DD241635A1 - Kurbeltriebwerk, insbesondere fuer einfachwirkende mehrzylinder-kolbenverdichter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Kurbelzapfen-Pleuelkopf-Verbindung eines Kurbeltriebwerkes, insbesondere fuer einfachwirkende Mehrzylinder-Kolbenverdichter, vorzugsweise solcher im unteren Leistungsbereich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kurbeltriebwerk zu schaffen, welches die technologischen Vorteile eines herkoemmlichen Stirnkurbeltriebwerkes mit den festigkeitsmaessigen Vorteilen und der Lagetreuheit der Triebwerke in sich vereinigt, in welchem die Kurbelwelle beidseitig zur Kroepfung gelagert ist. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass der Pleuelkopf mit der verdrehgesicherten Lagerbuchse ungeteilt, jedoch in einem Seitenbereich offen ausgefuehrt ist und die Oeffnung kleiner als der Zapfendurchmesser gehalten ist und dass der Kurbelzapfen montagebedingt mindestens ueber das Breitenmass eines Pleuels, vorzugsweise unmittelbar neben der dem Antrieb gegenueberliegenden Kurbelwange um das Mass abgeflacht ist, um das die seitliche Oeffnung des Pleuelkopfes kleiner als der Zapfendurchmesser ist. Fig. 3

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Kurbelzapfen/Pleuelkopf-Verbindung eines Kurbeltriebwerkes, insbesondere für einfachwirkende Mehrzylinder-Kolbenverdichter, vorzugsweise solcher im unteren Leistungsbereich.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei herkömmlichen Hubkolbenverdichteranlagen unterscheidet man bezüglich der Triebwerksbauformen zwischen Stirnkurbeltriebwerken mit einseitiger Lagerung antriebsseitig (DE-PS 1628153) und den Triebwerken mit beideitig (DE-PS 1503385) zur Kröpfung gelagerten Kurbelwellen, bei denen der Kurbelzapfen durch zwei Kurbel wangen begrenzt wird. Die Vorteile der letztgenannten Triebwerksausführung sind die nahezu gleichmäßigen Hauptlagerbelastungen sowie die weitgehende Parallelität der Kurbelzapfenachse zur Drehachse der Kurbelwelle, sowie die fertigungstechnisch einfache Möglichkeit der Realisierung eines optimalen Massenausgleiches, d. h. des Ausgleiches von Massenkräften und Massenmomenten mit Hilfe symmetrisch angeordnete Gegengewichtsmassen durch anschmieden oder angießen. Hierdurch besteht die Möglichkeit der unproblematischen Aufnahme mehrerer Pleuel auf einem Kurbelzapfen.

Für Triebwerke mit beidseitig zur Kröpfung gelagerten Kurbelwellen sind im Normalfall geteilte Pleuelköpfe notwendig, die jedoch bei Kleinverdichtern einen uneffektiven Fertig^ngsmehraufwand darstellen. Des weiteren sind üblicherweise mehrere Montagedeckel im Kurbelgehäuse erforderlich, die ebenfalls zusätzlichen Fertigungsaufwand bewirken, so daß diese Triebwerksausführung bei einfachwirkenden Kolbenverdichtern im unteren Leistungsbereich nur selten Anwendung findet. Indes sind in diesem Leistungsbereich Triebwerke bekannt, die durch eine besonders schlanke Ausführung der Kurbelwelle — vor allem im Bereich derabtriebsseitigen Kurbelwange — eine Teilung der Pleuel umgehen und ein „Auffädeln" der Pleuel ermöglichen. Dieser Vorteil wird durch eine große Baulänge der Kurbelwelle und damit der ganzen Verdichteranlage teilweise aufgehoben. Des weiteren wird bei dieser Kurbelwellengestaltung montagebedingt der Kurbelzapfen und der Pleuelkopf stärker ausgeführt als erforderlich, was größere rotierende Massenkräfte und damit größere Gegengewichtsmassen zur Folge hat, die wiederum größere Flugkreisradien der Gegengewichte und damit größere Maschinenabmessungen nach sich ziehen. Bei der schwingungstechnisch günstigen Variante der gleichmäßigen Verteilung der Gegengewichtsmassen auf beide Kurbelwangen muß montagebedingt das dem Antrieb gegenüberliegende Gegengewicht, d. h. das Gegengewicht an der schlanken Wange, angeschraubt werden, was abermals Fertigungsmehraufwand bedeutet und infolge der starken Kerbwirkung der Schraubenbohrung im 8ereich der schlanken Kurbelwange eine Bruchgefährdung der dynamisch hochbeanspruchten Kurbelwelle darstellt.

Eine weitere Möglichkeit, ungeteilte Pleuel bei beidseitig zur Kröpfung gelagerten Kurbelwellen zu realisieren, eröffnen die gebauten Kurbelwellen, die jedoch einen erheblichen Fertigungsaufwand und Montagemehraufwand mit sich bringen sowie in den meistn Fällen für die Instandhaltung und Regenerierung der Triebwerke Sondervorrichtungen bezüglich der Wiedermontage der Kurbelwelle erforderlich machen.

Das Stirnkurbeltriebwerk mit seinerfunktionsbedingten einseitigen Lagerung findet als zweite Treibwerkskategorie ebenfalls im Hubkolbenverdichterbau praktische Anwendung. Hierbei wird die Kurbelwelle antriebsseitig zweifach gelagert; der Kurbelzapfen läuft frei um (DE-GM 7833090, Fig. 4).

Die breite Anwendung dieser Triebwerksausführung bei Verdichtern kleiner Leistungen begründet sich hauptsächlich in dem geringen Montageaufwand (Aufstecken der ungeteilten Pleuel) und in der Reduzierung des Fertigungsaufwandes infolge der Vermeidung der Pleuel- und Lagerteilung, sowie in den unproblematischen Instandhaltungsarbeiten. Stirnkurbeltriebwerke sind wegen ihrer einseitigen Lagerung jedoch nur für niedrige Kolbenkräfte und Zylinderzahlen anwendbar, da sich hohe Biegebeanspruchungen zwischen Zapfen und zapfenseitigem Hauptlager einstellen sowie infolge der Radialspiele der antriebsseitigen Doppellagerung erhebliche Schiefstellungen des Kurbelzapfens auftreten. Da sich dieser

geometrischen Schiefstellung des Kurbelzapfens noch die elastischen Verformungen infolge der Belastung überlagert, sind die außenliegenden Zylinder besonders stark anfällig bezüglich Kolbenklemmen. Hierdurch wird die praktische Anwendung des Stirnkurbeltriebwerkes hauptsächlich auf Ein- und Zweizylindermaschinen beschränkt.

Will man die lagerspielbedingte Schiefstellung des Kurbelzapfens verringern bzw. in vertretbaren Maßen halten, muß der Hauptlagerabstand möglichst groß gehalten werden, was eine entsprechend große Baulänge und Masse der Verdichteranlage zur Folge hat.

Verdichter in der sogenannten echten Monoblockbauweise vermeiden die zusätzliche Doppellagerung motorseitig durch die Nutzung der Motorlagerung als Kurbelwellenhauptlager. Die weit aus dem Motor herausragende Welle wird dabei zur Aufnahme der Stirnkurbel, d. h. des Hubstückes mit Zapfen und Gegengewicht, genutzt. In der Regel werden aber bei dieser durchaus vorteilhaften Variante Sondermotoren bzw. zugeschnittenen Motorengehäuse bzw. -rotoren erforderlich (DE-GM 7833090, Fig.2). In den beiden letztgenannten Fällen ist der schwingungstechnisch optimale symmetrische Massenausgleich nur selten und dann mit erheblichen zusätzlichen Fertigungsaufwand praktiziert worden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Triebwerk mit möglichst guter Schwingungsentstörung so zu gestalten, daß bei geringem Montageaufwand eine größtmögliche Lagetreuheit der Kurbelwelle gewährleistet wird, so daß die Zylinderzahl und/oder die Pleuelstangenkräfte vergrößert werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kurbeltriebwerk, insbesondere für einfachwirkende Mehrzylinder-Kolbenverdichter— hierbei vorzugsweise für solche im unteren Leistungsbereich —zu schaffen, welches die technologischen Vorteile eines herkömmlichen Stirnkurbeltriebwerkes mit den festigkeitsmäßigen Vorteilen und der Lagetreuheit derTriebwerke in sich vereinigt, in welchem die Kurbelwelle beidseitig zur Kröpfung gelagert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Pleuelkopf mit der verdrehgesicherten Lagerbuchse ungeteilt, jedoch in einem Seitenbereich offen ausgeführt ist und die Öffnung kleiner als der Zapfendurchmesser gehalten ist und daß der Kurbelzapfen montagebedingt mindestens über das Breitenmaß eines Pleuels, vorzugsweise unmittelbar neben der dem Antrieb gegenüberliegenden Kurbelwange um das Maß abgeflacht ist, um das die seitliche Öffnung des Pleuelkopfes kleiner als der Zapfendurchmesser ist.

Ein anderes Merkmal besieht darin, daß die montagebedingte Abflachung vorzugsweise an der Unterseite des Kurbelzapfens angebracht ist.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist, daß der Pleuelkopf-Wangenbereich, der der Montageöffnung gegenüber liegt, im Querschnitt der Beanspruchung angepaßt ausgeführt ist.

Die Erfindung schließt auch ein, daß das Pleuel mit dem ungeteiltenpedoch im Seitenbereich offenen Pleuelkopf aus Sintermetall maßgetreu gefertigt ist und auf einer entsprechend harten und verschleißfesten Zapfen- bzw. Kolbenbolzenoberfläche läuft.

Ausführungsbeispiel

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: ungeteilter, seitlich offener Pleuelkopf mit überhöhtem Wangenbereich Fig.2: seitlich offenes Pleuel sowie den Kurbelzapfen mit der montagebedingten Abflachung vor und nach der Montage Fig.3: die im Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle mit den montierten Pleuelköpfen.

Da bei den Verdichtern der unteren Leistungsklasse erfahrungsgemäß die Gaskräfte wesentlich größer als die oszillierenden Massenkräfte sind und die Verdichtungsräume (Arbeitsräume) sich auf der Deckelseite der Zylinder befinden, werden die Pleuelstangen dieser Maschinen im Gegensatz zu doppeltwirkenden Verdichtern in erster Linie auf Druck beansprucht. Lediglich in der Saugphase bzw. im Leerlauf kommt es zu geringen Zugkräften, die aus der Massenwirkung des Kolbens und des oszillierenden Pleuelanteils resultieren.

Daraus abgeleitet wird erfindungsgemäß der Pleuelkopf mit der verdrehgesicherten Lagerbuchse ungeteilt, jedoch in einem Seiten bereich (Wagenbereich) offen ausgeführt (Fig. 1). Hierbei wird die Öffnung geringfügig kleiner a Is der Zapfendurch messer gehalten, um eine ständige Verbindung und damit funktionsbedingte Kraftübertragung zwischen Kurbelzapfen 6 und Pleuelkopf in allen Kurbelstellungenzu gewährleisten. Das wird vor allem deshalb erzwungen, weil die rotierende Pleuel masse entlang des Kurbelarmes nach außen gerichtete Massenkräfte (Fliehkräfte) verursacht.

Der Kurbelzapfen 6 der beidseitig zur Kröpfung im Kurbelgehäuse 1 gelagerten Kurbelwelle 5 wird montagebedingt mindestens über die Breite eines Pleuels 14-16, vorzugsweise unmittelbar neben der dem Antrieb gegenüberliegenden Kurbelwange 8 um das Maß abgeflacht, um das die seitliche Öffnung des Pleuelkopfes kleiner als der Zapfendurchmesser ist, so daß an dieser Stelle jedes einzelne Pleuel 14—16 des Triebwerkes aufgesteckt und anschließend an seine spätere Wirkstelle axial in Zapfenrichtung hin verschoben werden kann (Fig. 2).

Die Breite des gesamten Kurbelzapfens 6 wird so bemessen, daß die zuerst aufgesteckten Pleuel 14; 15 auf dem vollen Kurbelzapfen 6 laufen; daß letzte Pleuel 16 mindestens zur Hälfte auf dem vollen Kurbelzapfen 6 und die restliche

Pleuelkopfbreite auf dem Kurbelzapfen 6 mit Abflachung 12 läuft. Um zu gewährleisten, daß zum Zeitpunkt der hohen Pleuelbeanspruchung infolge der Gaskraftwirkung eine möglichst große Übertragungsfläche zwischen Pleuelkopf und Kurbelzapfen zur Verfügung steht, sollte die montagebedingte Abflachung 12 vorzugsweise an der Unterseite des Kurbelzapfens 6, d.h. zur Kurbelwellendrehachse 13 hin, angebracht werden (Fig. 3).

Zwischen dem Kurbelzapfen 6 und den Kurbelwellenhauptlagern 3; 4 werden in herkömmlicher Weise die Kurbelwangen 7; 8 vorgesehen, die in der dem Kurbelzapfen 6 entgegengesetzten Richtung in die erforderlichen Gegengewichtsmassen 9; 10 nahtlos übergehen und somit einen günstigen Massenkraft- und Massenmomentausgleich bewirken. Ein weiterer Vorteil wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Pleuelkopf-Wangenbereich, der der Montageöffnung gegenüberliegt, geometrisch der Beanspruchung angepaßt und damit spannungsärmer und steifer ausgeführt wird. (Träger gleicher Festigkeit)

Da bei Verdichtern dieser Leistungsklasse vielfach Kolbenbolzenlagerbuchsen aus Sintermetall erfolgreich zum Einsatz gebracht werden, wenn das Triebwerk in Tauchschmierung konzipiert ist, sieht eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, daß zur Vermeidung des Bearbeitungsaufwandes an den Pleuellagern das gesamte Pleuel aus Sintermetall maßgetreu (d. h. kalibriert) gefertigt wird und auf einer entsprechend harten und verschleißfesten Zapfen- und Kolbenbolzenoberfläche läuft. All diese beschriebenen Ausführungen haben die gemeinsamen Vorteile einer einfachen und unkomplizierten Montage bzw. Demontage, vergleichbar etwa der eines Stirnkurbeltriebwerkes und der gleichmäßigen Hauptlagerbeanspruchung sowie der relativ niedrigen Kurbelwellenbeanspruchung zwischen den Pleuelstangen und den Hauptlagern verbunden mit einer guten Lagetreuheit, d. h. Parallelität zwischen Kurbelzapfenachse und Kurbelwellendrehachse eines beidseitig zur Kröpfung gelagerten Triebwerkes. Des weiteren ist es vorteilhaft, daß bei dieser Ausführung der Ausgleich von Massenkräften und Massenmomenten mit geringstem Fertigungsaufwand realisiert werden kann.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Kurbeltriebwerk, insbesondere für einfachwirkende Mehrzylinder-Kolbenverdichter, vorzugsweise solcher im unteren Leistungsbereich mit beidseitig zur Kröpfung gelagerter Kurbelwelle, bei der der Kurbelzapfen durch jeweils zwei Kurbelwangen, die in der dem Kurbelzapfen entgegengesetzten Richung in die erforderlichen Gegengewichtsmassen nahtlos übergehen, begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelköpfe mit der verdrehgesicherten Lagerbuchse ungeteilt, jedoch in einem Seitenbereich offen ausgeführt sind und die Öffnung kleiner als der Zapfendurchmesser gehalten ist und daß der Kurbelzapfen montagebedingt mindestens über das Breitenmaß eines Pleuels, vorzugsweise unmittelbar neben der dem Antrieb gegenüberliegenden Kurbelwange um das Maß abgeflacht ist, um das die seitliche Öffnung des Pleuelkopfes kleiner als der Zapfendurchmesser ist.
2. 2. Kurbeltriebwerk nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die montagebedingte Abflachung vorzugsweise an der Unterseite des Kurbelzapfens angebracht ist.
3. 3. Kurbeltriebwerk nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelkopf-Wangenbereich, der der Montageöffnung gegenüberliegt, im Querschnitt der Beanspruchung angepaßt ausgeführt ist.
4. 4. Kurbeltriebwerk nach Punkt 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuel mit dem ungeteilten jedoch im Seitenbereich offenen Pleuelkopf aus Sintermetall maßgetreu gefertigt sind und auf einer entsprechend harten und verschleißfesten Zapfen- bzw. Kolbenbolzenoberfläche laufen.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen