DE102018111059A1

DE102018111059A1 - Antrieb für eine kolbenpumpe oder einen -kompressor

Info

Publication number: DE102018111059A1
Application number: DE102018111059.6A
Authority: DE
Inventors: Ralf Bertram; Wilhelm Dörn
Original assignee: Speck Kolbenpumpenfabrik Otto Speck & Co KG GmbH; Speck-Kolbenpumpenfabrik Otto Speck & Co KG GmbH
Current assignee: Speck Kolbenpumpenfabrik Otto Speck & Co KG GmbH; Speck-Kolbenpumpenfabrik Otto Speck & Co KG GmbH
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-11-14
Also published as: WO2019214991A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Kolbenpumpe oder einen -kompressor mit einem Antriebsgehäuse und einem von dem Antriebsgehäuse aufgenommenen Kurbeltrieb. Der Kurbeltrieb umfasst eine Kurbelwelle, die zur Ausführung einer Drehbewegung durch das Antriebsgehäuse gelagert ist, zumindest ein Kreuzkopf, der zur Ausführung einer Hubbewegung durch das Antriebsgehäuse gelagert ist, und zumindest einen Pleuel, der an seinem Pleuelfuß mit der Kurbelwelle und an seinem Pleuelkopf mit dem Kreuzkopf gelenkig verbunden ist, wobei das Antriebsgehäuse aus einem Strangpressprofil wie beispielsweise aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Kolbenpumpe oder einen -kompressor.
Die Kolben bzw. Plunger einer Kolbenpumpe werden üblicherweise mittels eines Motors wie beispielsweise eines Elektromotors oder eines Hydraulikmotors über einen Antrieb angetrieben, der die Drehbewegung des Motors in eine Hubbewegung der einzelnen Kolben umsetzt. Der Antrieb umfasst dabei einen Kurbeltrieb mit einer Kurbelwelle, die von dem Elektromotor angetrieben wird, wobei die Drehbewegung der Kurbelwelle über mehrere Pleuel in eine Hubbewegung der einzelnen Kolben umgesetzt wird, die mit dem jeweiligen Pleuel über jeweils einen Kreuzkopf gekoppelt sein können.
Üblicherweise sind dabei die einzelnen Pleuel mittels ölgeschmierter Gleitlager auf den Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert und auch für die Kreuzköpfe ist eine Ölschmierung vorgesehen. Dementsprechend wird das Antriebsgehäuse, in dem sich der Kurbeltrieb befindet, üblicherweise als Gussteil gefertigt, da sich hierbei die Schmierölkanäle und -taschen für die Schmierung der Kreuzköpfe und die Pleuellager als integraler Bestandteil des Gehäuses fertigen lassen. Allerdings ist die Herstellung derartiger Gussteilgehäuse verhältnismäßig aufwendig und daher kostenintensiv.
Ferner kommt hinzu, dass die Pleuellager von Kolbenpumpen stoßhaften und ungleichförmigen Belastungen unterliegen können, weshalb die herkömmliche Gleitlagerung sowie die damit verbundene Ölschmierung meist keine ideale Lösung darstellt. Auch für den Antrieb von Dosierpumpen, die bei veränderlichen und insbesondere auch bei geringen Drehzahlen betrieben werden können, eignen sich Gleitlager für die Lagerung der Pleuel auf der Kurbelwelle nur in bedingtem Maße, da der Schmierölfilm in einem Gleitlager bei geringen Drehzahlen unterbrochen werden kann und somit nicht mehr wirksam ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für eine Kolbenpumpe oder einen -kompressor anzugeben, der weniger komplex aufgebaut ist. Außerdem wäre es wünschenswert, für eine zuverlässige Lagerung und Schmierung der beweglichen Komponenten des Antriebs selbst bei stoßhaften Belastungen und/oder geringen Drehzahlen zu sorgen.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Antrieb für eine Kolbenpumpe oder einen -kompressor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesch lagen.
Der erfindungsgemäße Antrieb verfügt über ein Antriebsgehäuse sowie einen von dem Antriebsgehäuse aufgenommenen Kurbeltrieb. Der Kurbeltrieb umfasst dabei eine Kurbelwelle, die beispielsweise von einem Elektromotor angetrieben werden kann und zur Ausführung einer Drehbewegung durch das Antriebsgehäuse drehbar gelagert ist, zumindest einen Kreuzkopf, der zur Ausführung einer Hubbewegung durch das bzw. in dem Antriebsgehäuse gelagert ist, und zumindest einen Pleuel, der an seinem Pleuelfuß mit der Kurbelwelle und an seinem Pleuelkopf mit dem Kreuzkopf drehbar verbunden ist, um so die Drehbewegung der Kurbelwelle in eine Hubbewegung des Kreuzkopfs umsetzen zu können. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass das Antriebsgehäuse aus einem Strangpressprofil gefertigt ist, und zwar insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Das Antriebsgehäuse kann dabei als Halbzeug aus einem als Meterware vorliegenden Strangpressprofil gefertigt werden, indem von dem Strangpressprofil bedarfsgerechte Stücke für das jeweilige Antriebsgehäuse abgelängt werden, woraufhin dieses Antriebsgehäuse-Halbzeug verschiedenen Fräsvorgängen unterworfen wird, im Rahmen derer die genaue Innenkontur des Antriebsgehäuses beispielsweise zur Aufnahme des Kurbeltriebs sowie dessen Kreuzköpfe herausgearbeitet wird.
Die Herstellung solch eines Antriebsgehäuses als Strangpressprofil gestaltet sich somit weniger aufwendig und kostenintensiv als die herkömmliche Herstellung der Gehäuse als Gussteil. Darüber hinaus erlaubt die Herstellung des Antriebsgehäuses aus einem Strangpressprofil die Erzeugung von Kühlrippen an der Oberfläche des Antriebsgehäuses als integraler Bestandteil desselben, wodurch in Verbindung mit dem Aluminiumwerkstoff, aus dem das Antriebsgehäuse gefertigt wird, eine besonders zuverlässige Luftkühlung sichergestellt werden kann.
Zwar wäre es möglich, in solch einem Antriebsgehäuse, das aus einem Strangpressprofil gefertigt wird, in einem nachgelagerten Bearbeitungsschritt Schmierölkanäle und -taschen zur temporären Speicherung und Zufuhr von Schmieröl zu den beweglichen Komponenten des Antriebs auszubilden; allerdings würde sich die nachträgliche Ausbildung von Schmierölkanälen in dem aus einem Strangpressprofil gefertigten Antriebsgehäuse als verhältnismäßig aufwendig und damit kostenintensiv gestalten.
Derartige Schmierölkanäle sind jedoch bei dem erfindungsgemäßen Antrieb nicht erforderlich, da es die Ausbildung des Antriebsgehäuses als Strangpressprofil gemäß einer weiteren Ausführungsform ermöglicht, den Pleuelfuß des zumindest einen Pleuels mittels eines Wälzlagers, das vorzugsweise fettgeschmiert ist, drehbar mit der Kurbelwelle zu verbinden. Wie nachfolgendend noch genauer erläutert wird, erlaubt es nämlich die erfindungsgemäße Ausbildung des Antriebsgehäuses, dass der Kurbeltrieb einschließlich der die Pleuel auf der Kurbelwelle lagernden Wälzlager außerhalb des Antriebsgehäuses vormontiert wird, bevor er als Einheit in das Antriebsgehäuse eingebracht wird. Solch eine Montage ist hingegen bei einem Gussteilgehäuse nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand möglich, weshalb dort häufig Gleitlagerhalbschalen zum Einsatz kommen, da diese erst nach erfolgter Montage der Kurbelwelle in dem Antriebsgehäuse auf deren Hubzapfen montiert werden können. Erfindungsgemäß bedarf es hingegen anders als für die Gleitlagerung herkömmlicher Pumpenantriebe keiner Ölzufuhr zur Schmierung der Gleitlager, da die Wälzlager des erfindungsgemäßen Antriebs derart in sich abgekapselt sein können, dass sie über ein in sich abgeschlossenes Schmierfettdepot verfügen, das nicht oder allenfalls im Rahmen turnusmäßiger Wartungsarbeiten nachzufüllen ist. Der Antrieb kommt somit im Bereich der Kurbelwelle ohne Ölbadschmierung aus.
Aufgrund der Lagerung der Pleuel mittels Wälzlagern an der Kurbelwelle kann der Antrieb selbst bei voller Belastung mit geringen Drehzahlen betrieben werden, da die Wälzlager anders als herkömmliche Gleitlager auch bei geringen Drehzahlen zuverlässig arbeiten. Mittels des erfindungsgemäßen Antriebs können somit auch Dosierpumpen angetrieben werden, da diese bei veränderlichen und insbesondere auch bei geringen Drehzahlen betrieben werden können müssen.
Gleichermaßen lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Antriebs auch Zirkulationspumpen antreiben, mittels derer das zu fördernde Medium bei maximal möglichem Betriebsdruck im Kreis gepumpt d.h. zirkuliert wird. Der Druck auf der Saugseite ist dabei im Wesentlichen genau so groß wie der auf der Druckseite, sofern Reibungsverluste unberücksichtigt bleiben. Tatsächlich stellt sich jedoch eine gewisse Druckdifferenz aufgrund der Reibungsverluste ein, die der Motor überwinden muss. Solch eine Betriebsart kann mit Gleitlagern zur Lagerung der Pleuel an der Kurbelwelle jedoch nicht realisiert werden, da auch hier der Schmierölfilm in den Gleitlager während des Arbeitshubs temporär unterbrochen wird und sich erst während des nachfolgenden Saughubs, der annähernd lastfreie ist, wieder aufbaut.
Darüber hinaus lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Antriebs eine hermetische Pumpe bauen, die das zu fördernde Medium frei von Schmierstoffen fördert. Hierzu sollte das zu fördernde Medium in dem Antrieb in der Gasphase vorliegen, da andernfalls das durch die Wälzlager gekapselte Schmierfett ausgewaschen werden könnte. Dementsprechend sollte das Antriebsgehäuse für eine hermetische Pumpe druckfest ausgebildet sein, um darin einen Mindestdruck aufrechterhalten zu können, der verhindert, dass das zu fördernde Medium in dem Antriebsgehäuse in die flüssige Phase übergeht.
Im Folgenden wird nun auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung eingegangen. Weitere Ausführungsformen können sich auch aus den abhängigen Ansprüchen, der Figurenbeschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
So kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der zumindest eine Pleuel einen lösbar mit dem Pleuelfuß verbundenen Lagerdeckel umfasst, der zusammen mit dem Pleuelfuß das sogenannte „große Pleuelauge“ bildet, das ein Wälzlager aufnimmt. Vorzugsweise kann dabei das Pleuelauge eine in dem Pleuelfuß und in dem Pleuellagerdeckel umlaufende Ringnut ausbilden, durch die das Wälzlager in axialer Richtung der Kurbelwelle gesichert ist. Durch die Ringnut bzw. deren axial voneinander beabstandete Wandungen wird dabei nicht nur das Wälzlager in axialer Richtung gesichert; vielmehr erfolgt hierdurch auch die gewünschte Kapselung des Wälzlagers.
Um das Wälzlager in die Ringnut einbringen zu können, ist der zumindest eine Pleuel bei dieser Ausführungsform als Halbschalenpleuel mit einem am Pleuelfuß befestigten Pleuellagerdeckel ausgebildet, was es gleichzeitig ermöglicht, die Ringnut bzw. die entsprechende Innenkontur fräsen zu können, wie dies mittels modernster Fertigungsverfahren unter Verwendung von beispielsweise CNC-Fräsmaschinen und/oder 3D-Messmaschinen sichergestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Wälzlager mehrere Wälzkörper aufweisen, die einerseits auf einem von dem Pleuelfuß aufgenommenen Außenring und andererseits direkt auf einem von der Kurbelwelle gebildeten Hubzapfen abrollen, wobei vorzugsweise das Wälzlager ferner zwei in axialer Richtung der Kurbelwelle voneinander beabstandete Bordscheiben aufweist, zwischen denen sich die Wälzkörper befinden und die unabhängig von dem Außenring handhabbar sind. Diese Ausgestaltung vereinfacht nicht nur die Montage der einzelnen Wälzlager, sondern ermöglicht auch, dass die Pleuel außerhalb des Antriebs mit der Kurbelwelle verbunden werden können. Hierzu werden zunächst die einzelnen Komponenten der Wälzlager auf die Hubzapfen der Kurbelwelle aufgefädelt, bevor anschließend die Wälzkörper in den Käfig des jeweiligen Lagers eingeschnappt werden. Anschließend können dann die einzelnen Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden werden, wozu die Wälzlager in die Ringnut des jeweiligen Pleuelfußes eingebracht werden, bevor danach der jeweils zugehörige Pleuellagerdeckel mit dem Pleuelfuß unter Einschluss des jeweiligen Wälzlagers verschraubt wird. Der so vormontierte Kurbeltrieb kann dann als Ganzes hängend in das Antriebsgehäuse eingebracht werden, wodurch sich die Montage des erfindungsgemäßen Antriebs verhältnismäßig einfach gestaltet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Antriebsgehäuse zwei einander gegenüberliegende Lagerwände aufweist, zwischen denen sich die Kurbelwelle erstreckt und durch die die Kurbelwelle drehbar gelagert ist, und zwar vorzugsweise über ein Loslager einerseits und ein Festlager andererseits. Zur Aufnahme der beiden Lager können dabei die beiden einander gegenüberliegenden Lagerwände jeweils einen Lagerstuhl ausbilden, an dem ein Lagerdeckel angebracht ist, wobei sowohl der Lagerstuhl als auch der Lagerdeckel jeweils eine halbkreisförmige Ausnehmung zur Aufnahme des jeweiligen Lagers aufweist, wodurch die Kurbelwelle drehbar an der jeweiligen Lagerwand des Antriebsgehäuses gelagert ist. Die Kurbelwelle muss somit nicht durch entsprechende Bohrungen in einander gegenüberliegenden Lagerwänden in das Antriebsgehäuse eingefädelt werden, was es entsprechend den voranstehenden Ausführungen ermöglicht, den Kurbeltrieb außerhalb des Gehäuses vorzumontieren und als Ganzes in das Antriebsgehäuse einzubringen, bevor zur Sicherung der Kurbelwelle die Lagerdeckel mit dem jeweiligen Lagerstuhl verbunden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Lagerdeckel an dem zugehörigen Lagerstuhl mittels mehrerer Zuganker gesichert sein, die sich parallel zur Hubrichtung des Kreuzkopfs vollständig durch die jeweilige Lagerwand einschließlich des zugehörigen Lagerdeckels hindurch erstrecken. Durch die Verschraubung der Lagerdeckel mittels der Zuganker wird somit das Antriebsgehäuse und insbesondere die jeweilige Lagerwand auf Druck vorgespannt, wodurch Zugkräfte, die aus der Verschraubung eines Ventilgehäuses mit dem Antriebsgehäuse resultieren können, im Wesentlichen kompensiert werden, so dass das Antriebsgehäuse im Wesentlichen frei von unerwünschten Zugspannungen ist.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der zumindest eine Kreuzkopf einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Trägerkörper aufweist, durch den sich ein Kreuzkopfbolzen hindurch erstreckt, mit dem der Pleuelkopf mittels eines Wälzlagers, vorzugsweise eines Nadellagers, gelenkig verbunden ist, wobei an dem Trägerkörper eine denselben umgebende Buchse aus einem selbstschmierenden Kunststoffmaterial befestigt ist, das beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK) als Basispolymer sowie vorzugsweise bis zu 10% Graphit und/oder bis zu 10% PTFE enthält. Es wird somit ein wartungsfreier Trockenlauf für den jeweiligen Kreuzkopf sichergestellt, so dass auch zur Schmierung der Kreuzköpfe keine Schmierölkanäle in dem Antriebsgehäuse ausgebildet werden müssen. Vielmehr verfügt der Antrieb über keinerlei ölgeschmierte Komponenten, wie dies für eine ölfreie Medienförderung bei einer hermetischen Pumpe wünschenswert ist. Der Antrieb kommt somit nicht nur im Bereich der Kurbelwelle, sondern auch im Bereich der Kreuzköpfe ohne Ölbadschmierung aus.
Da die in Rede stehende Kunststoffbuchse während des Betriebs eine nicht unwesentliche Temperaturbeanspruchung erfährt, kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform zur Kompensation von temperaturbedingten Spannungen in der Buchse vorgesehen sein, dass diese einen oder mehrere Schlitze aufweist, durch die derartige temperaturbedingte Spannungen in Wärmedehnungen umgesetzt werden können.
Gemäß einer konkreten Ausführungsform kann die Buchse beispielsweise ein erstes Ende und ein dem ersten Ende in axialer Richtung gegenüberliegendes zweites Ende aufweisen, wobei in der Buchse zumindest ein erster Schlitz, der sich ausgehend von dem ersten Ende in Richtung des zweiten Endes der Buchse erstreckt, und/oder zumindest ein zweiter Schlitz ausgebildet ist, der sich ausgehend von dem zweiten Ende in Richtung des ersten Endes der Buchse erstreckt und in Umfangsrichtung der Buchse gegenüber dem ersten Schlitz um ein Winkel von vorzugsweise 180° versetzt ist, wobei die Längserstreckung der Schlitze maximal etwa zwei Drittel der Länge der Buchse ausmacht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die in Rede stehende Buchse pendelnd auf dem Trägerkörper gelagert sein. So ist nämlich die Einheit aus Trägerkörper und Plungerkolben nach erfolgter Verschraubung des Plungerkolbens mit dem Trägerkörpers in sich starr. Diese Einheit aus Trägerkörper und Plungerkolben ist an zwei Stellen translatorisch geführt, nämlich zum einen im Bereich des Trägerköpers und zum anderen im Bereich des Plungerkolbens. Da der Kreuzkopf jedoch nicht nur punktuell, sondern flächig geführt sein soll, ist somit die Einheit aus Trägerkörper und Plungerkolben in mechanischer Hinsicht überbestimmt, was zu unerwünschten Zwängungen und Zwangsspannungen in der Einheit aus Trägerkörper und Plungerkolben während des Betriebs führen kann. Um diese mechanische Überbestimmung zu kompensieren, wird daher in die Einheit aus Trägerkörper und Plungerkolben gewissermaßen ein Gelenk eingefügt, indem die Buchse pendelnd auf dem Trägerkörper gelagert wird. Hierdurch können auch Fluchtungsfehler, die beispielsweise aus Lagertoleranzen der einzelnen Bauteile resultieren können, sowie ein etwaiger Mittenversatz ausgeglichen werden, der durch etwaiges Lagerspiel hervorgerufen werden kann.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann die Buchse gleitend in einer in dem Antriebsgehäuse befestigten Zylinderhülse geführt sein, die vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt ist. Hierdurch kann die Reibung und dadurch der Verschleiß der Buchse sowie die Temperaturbeanspruchung derselben gering gehalten werden, wodurch ein zuverlässiger und wartungsfreier Trockenlauf des Kreuzkopfes sichergestellt werden kann.
Wie bereits zuvor erwähnt, kann das Antriebsgehäuse an seiner Oberfläche Kühlrippen aufweisen, die integraler Bestandteil des Strangpressprofils sind, aus dem das Antriebsgehäuse gefertigt ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann an dem Antriebskörper zumindest ein flüssigkeitsgekühlter Kühlkörper befestigt sein, welcher zu Zwecken einer Flüssigkeitskühlung von einem Kühlmedium durchströmt werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung nun rein exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebs zeigt;
2 eine andere perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebs zeigt;
3 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Antrieb zeigt;
4 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebs ohne dessen Antriebsgehäuse zeigt;
5 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Antriebs ohne dessen Antriebsgehäuse zeigt; und
6 einen Querschnitt entlang der Schnittführung A-A gemäß 3 zeigt.

Die 1 und 2 zeigen den erfindungsgemäßen Antrieb 10 in seiner Gesamtheit in perspektivischer Darstellung aus zwei unterschiedlichen Richtungen. Der Antrieb 10 weist dabei ein Antriebsgehäuse 14 auf, welches zur Aufnahme eines Kurbeltriebs 12 dient, von dem in den 1 und 2 jedoch nur Teile der Kurbelwelle 16 sowie zwei von insgesamt drei Pleueln 18 erkennbar sind, die drehbar mit der Kurbelwelle 16 verbunden sind.
Das Antriebsgehäuse 14 ist dabei erfindungsgemäß aus einem Strangpressprofil aus einem Aluminiumwerkstoff wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt, wobei es zwei einander gegenüberliegende Lagerwände 22 ausbildet, zwischen denen sich die Kurbelwelle 16 erstreckt und durch die die Kurbelwelle 16 drehbar gelagert ist. Die Lagerwände 22 weisen dabei jeweils einen Lagerstuhl 24 sowie einen Lagerdeckel 26 auf (siehe hierzu auch die 3), die jeweils eine halbkreisförmige Ausnehmung 28 zur Aufnahme der Kurbelwelle 16 und insbesondere eines dieselbe lagerndes Lager 30, 32 aufweisen, durch das die Kurbelwelle 16 drehbar in der jeweiligen Lagerwand 22 gelagert ist. Wie dabei insbesondere der Schnittdarstellung der 3 der entnommen werden kann, ist das angetriebene Ende der Kurbelwelle 16 mittels eines Festlagers 32 und das nicht angetriebene Ende der Kurbelwelle 16 mittels eines Loslagers 30 zwischen dem jeweiligen Lagerstuhl 24 und dem zugehörigen Lagerdeckel 26 gelagert.
Die Befestigung der Lagerdeckel 26 an dem jeweiligen Lagerstuhl 24 erfolgt dabei mittels mehrerer Zuganker 34, die sich vollständig durch den jeweiligen Lagerdeckel 26 sowie die jeweils zugehörige Lagerwand 22 des Antriebsgehäuses 14 hindurch erstrecken, siehe hierzu auch die 4 und 5. Die Zuganker 34 sind paarweise durch Widerlager 36 miteinander verbunden, wobei diese Widerlager 36 mit der den Lagerdeckeln 26 gegenüberliegenden Stirnseite des Antriebsgehäuses 14 in Anlage gelangen, an dem das Ventilgehäuse (nicht dargestellt) der mittels des erfindungsgemäßen Antriebs 10 anzutreibenden Pumpe befestigt wird. An der den Widerlagern 36 gegenüberliegenden Enden werden auf die Zuganker 34 Schraubmuttern 20 aufgeschraubt, mittels derer die Lagerdeckel 26 mit dem jeweiligen Lagerstuhl 24 verspannt werden. In den Lagerwänden 22 herrschen somit ausschließlich Druckkräfte, durch die die Zugspannungen kompensiert werden können, die durch das Ventilgehäuse (nicht dargestellt) in das Antriebsgehäuse 14 über darin zu montierende Befestigungsgewinde 38 zur Aufnahme entsprechender Schraubanker eingeleitet werden können.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Antriebsgehäuse 14 aus einem Strangpressprofil gefertigt ist, was bedeutet, dass zur Aufnahme der einzelnen Komponenten des Kurbeltriebs 12, von dem in den 1 und 2 nur Teile der Kurbelwelle 16 sowie zwei Pleuel 18 erkennbar sind, gewisse Abschnitte wie beispielsweise der Raum zur Aufnahme der Kurbelwelle 16 sowie der Pleuel 18 herausgefräst werden müssen. Gleichermaßen ist es erforderlich, in dem Antriebsgehäuse entsprechende Ausfräsungen zur Aufnahme der Kreuzköpfe 40 vorzunehmen, die an den jeweiligen Pleueln 18 an dem der Kurbelwelle 16 gegenüberliegenden Ende angelenkt sind, siehe hierzu die 4, 5, 6.
Im Folgenden wird nun genauer auf die Lagerung der Pleuel 18 an der Kurbelwelle 16 eingegangen. Wie insbesondere der 3 entnommen werden kann, weist die Kurbelwelle 16 drei Hubzapfen 42 auf, von denen ein jeder von einem Wälzlager 44 umgeben ist, das von dem großen Pleuelauge 48 eines jeweiligen Pleuels 18 aufgenommen wird. Mit anderen Worten ist also der Pleuelfuß 52 eines jeden Pleuels 18 mittels eines Wälzlagers 44 gelenkig bzw. drehbar mit der Kurbelwelle 14 verbunden.
Die Wälzlager 44 sind dabei jeweils mittels Fett geschmiert, so dass keine Schmierölkanäle zur Zufuhr von Schmieröl in dem Antriebsgehäuse 14 ausgebildet werden müssen. Die Wälzlager 44 werden dabei von einer Ringnut 46 aufgenommen, die in dem großen Pleuelauge 48 ausgebildet ist. Dementsprechend ist der jeweilige Pleuel 18 als Halbschalenpleuel mit einem Pleuellagerdeckel 50 ausgebildet, der zusammen mit dem jeweiligen Pleuelfuß 52 das große Pleuelauge 48 bildet. Die die Ringnut 46 definierenden Seitenwände 53 des Pleueldeckels 50 sowie des Pleuelfußes 52 bilden dabei einen engen Spalt gegenüber dem jeweiligen Hubzapfen 42, wodurch das jeweilige Wälzlager 44 auf dem Hubzapfen 42 und insbesondere das Schmierstoffdepot desselben nach außen abgekapselt ist, so dass dieses nur bei Bedarf über einen Schmiernippel 54 am jeweiligen Pleuellagerdeckel 50 nachgefüllt werden muss.
Zur Erleichterung der Montage der einzelnen Wälzlager 44 sind diese mehrteilig ausgebildet, so dass die einzelnen Komponenten des jeweiligen Wälzlagers 44 nach und nach auf der Kurbelwelle 16 montiert werden können. Insbesondere umfasst jedes Wälzlager 44 einen Käfig 56 zur Aufnahme der einzelnen Wälzkörper 58 sowie einen Außenring 60, der von dem großen Pleuelauge 48 aufgenommen wird und auf dem die Wälzkörper 58 abrollen. Ein separater Innenring ist hingegen nicht erforderlich, da die Wälzkörper 58 direkt auf dem jeweiligen Hubzapfen 42 abrollen, wozu dieser CNC-geschliffen sein kann. Darüber hinaus weisen die Wälzlager 44 jeweils zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete und unabhängig von dem Außenring 60 handhabbare Bordscheiben 62 auf, zwischen denen sich die Wälzkörper 58 befinden und die mittels jeweils eines Befestigungselements 63 in Umfangsrichtung an dem jeweiligen Pleuellagerdeckel 50 gesichert sind.
Die Montage der Wälzlager 44 geht dabei so vonstatten, dass zunächst der Käfig 56, der Außenring 60 und die Bordscheiben 62 auf die Kurbelwelle 16 bzw. deren Hubzapfen 42 aufgefädelt werden, bevor anschließend die einzelnen Wälzkörper 58 in den Käfig 56 eingeschnappt werden. Anschließend werden dann die so vormontierten Wälzlager 44 jeweils von einem Pleuelfuß 52 und einem damit zu verschraubenden Pleueldeckel 50 umgeben, so dass anschließend der so vormontierte Kurbeltrieb 12 einschließlich der am anderen Ende der Pleuel 18 befestigten Kreuzköpfe 40 als Einheit in das Antriebsgehäuse 14 eingebracht werden kann.
Im Folgenden wird nun auf die Ausbildung des erfindungsgemäßen Antriebs 10 im Bereich der Kreuzköpfe 40 eingegangen.
Wie am besten den 3 und 5 entnommen werden kann, verfügt jeder Kreuzkopf 40 über einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Trägerkörper 64, der zur Ausführung einer Hubbewegung durch das Antriebsgehäuse 14 entsprechend den nachfolgenden Erläuterungen gelagert ist, wobei mit jedem dieser Kreuzköpfe 40 ein nicht dargestellter Plunger- bzw. Kolbensatz gekoppelt werden kann, der sich durch eine in dem Antriebsgehäuse 14 ausgebildete Aufnahmebohrung 66 bis in ein ebenfalls nicht dargestelltes Ventilgehäuse zur Förderung des zu pumpenden Mediums erstreckt. Jeder dieser Trägerkörper 64 ist mittels eines Kreuzkopfbolzens 68 an dem jeweiligen Pleuel 18 angelenkt, wozu sich der Kreuzkopfbolzen 68 einerseits durch den Pleuelkopf 70 und andererseits durch bzw. in die Wandung 72 des im Wesentlichen hohlzylindrischen Trägerkörpers 64 erstreckt, siehe insbesondere die 3. Jeder Pleuelkopf 70 nimmt dabei zwei als Nadellager ausgebildete Wälzlager 74 auf, durch die der jeweilige Kreuzkopfbolzen 68 drehbar in dem jeweils zugehörigen Pleuel 18 gelagert ist.
Wie den 3, 4 und 5 entnommen werden kann, ist jeder Trägerkörper 64 im Bereich des Kreuzkopfbolzens 68 von einer hohlzylindrischen Buchse 76 umgeben, wodurch der Kreuzkopfbolzen 68 in axialer Richtung gesichert ist. Die Buchse 76 ist dabei pendelnd auf dem Trägerkörper 64 gelagert, wodurch etwaige Zwängungen und Zwangsspannungen in der Einheit aus Trägerkörper 64 und dem damit verschraubtem Plungerkolben ausgeglichen werden können. Für die pendelnde Lagerung der Buchse 76 auf dem Trägerkörper 64, kann der Trägerkörper 64 gemäß der Darstellung der 5 an seinem Außenumfang eine umlaufende Erhebung 75 aufweisen, die nur im Bereich des Kreuzkopfbolzens 68 unterbrochen ist, so dass sich die Buchse 76 auf dem Trägerkörper 64 frei bewegen und insbesondere in allen Richtungen frei pendeln kann. Zusätzlich oder alternativ hierzu könnte auch die Buchse 76 an ihrem Innenumfang eine umlaufende Erhebung aufweisen, so dass sich die Buchse 76 auf dem Trägerkörper 64 frei bewegen und insbesondere in allen Richtungen frei pendeln kann. Damit die Buchse 76 infolge der Hubbewegung des Trägerkörpers 64 nicht von demselben abrutschen kann, ist die Buchse 76 an dem Trägerkörper 64 formschlüssig zwischen einem am Fußende der Buchse 76 ausgebildeten Flansch 78 und einem Sicherungsring 80 am anderen der Buchse 76 gesichert.
Die Buchsen 76 sind jeweils aus einem Hochleistungskunststoff und vorzugsweise aus einem Polyetheretherketon (PEEK) als Basispolymer mit einem Anteil von bis zu etwa 10% Graphit und/oder 10% PTFE gefertigt. Jede dieser Buchsen 76 ist dabei zur Ausführung der gewünschten Hubbewegung in einer Hülse 82 aus Edelstahl geführt, welche in dem Antriebsgehäuse 14 gesichert ist. Durch die Werkstoffkombination der Hülse 82 aus Edelstahl einerseits und der Buchse 76 aus einem Hochleistungskunststoff andererseits kann dabei ein wartungsfreier Trockenlauf des jeweiligen Kreuzkopfs 40 sichergestellt werden, der weder einer Fettnoch einer Ölschmierung bedarf.
Da sich die Buchsen 76 während des Betriebs des Antriebs 10 erwärmen können, und somit dazu tendieren, sich auszudehnen, weisen die Buchsen 76 an ihren einander gegenüberliegenden Enden jeweils einen Schlitz 84 auf (siehe hierzu die 3), wobei diese Schlitze 84 um 180° in Umfangsrichtung der Buchse 76 zueinander versetzt sind. Die Schlitze 84 erstrecken sich dabei in axialer Richtung der Buchse 76 in Richtung des jeweils gegenüberliegenden Endes über etwa zwei Drittel der Länge der Buchse 76, wodurch die Wärmeausdehnung der jeweiligen Buchse kompensiert werden kann.
Um die während des Betriebs des Antriebs 10 auf das Antriebsgehäuse 14 übertragene Wärme von demselben abführen zu können, kann das Antriebsgehäuse 14 an seiner Oberfläche mehrere Kühlrippen 86 aufweisen, die integraler Bestandteil des Strangpressprofils sind, aus dem das Antriebsgehäuse 14 gefertigt ist (siehe hierzu 2 und 6).
Zusätzlich oder alternativ hierzu kann an dem Antriebsgehäuse 14 ein flüssigkeitsgekühlter Kühlkörper 88 befestigt sein, welcher von einem entsprechenden Kühlmedium zu Kühlzwecken durchströmt werden kann. Darüber hinaus sind in dem Antriebsgehäuse 14 mehrere Druckentlastungsbohrungen 90 vorgesehen, über die ebenfalls Wärme von dem Kurbeltrieb 12 abgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Antrieb
12: Kurbeltrieb
14: Antriebsgehäuse
16: Kurbelwelle
18: Pleuel
20: Schraubmutter
22: Lagerwände
24: Lagerstuhl
26: Lagerdeckel
28: Ausnehmung
30: Loslager
32: Festlager
34: Zuganker
36: Widerlager
38: Befestigungsgewinde
40: Kreuzkopf
42: Hubzapfen
44: Wälzlager
46: Ringnut
48: großes Pleuelauge
50: Pleueldeckel
52: Pleuelfuß
53: Seitenwände
54: Schmiernippel
56: Käfig
58: Wälzkörper
60: Außenring
62: Bordscheiben
63: Befestigungselement
64: Trägerkörper
66: Aufnahmebohrung
68: Kreuzkopfbolzen
70: Pleuelkopf
72: Wandung
74: Nadellager
75: Erhebung
76: Buchse
78: Flansch
80: Sicherungsring
82: Hülse
84: Schlitz
86: Kühlrippen
88: Kühlkörper
90: Druckentlastungsbohrung

Claims

Antrieb (10) für eine Kolbenpumpe oder einen -kompressor, mit einem Antriebsgehäuse (14) und einem von dem Antriebsgehäuse (14) aufgenommenen Kurbeltrieb (12), der eine Kurbelwelle (16), die zur Ausführung einer Drehbewegung durch das Antriebsgehäuse (14) gelagert ist, zumindest einen Kreuzkopf (40), der zur Ausführung einer Hubbewegung durch das Antriebsgehäuse (14) gelagert ist, und zumindest einen Pleuel (18) umfasst, der an seinem Pleuelfuß (52) mit der Kurbelwelle (16) und an seinem Pleuelkopf mit dem Kreuzkopf (40) drehbar verbunden ist, wobei das Antriebgehäuse (14) aus einem Strangpressprofil gefertigt ist, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuelfuß (52) des zumindest einen Pleuels (18) mittels eines Wälzlagers (44), das vorzugsweise fettgeschmiert ist, gelenkig mit der Kurbelwelle (16) verbunden ist.
Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Pleuel (18) einen lösbar mit dem Pleuelfuß (52) verbundenen Pleuellagerdeckel (50) umfasst, der zusammen mit dem Pleuelfuß (52) ein Pleuelauge (48) bildet, das ein Wälzlager (44) aufnimmt, wobei das Pleuelauge (48) vorzugsweise eine in dem Pleuelfuß (52) und in dem Pleuellagerdeckel (50) umlaufende Ringnut (46) bildet, durch die das Wälzlager (44) in axialer Richtung gesichert ist.
Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (44) mehrere Wälzkörper (58) aufweist, die einerseits auf einem von dem Pleuelfuß (52) aufgenommenen Außenring (60) und andererseits direkt auf einem von der Kurbelwelle (16) gebildeten Hubzapfen (42) abrollen, wobei vorzugsweise das Wälzlager (44) ferner zwei in axialer Richtung der Kurbelwelle (16) voneinander beabstandete Bordscheiben (62) aufweist, zwischen denen sich die Wälzkörper (58) befinden und die unabhängig von dem Außenring (60) handhabbar sind.
Antrieb nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgehäuse (14) zwei einander gegenüberliegende Lagerwände (22) aufweist, zwischen denen sich die Kurbelwelle (16) erstreckt und durch die die Kurbelwelle (16) drehbar gelagert ist, und zwar vorzugsweise über ein Loslager (30) einerseits und ein Festlager (32) andererseits.
Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dass jede der beiden einander gegenüberliegende Lagerwände (22) einen Lagerstuhl (24) für die Kurbelwelle (16) bildet, an dem ein Lagerdeckel (26) angebracht ist, wobei sowohl der Lagerstuhl (24) als auch der Lagerdeckel (26) jeweils eine halbkreisförmige Ausnehmung (28) zur Aufnahme des Lagers (30, 32) aufweisen, durch das die Kurbelwelle (16) drehbar an der jeweiligen Lagerwand (22) des Antriebsgehäuses (14) gelagert ist.
Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Lagerdeckel (26) an dem zugehörigen Lagerstuhl (24) mittels mehrerer Zuganker (34) gesichert ist, die sich parallel zur Hubrichtung des Kreuzkopfs (40) vollständig durch die jeweilige Lagerwand (22) einschließlich des zugehörigen Lagerdeckels (26) hindurcherstrecken.
Antrieb nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kreuzkopf (40) einen zumindest bereichsweise im Wesentlichen hohlzylindrischen Trägerkörper (64) aufweist, durch den sich ein Kreuzkopfbolzen (68) hindurcherstreckt, mit dem der Pleuelkopf mittels eines Wälzlagers und vorzugsweise eines Nadellagers (74) gelenkig verbunden ist, wobei an dem Trägerkörper (64) eine denselben umgebende Buchse (76) aus einem Kunststoffmaterial befestigt ist.
Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial, aus dem die Buchse (76) gefertigt ist, Polyetheretherketon (PEEK) als Basispolymer sowie vorzugsweise bis zu 10% Graphit und/oder bis zu 10% PTFE umfasst.
Antrieb nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (76) ein erstes Ende und ein dem ersten Ende in axialer Richtung gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, wobei in der Buchse (76) zumindest ein erster Schlitz (84), der sich ausgehend von dem ersten Ende in Richtung des zweiten Endes der Buchse (76) erstreckt, und/oder zumindest ein zweiter Schlitz (84) ausgebildet ist, der sich ausgehend von dem zweiten Ende in Richtung des ersten Endes der Buchse (76) erstreckt, wobei insbesondere die Längenerstreckung der Schlitze (84) maximal etwa 2/3 der Länge der Buchse (76) beträgt.
Antrieb nach zumindest einem der Ansprüche 8, 9 und 10, dadurch g e k e n nzeich n e t , dass die Buchse (76) pendelnd auf dem Trägerkörper (64) gelagert ist.
Antrieb nach zumindest einem der Ansprüche 8, 9, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (76) gleitend in einer in dem Antriebgehäuse (14) befestigten Hülse (82) geführt ist, die vorzugweise aus Edelstahl gefertigt ist.
Antrieb nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsgehäuse (14) an seiner Oberfläche Kühlrippen (86) aufweist, die integraler Bestandteil des Strangpressprofils sind, aus dem das Antriebsgehäuse (14) gefertigt ist, und/oder an dem Antriebsgehäuse (14) zumindest ein flüssigkeitsgekühlter Kühlkörper (88) befestigt ist.
Kolbenpumpe mit einem Antrieb nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche.