CH626141A5

CH626141A5 - Reciprocating piston machine

Info

Publication number: CH626141A5
Application number: CH1255977A
Authority: CH
Inventors: Franz Hillingrathner
Original assignee: Balcke Duerr Ag
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1977-10-14
Publication date: 1981-10-30
Also published as: FR2367951A1; ES463204A1; GB1563754A; BE859659A; ATA738877A; FR2367951B3; DE2646532A1; AT353389B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolbenmaschine mit mindestens einem an einem Kurbelzapfen an einer Abkröpfung einer Kurbelwelle über ein gerade geführtes Gleitgelenk und eine Pleuelstange angreifenden Hubkolben mit einem Ausgleich der Massenkräfte erster und zweiter Ordnung der oszillierenden Massen. Sie findet vorzugsweise, jedoch nicht ausschliesslich, Anwendung als Hubkolbenkompressor für alle Gase.

Es ist allgemein bekannt, zur Kompensation der freien oszillierenden Massenkräfte ein sogenanntes Ausgleichsgetriebe anzuordnen. Bei dieser Anordnung befinden sich unterhalb der Kurbelwelle zwei Fliehgewichte, von denen eines von der Kurbelwelle angetrieben wird und das koaxial zu ihm liegende Fliehgewicht entgegengesetzt dreht. Es handelt sich um hälftig schwere bzw. unausbalancierte Zahnräder. Da die Fliehgewichte koaxial nebeneinander liegen und entgegengesetzt drehen, heben sich ihre waagerechten Kraftkomponenten auf. Gleichzeitig kompensieren die Fliehgewichte die senkrechten Schwingungen der Kurbelwelle. Das Ausgleichsgetriebe bringt nur einen Ausgleich der freien Massenkräfte I. Ordnung.

Es ist weiterhin bekannt, die störenden Auswirkungen von freien Massenkräften I. und II. Ordnung im Kurbeltrieb durch einen Massenausgleich, d.h. durch eine geeignete Anordnung von Gegengewichten zu unterdrücken (Lueger, «Lexikon der Technik», Bd. 1, «Grundlagen des Maschinenbaues», 1960, Seiten 275-280). In der zitierten Abhandlung sind die Formeln für die Drehkraftermittlung bei einer Schubkurbel und auch die Formeln für die Ermittlung der Massenkräfte angegeben. Für die Massgabe, die freien Massenkräfte durch Massenausgleich zu beseitigen, fehlen jedoch nähere konstruktive Angaben. Der beispielsweise genannte Gegenkolbenmotor umfasst einen Ausgleichskolben, was zu einer aufwendigen Konstruktion führt.

Der Erfindung liegt, ausgehend von einer Hubkolbenmaschine der eingangs genannten Gattung, die Aufgabe zugrunde, bei angestrebter Kompaktbauweise eine Kompensation der freien oszillierenden Massenkräfte I. und II. Ordnung zu erreichen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass erfindungs-

gemäss symmetrisch zum Angriffspunkt der Pleuelstange ein von der Kurbelwelle entgegengesetzt zum Hubkolben bewegbares, mit seiner Masse auf den Hubkolben und die mit diesem oszillierenden Massen mit Rücksicht auf das Schubstangenverhältnis abgestimmtes Ausgleichsgewicht angelenkt ist.

Das Ausgleichsgewicht wird also auf geradliniger Bewegungsbahn, entgegengesetzt zum Hubkolben, mitgeführt. Die Pleuelstangenlänge Ii des Hubkolbens ist gleich der Pleuelstangenlänge h des Ausgleichsgewichtes, ebenso sind die Hubstangenverhältnisse \\ und À.2, d.h. die Quotienten aus der jeweiligen Länge der Pleuel- bzw. Schubstange zum jeweiligen Kurbelradius r, gleich. Durch Wahl des Ausgleichsgewichtes lässt sich somit eine volle Kompensation der freien oszillierenden Massenkräfte I. und II. Ordnung erreichen.

Zweckmässig ist die Kurbelwelle im Bereich des Hubkolbens bzw. des Ausgleichgewichtes dreifach abgekröpft, wobei das Ausgleichsgewicht an den beiden äusseren Kurbelzapfen über Pleuelstangen angelenkt ist. Diese Anordnung ist vorteilhaft angebracht bei einem Einkurbelhubkolbenverdichter.

Vorzugsweise ist die Kurbelwelle auf den den beiden äusseren Abkröpfungen zugeordneten Kurbelwangen gelagert. Dabei ergibt sich der überraschende Vorteil, dass die bevorzugt in vertikaler Aufstellungsart ausgeführte Hubkolbenmaschine eine extrem kleine Erstreckung in Richtung der Kurbelwelle besitzt. Bekanntlich wächst die Durchbiegung der Welle bei gleichmässiger Belastung mit der dritten Potenz der freien Länge zwischen zwei Stützpunkten. Die Anordnung eines Ausgleichsgewichtes muss daher zunächst wegen möglicher anderer auf den Hubkolben wirkender Störkräfte und unter Berücksichtigung der im vollen Stellbereich evtl. unterschiedlichen Gaskräfte bedenklich erscheinen. Mit der durch die Lagerung auf den Kurbelwagen erreichten extrem kleinen freien Wellenlänge ist dies jedoch unproblematisch. Vielmehr ergibt sich ein vibrationsfreier Lauf, eine Einsparung an Fundamenten, eine Erweiterung des Drehzahlstellbereiches nach oben und folglich ein kleineres Bauvolumen und Baugewicht sowie ein günstiges Leistungs-/Kostenverhältnis.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt parallel zur Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine mit einer Ansicht des oberen Teils und

Fig. 2 einen Schnitt quer zur Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine gemäss Fig. 1 mit einer Ansicht des oberen Teils.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Einkurbelhubkolbenverdichter vertikaler Aufstellungsart. Es sind nur die für vorliegenden Zusammenhang wesentlichen Elemente dargestellt; der weitere Aufbau eines solchen Einkurbelhub-kolbenverdichters ist z.B. durch den Typ HTS 230 der Firma Maschinenbau-AG Balcke, Wormser Str. 109, 671 Frankenthal/Pfalz, Bundesrepublik Deutschland, bekannt.

Der im oberen Teil 1 der Maschine befindliche Hub- bzw. Verdichterkolben greift über ein Kreuzgelenk 2 mit einem Kreuzkopfbolzen 3 und eine auf letzterem sitzende Pleuelstange 4 an einem mittleren Kurbelzapfen 5 einer mittleren Abkröpfung einer Kurbelwelle 6 an. Ein Ausgleichsgewicht 7 ist über zwei an den beiden äusseren Kurbelzapfen 8 und 9 angelenkte Pleuelstangen 10 und 11 mit der Kurbelwelle 6 gekoppelt.

Die Kurbelwelle 6 ist auf den den beiden äusseren Abkröpfungen der dreifach abgekröpften Kurbelwelle 6 zugeordneten Kurbelwangen 12 und 13 gelagert.

Weiterhin befindet sich auf der Welle eine Schwungmasse 14.

Für das Ausgleichsgewicht 7 ist eine Gleitführung 15 vorge-

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

sehen (Fig. 2). Die Pleuelstangenlänge h der Pleuelstange 4 ist gleich der Pleuelstangenlänge h der Pleuelstangen 10 und 11.

Bei der Bewegung des Hubkolbens wird das Ausgleichsgewicht 7 im entgegengesetzten Sinne mitgeführt. Überträgt man das jeweilige Zeigerbild für die Massenkräfte I. und II. Ord- s nung in ein Zeitdiagramm, z.B. für einen Bewegungsabschnitt zwischen der unteren und der oberen Grenzlage, so erkennt

626141

man bei Überlagerung der jeweiligen Schwingungen, dass eine vollständige Kompensation vorliegt. Die entsprechende rechnerische Ermittlung ergibt sich aus Lueger (s.o.).

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass sich durch die Lagerung auf den Kurbelwangen 12 und 13 eine minimale Erstreckung der Maschine bzw. der Kurbelwelle in horizontaler Richtung ergibt.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

626141

1. Hubkolbenmaschine mit mindestens einem an einem Kurbelzapfen (5) an einer Abkröpfung einer Kurbelwelle (6) über ein gerade geführtes Gleitgelenk (2) und eine Pleuelstange (4) angreifenden Hubkolben, mit einem Ausgleich der Massenkräfte erster und zweiter Ordnung der oszillierenden Massen, dadurch gekennzeichnet, dass symmetrisch zum Angriffspunkt der Pleuelstange ein von der Kurbelwelle (6) entgegengesetzt zum Hubkolben bewegbares, mit seiner Masse auf den Hubkolben und die mit diesem oszillierenden Massen mit Rücksicht auf das Schubstangenverhältnis abgestimmtes Ausgleichsgewicht (7) angelenkt ist.

2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im Bereich des Hubkolbens bzw. des Ausgleichsgewichtes (7) dreifach abgekröpfte Kurbelwelle (6), wobei das Ausgleichsgewicht (7) an den beiden äusseren Kurbelzapfen (8, 9) über zwei weitere Pleuelstangen (10, 11) angelenkt ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (6) auf den den beiden äusseren Abkröpfungen zugeordneten Kurbelwangen (12,13) gelagert ist.

4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch vertikale Aufstellungsart.