Gehäuses.
Bei der unmittelbaren Anordnung des Verdichters auf der Welle eines Elektromotors wird sein Ventilator 24 zweckmässig so ausgebildet und angeordnet, dass der Kühlluftstrom am freien Ende des (nicht gezeigten) Motors eintritt, diesen kühlt, die gemeinsame Stirnwand 18 anbläst, durch die Öffnungen 25 über die Rippen 17 streicht und von der Ringrippe 16 nach aussen abgelenkt wird. Der Ventilator 23 auf der gegenüberliegenden Seite des Verdichters arbeitet in entgegengesetzter Richtung. Somit wird das aus Leichtmetall bestehende gute Wärmeleitfäihigkeit besitzende Gehäuse 1 von beiden Seiten wirksam gekühlt, was eine hohe Verdichterleistung auf kleinem Raum erlaubt. Auch die Stirnwände des Gehäuses werden zweckmässig mit Kühlrippen 31, 32 (Fig. 2 und 3) ausgestattet.
Im Eintrittskanal ist im allgemeinen ein Ventil nicht erforderlich, da bei hohen Drehzahlen der Saugstrom nicht abreisst. Der Raum 27 über der Eintrittsöffnung oder dem Ventilsitz 26 (Fig. 1) wird zur Schaf-
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fung eines dynamischen Pufferraumes etwas grösser ausgebildet, so dass, wie Versuche gezeigt haben, der Füllungsgrad der folgenden Stufe verbessert wird.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Herstellung zweistufiger Verdichter bedingt lediglich die Anordnung von zwei Verdichtereinheiten, von denen die erste breiter als die zweite ist und deren Anordnung auf einer gemeinsamen zentrisch durchgehenden Antriebswelle eine bedeutend einfachere Bauart als die der zweistufigen Hubkolbenkompressoren ergibt.