Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor mit mindestens einer Kolben-
Zylinder-Einheit, bei der das vordere Ende der mindestens einen Kolbenstange
mit dem Kreuzkopf eines Kurbeltriebes über eine verstellbare Lagerung
verbunden ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Justierung einer
Kolbenstange eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors.
Bei Kolbenkompressoren dieser Art muß der Geradeauslauf der Kolbenstange
zum Zylinder, in dem der Kolben arbeitet, sichergestellt sein, damit eine hohe
Betriebssicherheit, ein geringer Verschleiß und somit eine ausreichende
Standzeit gewährleistet sowie Betriebsunterbrechungen weitestgehend
vermieden werden können. Insbesondere bei liegend angeordneten,
sogenannten horizontal arbeitenden Ausführungen ist die Sicherstellung des
Geradeauslaufes der Kolbenstange mit zusätzlichen Schwierigkeiten verbunden,
da bei diesen Ausführungsformen die Gewichtskräfte, allen voran die
Gewichtskraft der Kolbenstange und des Kolbens senkrecht zur Hubrichtung
angreifen und so Einfluß auf die Lage dieser Bauteile im Zylinder nehmen.
Nach dem Stand der Technik kann der Geradeauslauf der Kolbenstange durch
zwei, im folgenden beschriebene Maßnahmen erzielt werden.
Eine Maßnahme beruht auf dem Ausrichten des Kreuzkopfes und einer
dementsprechenden Ausrichtung, der mit dem Kreuzkopf verbundenen
Kolbenstange. Hierbei wird nach der Montage und Vorjustierung des
Kompressors die Kurbelwelle um eine volle Umdrehung von 360° gedreht,
wodurch der Kolben mindestens einmal den gesamten Hub in Richtung des
oberen und unteren Totpunktes durchläuft. Diese Hubbewegung des Kolbens
dient der Messung bzw. Überprüfung des Geradeauslaufs der Kolbenstange im
Zylinder. Im Rahmen dieser Messung wird mittels gehäusefester
Messeinrichtungen ermittelt, um welchen Betrag sich die Kolbenstange in zwei
senkrecht zueinanderstehenden Richtung über einen Hub relativ zum Gehäuse
bewegt. Aufgrund der ermittelten Meßwerte wird dann die für einen
optimierten Geradeauslauf notwendige Nachjustierung vorgenommen.
Da die beschriebenen Messungen am auf Umgebungstemperatur abgekühlten
Kompressor vorgenommen werden und somit nicht unter den eigentlichen
maßgeblichen Betriebsbedingungen, muß bei der Ausrichtung den durch die
Inbetriebnahme des Kompressors veränderten Verhältnissen Rechnung getragen
werden. Im wesentlichen sind dies Änderungen der geometrischen Form der
Bauteile infolge der thermischen und/oder mechanischen Belastung und die
Lage der einzelnen Bauteile zueinander, beispielsweise die Lage des
Kreuzkopfes relativ zum Zylinder. Solche Einflüsse sind insbesondere bei
liegend angeordneten Kompressoren zu berücksichtigen, bei denen im
allgemeinen das Spiel zwischen Kolben und Zylinder größer ist als das Spiel
der Kreuzkopflagerung und bei denen die Erdbeschleunigung senkrecht zur
Hubrichtung wirkt. In der Regel wird aus den genannten Gründen die
Ausrichtung der Kolbenstange relativ zur Zylinderbuchse und quer zur
Hubrichtung nicht so vorgenommen, daß ein exakter Geradeauslauf
gewährleistet ist.
Ausgerichtet wird mit Hilfe von Grenzwerttabellen, in denen in Abhängigkeit
von der Baugröße, vom Hub und dem Zylinderdurchmesser die zulässigen
Abweichungen der Kreuzkopfbahn bzw. der Kolbenstange vom Geradeauslauf,
dem sogenannten Rod-Runout, aufgelistet sind. Hierbei wird vielfach der
sogenannte API-Standard 618 zugrundegelegt, in dem das American Petroleum
Institut in einem Anhang C den sogenannten "Pisten Rod Runout", d. h. die
Abweichung der Kolbenstange vom idealen Geradeaus für liegende
Kolbenkompressoren definiert und limitiert hat.
Die erforderliche Ausrichtung der Kreuzkopfbahn relativ zur Zylinderbuchse
des Kompressors erfolgt, indem die Lage des Kreuzkopfes relativ zu seiner
Führung sowohl horizontal als auch vertikal verändert wird, wobei in der
Regel mit in der Dicke aufgestuften Unterlegblechen gearbeitet wird. In
seltenen Fällen wird eine zusätzliche oder ersatzweise durchgeführte
Ausrichtung der Lage der Zylinderbuchse auf die gleiche Weise vorgenommen.
Diese Ausrichtmethoden sind sehr aufwendig, da sie das Lösen und Anziehen
der verwendeten Befestigungen bzw. Befestigungsmittel erfordern und die in
der Regel mehrfach, da es sich bei der beschriebenen Methode um eine
Iteration in mehreren Schritten an den angestrebten Ausrichtungszustand
handelt, insbesondere wegen der unvermeidlichen elastischen Verformung der
Unterlegscheibe gelingt die erforderliche Ausrichtung mit einer einzigen
Änderung der Unterlegscheibe nur selten.
Eine zweite Maßnahme zur Erzielung eines Geradeauslaufs der Kolbenstange
ist in dem deutschen Gebrauchsmuster 298 00 522 offenbart. Es wird ein
Kolbenkompressor vorgestellt, bei dem das vordere Ende der Kolbenstange
unter Zuhilfenahme von Spannelementen mit dem Kreuzkopf des Kurbeltriebes
verbunden ist. Die Lagerung des vorderen Endes der Kolbenstange im
Kreuzkopf ist in der Art gestaltet, daß das vordere Ende der Kolbenstange bei
gelockerten Spannelementen senkrecht zur Hubrichtung relativ zum Kreuzkopf
verschieblich und ausrichtbar ist. Im Kreuzkopf sind Stellmittel, vorzugsweise
vier in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Stellschrauben, vorgesehen, mit
denen ein Verschieben und Ausrichten des vorderen Endes der Kolbenstange
relativ zum Kreuzkopf erfolgt.
Diese Art der Kolbenstangenjustierung weist im Vergleich zu der zuerst
beschriebenen Maßnahme dahingehend Vorteile auf, daß nicht mehr ein
Geradeauslauf der Kolbenstange indirekt über eine Justierung des Kreuzkopfes
erfolgt, sondern eine direkte Einflußnahme auf die
Kolbenstangenpositionierung vorgenommen wird. Die wesentlichen Nachteile
liegen aber gerade in der Hinzunahme der notwendig gewordenen Stellmittel und
der mit ihnen verbundenen konstruktiven Änderungen, insbesondere der
konstruktiven Änderungen des Kreuzkopfes. Zum einen steigt durch die
Hinzunahme der Stellmittel die Masse der bewegten Bauteile und mit ihr die
Massenkräfte. Zum anderen schwächen die für die Stellmittel vorzusehenden
Führungen im Kreuzkopf, beispielsweise die zur Aufnahme der Stellschrauben
vorzusehenden Stellschraubenbohrungen, den Kreuzkopf selbst und sind somit
entweder der Haltbarkeit des Kreuzkopfes und damit des gesamten
Kolbenkompressors abträglich oder machen eine konstruktive Neugestaltung des
Kreuzkopfes erforderlich.
Der EP 0 434 607 A1 liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, den runout der
Kolbenstange zu minimieren.
Dies wird dadurch gelöst, daß die Kolbenstange lösbar mit dem Kolben
verbunden ist, wobei eine Lagerung der Kolbenstange im Kolben mittels einer
Exzenterbuchse erfolgt. Durch Verdrehen der Exzenterbuchse gegenüber dem
Kolben wird die Position der Kolbenstange relativ zum Kolben verändert.
Nachteilig an dieser Art der Kolbenstangenjustierung ist, daß bei Verdrehen der
Exzenterbuchse die Kolbenstange bzw. die Kolbenstangenachse nicht nur in
vertikaler Richtung geradlinig verschoben wird, sondern auch eine horizontale
Bewegung der Kolbenstangenachse stattfindet, wobei die Kolbenstangenachse sich
in der Regel auf einer gekrümmten Bahn bewegt. Gerade bei den
Kolbenkompressoren der Horizontalbauart, die Gegenstand der EP 0 434 607 A1
sind, ist es das ausschließliche Ziel der Kolbenstangenjustierung, die
Kolbenstange vertikal zu justieren. Eine horizontale Bewegung der Kolbenstange
ist nicht gewollt und sogar unerwünscht.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, einen
Kolbenkompressor vorzustellen, der eine Vorrichtung für die Justierung des
Geradeauslaufs des Kolbens aufweist, wobei diese Vorrichtung die im
Zusammenhang mit dem Stand der Technik genannten Nachteile weitestgehend
vermeidet und insbesondere eine schnelle Justierung ermöglicht. Eine weitere
Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Justierung einer
Kolbenstange des erfindungsgemäßen Kolbenkompressors vorzustellen.
Die vorrichtungsgemäße Aufgabe wird durch einen Kolbenkompressor gelöst, bei
dem die verstellbare Lagerung des vorderen Endes der Kolbenstange im
Kreuzkopf des Kurbeltriebes ein Exzenterbuchsenpaar umfaßt mit einer äußeren
drehbaren Exzenterbuchse und einer in dieser äußeren Exzenterbuchse
aufgenommenen drehbaren inneren Exzenterbuchse, wobei die äußere
Exzenterbuchse und die innere Exzenterbuchse jeweils durch eine äußere
Zylindermantelfläche und eine innere Zylindermantelfläche begrenzt sind, deren
Achsen jeweils parallel verlaufen und um eine vorgegebene, jeweils gleichgroße
Exzentrizität e gegeneinander versetzt sind.
Die Vorrichtung zur Justierung des Geradeauslaufs der Kolbenstange, die
erfindungsgemäß als Exzenterbuchsenpaar ausgebildet ist, erfordert keine
zusätzlichen Stellmittel und diese Stellmittel aufnehmende Führungen, wie dies
bei der in dem deutschen Gebrauchsmuster 298 00 522 offenbarten Lehre
vorgeschrieben wird. Das Exzenterbuchsenpaar ist Bestandteil der ohnehin
vorzusehenden und notwendigen Lagerung des vorderen Endes der
Kolbenstange im Kreuzkopf. Die konstruktive Umgestaltung des Kreuzkopfes
beschränkt sich auf ein Minimum oder entfällt sogar vollständig.
Prinzipbedingt weist der Kreuzkopf eine Ausnehmung zur Aufnahme des
vorderen Endes der Kolbenstange auf. Somit beschränkt sich die Umgestaltung
des Kreuzkopfes auf eine entsprechende Anpassung dieser Ausnehmung.
Die Lage der äußeren Zylindermantelfläche der äußeren Exzenterbuchse ist
bezüglich des Kreuzkopfes fixiert. Der einzige zugelassene Freiheitsgrad für
eine Bewegung der äußeren Exzenterbuchse ergibt sich aus der
erfindungsgemäßen, notwendigen Drehbarkeit der äußeren Exzenterbuchse. Die
Justierung einer gegebenenfalls unter Hinzunahme von Zwischenelementen in
der inneren Exzenterbuchse gelagerten Kolbenstange ergibt sich aufgrund der
Tatsache, daß bei Verdrehen der inneren und äußeren Exzenterbuchse
gegeneinander, die Achse der inneren Zylindermantelfläche der inneren
Zylinderbuchse gegenüber der Achse der äußeren Zylindermantelfläche der
äußeren Exzenterbuchse verschoben wird. Weil die Achse der inneren
Zylindermantelfläche der inneren Exzenterbuchse mit der Kolbenstangenachse
identisch ist, wird mittels der erfindungsgemäßen Exzenterbuchse eine
Kolbenstangenjustierung möglich.
Aufgrund der Exzentrizität der Achsen der die Exzenterbuchsen bildenden
Zylindermantelflächen weisen die Exzenterbuchsen keine einheitliche, sondern
eine sich kontinuierlich auf ihrem Umfang ändernde Wandstärke auf.
Theoretisch ist die Exzentrizität e bezüglich ihrer Abmessung dahingehend
beschränkt, daß sie nicht so groß sein kann bzw. größer sein kann als die
Differenz der Radien der äußeren Zylindermantelfläche und der inneren
Zylindermantelfläche sowohl der äußeren Exzenterbuchse als auch der inneren
Exzenterbuchse. Dies würde nämlich zur Folge haben, daß die Wandstärke der
inneren und äußeren Exzenterbuchse zumindest an einer Stelle zu Null wird,
also de facto an dieser Stelle keine die Exzenterbuchse bildende Wand
vorhanden wäre.
Vorzuziehen sind Kolbenkompressoren, bei denen die Exzentrizität e maximal
halb zu groß ist wie die Differenz der Radien der äußeren
Zylindermantelfläche und der inneren Zylindermantelfläche sowohl der äußeren
Exzenterbuchse als auch der inneren Exzenterbuchse.
Hiermit ist sichergestellt, daß sowohl die innere als auch die äußere
Exzenterbuchse eine ausreichende Festigkeit über ihren gesamten Umfang
aufweisen.
Zu bevorzugen sind Kolbenkompressoren, bei denen sowohl die äußere als
auch die innere Exzenterbuchse auf ihrer zur Kolbenstange hingerichteten
Stirnfläche eine Markierung aufweisen, in der Art, daß in einer "Nullpunkt-
Stellung" des zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares, in der die Achse der
äußeren Zylindermantelfläche der äußeren Exzenterbuchse mit der Achse der
inneren Zylindermantelfläche der inneren Exzenterbuchse zusammenfällt, die
Markierungen beieinanderliegen.
Die Nullpunkt-Stellung des zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares zeichnet
sich dadurch aus, daß die Wandstärke des zusammengefügten
Exzenterbuchsenpaares, die sich aus der Summe der Wandstärke der inneren
Exzenterbuchse und der Wandstärke der äußeren Exzenterbuchse ergibt, über
den gesamten Umfang des zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares
gleichgroß ist. Mit anderen Worten gesagt, die innere Zylindermantelfläche der
inneren Exzenterbuchse hat in radialer Richtung über ihren gesamten Umfang
den gleichen Abstand zur äußeren Zylindermantelfläche der äußeren
Exzenterbuchse. Weisen beide Exzenterbuchsen Markierungen der
beschriebenen Art auf, so läßt sich immer, auch nach beliebig häufigem
Verdrehen der Exzenterbuchsen gegeneinander, die Nullpunkt-Stellung des
zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares auffinden, indem die Markierung
der äußeren Exzenterbuchse und die Markierung der inneren Exzenterbuchse in
Deckung gebracht werden. Hierbei werden die Buchsen solange und in der Art
gegeneinander verdreht, bis die Markierungen beieinander liegen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Kolbenkompressors ist dadurch
gekennzeichnet, daß in der Nullpunkt-Stellung die Verbindungslinie zwischen
der Achse der äußeren Zylindermantelfläche der äußeren Exzenterbuchse und
den Markierungen in der Projektion senkrecht zur Exzentrizität e steht, wobei
vorzugsweise die Markierung der äußeren Exzenterbuchse unter einem Winkel
von 90° im Uhrzeigersinn gegenüber der Stelle der dünnsten Wandstärke der
äußeren Exzenterbuchse angeordnet ist und die Markierung der inneren
Exzenterbuchse unter einem Winkel von 270° im Uhrzeigersinn gegenüber der
Stelle der dünnsten Wandstärke der inneren Exzenterbuchse angeordnet ist oder
die Markierung der äußeren Exzenterbuchse unter einem Winkel von 270° im
Uhrzeigersinn gegenüber der Stelle der dünnsten Wandstärke der äußeren
Exzenterbuchse angeordnet ist und die Markierung der inneren Exzenterbuchse
unter einem Winkel von 90° im Uhrzeigersinn gegenüber der Stelle der
dünnsten Wandstärke der inneren Exzenterbuchse angeordnet ist.
Der Vorteil dieser Ausführungsformen ist der folgende. Werden die äußere
und innere Exzenterbuchse gegeneinander verdreht, und zwar in der Art, daß
gleichgroße Winkel überstrichen werden, wandert die Achse der inneren
Zylindermantelfläche der inneren Exzenterbuchse in eine der beiden
Richtungen, die senkrecht auf der Exzentrizität e stehen. Sind nun die
Markierungen in der Nullpunkt-Stellung des zusammengefügten
Exzenterbuchsenpaares in der beschriebenen Weise angeordnet, halbiert eine
auf der Exzentrizität stehende, durch die Achse der inneren
Zylindermantelfläche der inneren Exzenterbuchse gehende Senkrechte die
Verbindungslinie der beiden Markierungen und dies in jeder beliebigen
Stellung des Exzenterbuchsenpaares.
Steht in der Nullpunkt-Stellung des zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares
die Verbindungslinie zwischen der Achse der äußeren Zylindermantelfläche der
äußeren Exzenterbuchse und den Markierungen in der Projektion nicht
senkrecht zur Exzentrizität, ist ein Kolbenkompressor vorteilhaft, bei dem die
äußere Exzenterbuchse oder die innere Exzenterbuchse auf ihrer zur
Kolbenstange hingerichteten Stirnfläche eine Markierung aufweist, in der Art,
daß in der Nullpunkt-Stellung des zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares
die Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt der äußeren
Zylindermantelfläche der äußeren Exzenterbuchse und der Markierung in der
Projektion senkrecht zur Exzentrizität e steht.
Hierdurch ist gewährleistet, daß in der Nullpunkt-Stellung des
zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares die Ebene, in der die Exzentrizität e
liegt, bestimmt werden kann, wodurch wiederum ersichtlich wird, in welche
Richtung sich der Mittelpunkt der Kolbenstange bewegt, wenn die innere und
äußere Exzenterbuchse ausgehend von der Nullpunkt-Stellung gegeneinander
um gleich große Winkel verdreht werden.
Vorteilhaft sind Kolbenkompressoren, bei denen die äußere Exzenterbuchse
und die innere Exzenterbuchse in ihrem zur Kolbenstange hin gerichteten
Abschnitt Mittel aufweisen, die ein Verdrehen der beiden Exzenterbuchsen
ermöglichen. Diese Mittel können in Form von Ausnehmungen ausgebildet
sein, die dann gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Werkzeugen und
dergleichen ein Verdrehen gestatten. Ebenso können diese Mittel aber auch in
Form eines Vorsprungs ausgebildet sein. Jedenfalls sollen Mittel vorgesehen
werden, die es ermöglichen, die zum Verdrehen der beiden Exzenterbuchsen
erforderlichen Kräfte einzuleiten.
Vorteilhaft sind Kolbenkompressoren, bei denen die äußere Exzenterbuchse
und die innere Exzenterbuchse in ihrer zur Kolbenstange hingerichteten
Stirnfläche in Richtung der Exzenterbuchsenachse jeweils mindestens eine
Bohrung aufweisen, in der Art, daß die Achse der Bohrung parallel zu den
Achsen der Exzenterbuchsen verläuft. Bohrung umfaßt in diesem
Zusammenhang sowohl die gewöhnlichen, kreisrunden Bohrungen, aber auch
Bohrungen, deren Mantelfläche einen polygonalen Querschnitt aufweisen.
Diese Bohrungen können dann zur Aufnahme von an Hilfswerkzeugen
befestigten zapfenförmigen Vorsprüngen dienen, wobei der zapfenförmige
Vorsprung dieselbe Querschnittsform wie die Bohrung selbst aufweist. Auf
diese Art ist es unter Zuhilfenahme von Hilfswerkzeugen möglich, die für ein
Verdrehen der Exzenterbuchsen erforderlichen Kräfte einzuleiten.
Vorteilhaft ist ein Kolbenkompressor, bei dem die äußere Exzenterbuchse und
die innere Exzenterbuchse in ihrer zur Kolbenstange hin gerichteten Stirnfläche
in Richtung der Exzenterbuchsenachse jeweils zwei Bohrungen aufweisen, in
der Art, daß die Achsen der Bohrung parallel zu den Achsen der
Exzenterbuchsen verlaufen und jeweils bei der äußeren Exzenterbuchse und bei
der inneren Exzenterbuchse die zwei Verbindungslinien der zwei Bohrungen
mit der Achse des zusammengebauten Exzenterbuchsenpaares in der Projektion
einen spitzen Winkel α bzw. β aufspannen.
Zwei in dieser Weise angeordnete Bohrungen reduzieren die für ein Verdrehen
der Exzenterbuchsen aufzubringende Kraft.
Günstig ist ein Kolbenkompressor, bei dem die mindestens eine Bohrung der
äußeren Exzenterbuchse in der Nullpunkt-Stellung des zusammengebauten
Exzenterbuchsenpaares bezüglich einer Ebene, die senkrecht zur Exzentrizität e
steht, gegenüber der mindestens einen Bohrung der inneren Exzenterbuchse
angeordnet ist.
Durch die so vorgenommene Art der Anordnung der Bohrungen ist
sichergestellt, daß sich die zum Verdrehen der Exzenterbuchsen erforderlichen
Werkzeuge während des Verstellvorganges nicht gegenseitig blockieren oder
eine solche Position zueinander einnehmen, die ein Verstellen ganz unmöglich
oder zumindest schwierig macht.
Günstig sind Kolbenkompressoren, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die
mindestens eine Bohrung der äußeren Exzenterbuchse und der inneren
Exzenterbuchse im Bereich größerer Wandstärken angeordnet ist.
Die Minderung der Festigkeit der Exzenterbuchsen durch das Anordnen der
Bohrungen wird so auf ein Minimum reduziert, wobei bei
Kolbenkompressoren, bei denen die äußere und innere Exzenterbuchse zwei
Bohrungen aufweist, vorzugsweise die Anordnung der Bohrung in der Art
erfolgt, daß mit Blick Richtung Exzenterbuchsenachse eine Bohrung links und
eine Bohrung rechts von der Stelle maximaler Wandstärke der äußeren und der
inneren Exzenterbuchse angeordnet ist.
Zu bevorzugen sind Kolbenkompressoren, die eine äußere und eine innere
Exzenterbuchse umfassen, welche eine Vielzahl von regelmäßig beabstandeten
Bohrungen aufweisen. Hierdurch wird sichergestellt, daß während des
Verstellvorganges ein Umfassen der Werkzeuge ermöglicht wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Kolbenkompressors sind dadurch
gekennzeichnet, daß die innere Exzenterbuchse an ihrer der Kolbenstange
abgewandten Stirnseite einen Absatz aufweist, um die äußere Exzenterbuchse
axial zu fixieren.
Vorteile bietet ein Kolbenkompressor, bei dem die Lagerung für das vordere
Ende der Kolbenstange in Kreuzkopf des Kurbeltriebes eine Ausnehmung für
die Aufnahme des Exzenterbuchsenpaares aufweist, in der Art, daß die äußere
Exzenterbuchse die Ausnehmung von innen mit ihrer äußeren
Zylindermantelfläche berührt. Bei dieser Ausführungsform hat das
zusammengefügte Exzenterbuchsenpaar mit seiner äußeren
Zylindermantelfläche direkten Kontakt zum eigentlichen Kreuzkopf.
Bei anderen Anwendungsfällen kann es wieder vorteilhaft sein,
Kolbenkompressoren zu verwenden, bei denen die Lagerung für das vordere
Ende der Kolbenstange im Kreuzkopf des Kurbeltriebes eine Ausnehmung für
die Aufnahme des Exzenterbuchsenpaares aufweist, in der Art, daß zwischen
der äußeren Exzenterbuchse und der Ausnehmung mindestens ein
Zwischenelement angeordnet ist. Die Anordnung eines Zwischenelementes hat
den Vorteil, daß bei Verdrehen der äußeren Exzenterbuchse die im Bereich der
äußeren Zylindermantelfläche der äußeren Exzenterbuchse auftretende Reibung
auf das Zwischenelement und nicht direkt auf den eigentlichen Kreuzkopf
wirkt. Verschleißerscheinungen durch Verdrehen der äußeren Exzenterbuchse
treten somit nicht am Kreuzkopf selbst auf, sondern an dem
zwischengeschalteten Zwischenelement, wobei das mindestens eine
Zwischenelement vorzugsweise eine Buchse ist.
Vorteilhaft sind Kolbenkompressoren, bei denen das Exzenterbuchsenpaar aus
Messing gefertigt ist.
Günstig sind Kolbenkompressoren, bei denen das vordere Ende der
Kolbenstange unmittelbar in der inneren Exzenterbuchse aufgenommen wird.
In bestimmten Anwendungsfällen erweisen sich Kolbenkompressoren als
günstig, bei denen das vordere Ende der Kolbenstange unter Hinzunahme
mindestens eines Zwischenelementes in der inneren Exzenterbuchse
aufgenommen wird. Die Vorteile einer Hinzunahme mindestens eines
Zwischenelementes sind die oben beschriebenen, wobei wiederum
vorzugsweise das mindestens eine Zwischenelement eine Buchse ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen von sogenannten horizontal arbeitenden
Kolbenkompressoren sind dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengefügte
Exzenterbuchsenpaar in der Art im Kreuzkopf angeordnet ist, daß die
Exzentrizität e der Buchsen in der Nullpunkt-Stellung der zusammengefügten
Exzenterbuchse horizontal angeordnet ist. Bei Verdrehen der inneren und
äußeren Exzenterbuchse gegeneinander unter Überstreichen gleichgroßer
Winkel und ausgehend von der Nullpunkt-Stellung, verschiebt sich die Achse
der inneren Zylindermantelfläche der inneren Exzenterbuchse bzw. die Achse
der Kolbenstange senkrecht zur Exzentrizität und folglich bei der in Rede
stehenden Ausführungsform in Richtung der Gewichtskräfte. Da die
Gewichtskräfte gerade bei horizontal arbeitenden Kolbenkompressoren Einfluß
auf den Geradeauslauf der Kolbenstange haben, ist die beschriebene
Anordnung des zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares bei dieser Art von
Kolbenkompressoren besonders günstig.
Die verfahrenstechnische Aufgabe zur Justierung einer Kolbenstange eines
Kolbenkompressors wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem zur Justierung
des Geradeauslaufes der Kolbenstange die innere und die äußere
Exzenterbuchse gegeneinander verdreht werden, wobei vorzugsweise die innere
und die äußere Exzenterbuchse in der Art gegeneinander verdreht werden, daß
ausgehend von der Nullpunkt-Stellung jeweils gleiche Winkel überstrichen
werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß der folgenden
Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierzu zeigt
Fig. 1 eine Ansicht einer inneren Exzenterbuchse eines ersten
Ausführungsbeispieles des Kolbenkompressors mit Blick Richtung
Exzenterbuchsenachse, und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte innere Exzenterbuchse,
und
Fig. 3 eine Ansicht einer äußeren Exzenterbuchse eines ersten
Ausführungsbeispieles des Kolbenkompressors mit Blick Richtung
Exzenterbuchsenachse, und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte äußere Exzenterbuchse,
und
Fig. 5 eine Ansicht eines zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares,
bestehend aus der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten inneren
Exzenterbuchse und der in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten äußeren
Exzenterbuchse, mit Blick Richtung Exzenterbuchsenachse, und
Fig. 6 eine Seitenansicht der Lagerung des vorderen Endes der Kolbenstange
im Kreuzkopf mittels des in Fig. 5 dargestellten zusammengefügten
Exzenterbuchsenpaares, teilweise geschnitten, und
Fig. 7 eine Ansicht der in Fig. 6 dargestellten Lagerung mit Blick Richtung
Kolbenstangenachse, teilweise geschnitten.
Fig. 1 zeigt eine äußere Exzenterbuchse 1 einer ersten Ausführungsform des
Kolbenkompressors. Begrenzt wird die äußere Exzenterbuchse 1 durch eine
äußere Zylindermantelfläche 2 und eine innere Zylindermantelfläche 3, deren
Achsen 4, 5 parallel verlaufen und um eine Exzentrizität e gegeneinander
versetzt sind. Die Achse 4 der inneren Zylindermantelfläche 3 ist bezüglich der
Achse 5 der äußeren Zylindermantelfläche 2 um die Exzentrizität e nach links
versetzt. Folglich hat die in Fig. 1 dargestellte äußere Exzenterbuchse 1 ihre
maximale Wandstärke zwischen den Bohrungen 7. Die beiden
Verbindungslinien zwischen den Bohrungen 7 und der Achse 5 bilden den
spitzen Winkel β. Ausgehend von der Stelle der maximalen Wandstärke nimmt
die Wandstärke der äußeren Exzenterbuchse 1 Richtung Uhrzeigersinn ab und
erreicht nach Überstreichen eines Winkels von 180° die Stelle der geringsten
Dicke, um dann wieder zuzunehmen. Die Differenz zwischen der maximalen
und minimalen Wandstärke der Exzenterbuchse beträgt das Zweifache der
Exzentrizität e. Die in Fig. 1 dargestellte äußere Exzenterbuchse 1 weist eine
Markierung 6 auf, die ausgehend von der Stelle der maximalen Wandstärke um
270° im Uhrzeigersinn versetzt ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten äußeren
Exzenterbuchse 1 handelt es sich um eine Ausführungsform, bei der die
Verbindungslinie zwischen der Achse 5 und der Markierung 6 senkrecht auf
der Exzentrizität e steht.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt der in Fig. 1 gezeigten äußeren Exzenterbuchse
1. Eingetragen sind die Achse 4 der inneren Zylindermantelfläche 3 und die
um die Exzentrizität e versetzte Achse 5 der äußeren Zylindermantelfläche 2.
Die Bohrung 7 ist im Bereich größerer Wandstärken angeordnet.
Fig. 3 zeigt eine innere Exzenterbuchse 11 einer Ausführungsform des
Kolbenkompressors, die zusammen mit der in den Fig. 1 und 2 gezeigten
äußeren Exzenterbuchse 1 das zusammengefügte Exzenterbuchsenpaar bildet
(siehe Fig. 5). Wie die äußere Exzenterbuchse 1 wird auch die innere
Exzenterbuchse 11 im wesentlichen durch eine äußere Zylindermantelfläche 12
und eine innere Zylindermantelfläche 13 begrenzt. Betreffend der äußeren
Gestalt unterscheidet sich die innere Exzenterbuchse 11 durch das
Vorhandensein eines Absatzes 18 auf der der Kolbenstange abgewandten
Stirnseite gegenüber der äußeren Exzenterbuchse 1. Dieser Absatz 18 dient zur
axialen Fixierung der äußeren Exzenterbuchse 1, die auf die innere
Exzenterbuchse 11 aufgeschoben wird, bis sie sich im Anschlag mit dem
Absatz 18 befindet. Wiederum sind die Achse 14 der inneren
Zylindermantelfläche und die Achse 15 der äußeren Zylindermantelfläche um
die gleichgroße Exzentrizität e versetzt, wobei die Achse 14 der inneren
Zylindermantelfläche gegenüber der Achse 15 der äußeren
Zylindermantelfläche um die Exzentrizität e nach links versetzt ist. Auch die
innere Exzenterbuchse 11 weist zwei Bohrungen 17 auf. Die Verbindungslinien
der Bohrung mit der Achse 14 bilden einen Winkel α. Die Gerade, die den
Winkel α halbiert, schneidet die innere Exzenterbuchse 11 zwischen den
Bohrungen 17 an der Stelle der maximalen Wandstärke. Ausgehend von hier
nimmt die Wandstärke in Richtung Uhrzeigersinn ab, bis sie nach
Überstreichen eines Winkels von 180° die Stelle ihrer kleinsten Abmessung
erreicht, um dann wieder zuzunehmen. Die in Fig. 3 dargestellte innere
Exzenterbuchse 11 weist eine Markierung 16 auf, die ausgehend von der Stelle
der maximalen Wandstärke um 90° im Uhrzeigersinn versetzt ist. Bei der in
Fig. 3 dargestellten inneren Exzenterbuchse 11 handelt es sich um eine
Ausführungsform, bei der die Verbindungslinie zwischen der Achse 14 und der
Markierung 16 senkrecht auf der Exzentrizität e steht.
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt der in Fig. 3 dargestellten inneren
Exzenterbuchse 11. Gut zu erkennen ist die Versetzung der Achse 14 der
inneren Zylindermantelfläche 13 gegenüber der Achse 15 der äußeren
Zylindermantelfläche 12 um die Exzentrizität e. Die Bohrungen 17 dienen als
Mittel zum Verdrehen der inneren Exzenterbuchse 11.
Fig. 5 zeigt ein zusammengefügtes Exzenterbuchsenpaar, das aus der in den
Fig. 1 und 2 dargestellten äußeren Exzenterbuchse 1 und der in den Fig. 3
und 4 dargestellten inneren Exzenterbuchse 11 zusammengesetzt ist. Das
zusammengefügte Exzenterbuchsenpaar ist in der sogenannten Nullpunkt-
Stellung dargestellt, in der die Achse 5 der äußeren Zylindermantelfläche 2 der
äußeren Exzenterbuchse 1 mit der Achse 14 der inneren Zylindermantelfläche
13 der inneren Exzenterbuchse 11 zusammenfällt. Die innere Exzenterbuchse
11 wird von der äußeren Exzenterbuchse 1 in der Art aufgenommen, daß die
innere Zylindermantelfläche 3 der äußeren Exzenterbuchse 1 Kontakt hat mit
der äußeren Zylindermantelfläche 12 der inneren Exzenterbuchse 11. Die
Markierungen 6, 16 liegen beieinander in der gezeigten Nullpunkt-Stellung und
die Verbindungslinie zwischen der Achse 5, 14 und den Markierungen steht in
der Projektion, d. h. in der Zeichenebene senkrecht zur Exzentrizität e.
Darüber hinaus liegen die Bohrungen 17 der inneren Exzenterbuchse 11
bezüglich einer Ebene, die senkrecht zur Exzentrizität e steht, gegenüber den
Bohrungen 7 der äußeren Exzenterbuchse 1.
Beispielhaft sind sowohl für die innere Exzenterbuchse 11 als auch für die
äußere Exzenterbuchse 1 des zusammengefügten Exzenterbuchsenpaares an
vier verschiedenen Stellen die Wandstärken der Exzenterbuchsen angegeben,
wobei sich an jeder Stelle die Gesamtwandstärke aus der Summe der
Wandstärke der inneren Exzenterbuchse 11 und der äußeren Exzenterbuchse 1
ergibt. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Exzenterbuchsenpaar wurde beispielhaft
eine Exzentrizität von 0,5 mm gewählt. Ohne Exzentrizität hätten beide
Buchsen jeweils über ihren Umfang eine gleichbleibend große Wandstärke von
6 mm, so daß infolge einer Exzentrizität e = 0,5 mm die Wandstärke jeder
Buchse auf dem Umfang der Buchse zwischen 5,5 und 6,5 mm variiert. Die
eingetragenen Maße der Wandstärken veranschaulichen, daß das
zusammengefügte Exzenterbuchsenpaar in der Nullpunkt-Stellung über seinen
gesamten Umfang eine gleichgroße Wandstärke aufweist, die im vorliegenden
Ausführungsbeispiel 12 mm beträgt.
Fig. 6 zeigt in der Seitenansicht die Lagerung des vorderen Endes 21 der
Kolbenstange 20 im Kreuzkopf 23. Das vordere Ende 21 der Kolbenstange 20
wird in der inneren Exzenterbuchse 11 aufgenommen, die ihrerseits die äußere
Exzenterbuchse 1 trägt, wobei diese äußere Exzenterbuchse 1 in einer
Ausnehmung 25, welche im Kreuzkopf 23 angeordnet ist, aufgenommen wird.
Zu erkennen sind auch die Bohrungen 7, 17, die zum Verdrehen der inneren
und äußeren Exzenterbuchse 1, 11 im eingebauten Zustand dienen. Nach der
Justierung des Geradeauslaufs der Kolbenstange 20 wird die Kolbenstange 20
mit einem Spannelement 22 über ihr vorderes Ende 21 am Kreuzkopf 23
befestigt.
Fig. 7 zeigt die Lagerung des vorderen Endes 21 der Kolbenstange im
Kreuzkopf 23 in Richtung der Kolbenstangenachse 24. Diese Figur dient zur
Veranschaulichung des Verfahrens zur Justierung der Kolbenstange des
Kolbenkompressors. Dargestellt ist das zusammengefügte Exzenterbuchsenpaar
in der Nullpunkt-Stellung, in der die Markierung 6 der äußeren Exzenterbuchse
1 und die Markierung 16 der inneren Exzenterbuchse 11 beieinanderliegen
bzw. sich decken. Die in den Bohrungen 7, 17 angesetzten Werkzeuge 30, 30'
dienen zum Verdrehen der inneren und äußeren Exzenterbuchse 11, 1. Werden
die Werkzeuge 30, 30' gegeneinander verdreht, in der Art, daß gleichgroße
Winkel überstrichen werden, verschiebt sich die Kolbenstangenachse 24
senkrecht zur Exzentrizität e. Die Richtung dieser Verschiebung ist durch
einen im Querschnitt der Kolbenstange eingezeichneten Doppelpfeil angedeutet.
Die an diesem Doppelpfeil eingezeichneten Vorzeichen korrespondieren mit
den an den Doppelpfeilen der Werkzeuge 30, 30' angebrachten Vorzeichen.
Folglich verschiebt sich die Kolbenstangenachse nach oben (+), wenn beide
Werkzeuge 30, 30' nach unten (+) gedreht werden und dabei gleiche Winkel
überstrichen werden. Ein Justieren der Kolbenstange in die andere Richtung
erfolgt in umgekehrter Weise (-) durch Drehen der Werkzeuge 30, 30' nach
oben (-).
Bezugszeichen
1
äußere Exzenterbuchse
2
äußere Zylindermantelfläche
3
innere Zylindermantelfläche
4
Achse
5
Achse
6
Markierung
7
Bohrung
11
innere Exzenterbuchse
12
äußere Zylindermantelfläche
13
innere Zylindermantelfläche
14
Achse
15
Achse
16
Markierung
17
Bohrung
18
Absatz
20
Kolbenstange
21
vorderes Ende
22
Spannelement
23
Kreuzkopf
24
Kolbenstangenachse
25
Ausnehmung
30
,
30
' Werkzeug