DE102018119924A1

DE102018119924A1 - Hubkolbenkompressor

Info

Publication number: DE102018119924A1
Application number: DE102018119924.4A
Authority: DE
Inventors: Marcel Weiss
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2020-02-20
Also published as: EP3837439C0; WO2020035266A1; EP3837439B1; EP3837439A1

Abstract

Bei der Erfindung geht es um einen Hubkolbenkompressor, zum Anbau an und Antrieb über einen Verbrennungsmotor, umfassend ein Kurbelgehäuse, ein Trägerteil und eine Kurbelwelle die mittels einem A-Lager und einem B-Lager gegenüber dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Dabei ist zwischen Kompressor und Verbrennungsmotor das A-Lager angeordnet.Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Trägerteil zwischen A-Lager und Kurbelwellengehäuse angeordnet ist, wobei das Trägerteil im Wesentlichen in das Kurbelwellengehäuse eingeschoben ist und durch dieses zentriert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenkompressor zum Anbau an und Antrieb über einen Verbrennungsmotor. Ein derartiger Hubkolbenkompressor umfasst ein Kurbelgehäuse, ein Trägerteil und eine Kurbelwelle, die mittels einem A-Lager und einem B-Lager gegenüber dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist.
Ein derartiger Hubkolbenkompressor ist beispielsweise aus der DE 10 2009 012 214 A1 bekannt. Es handelt sich hier um einen zwei- oder mehrstufigen Verdichter zum Verdichten eines Gases. Die Kurbelwelle ist über ein erstes und zweites Lager gegenüber dem Kurbelgehäuse gelagert. Weiterhin ist ein Flansch vorgesehen der gegenüber dem Kurbelgehäuse zentriert ist und stirnseitig am Kurbelgehäuse angeschraubt ist. Zwischen Flansch und Kurbelwelle ist das zweite Lager angeordnet. Bei dieser Variante wird in Axialrichtung für den Flansch ein Bauraum benötigt, wobei dieser relativ groß sein muss, um eine Verschraubung mit dem Verbrennungsmotor zu ermöglichen.
Bekannt sind auch Kompressoren die eine zusätzliche Kupplung zwischen Kompressor und Antriebsmotor aufweisen. Aus der DE 10 2009 018 842 A1 ist ein derartiger Kompressor bekannt, bei dem die Kupplungseinrichtung an dem Kompressorgehäuse angeordnet ist und zumindest mit einem wenigstens ein Koppelmittel beinhaltenden Bereich aus dem Gehäuse des Kompressors hinausragt. Durch die Kupplung wird der benötigte Bauraum in Axialrichtung weiter vergrößert, so dass derartige Kompressoren meist zu lang sind um in einen vorgegebenen Bauraum montiert werden zu können.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, einen Aufbau für einen Hubkolbenkompressor vorzuschlagen der mit und ohne Kupplung einen möglichst kleinen Bauraum in Axialrichtung benötigt und einfacher aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
Bei der Erfindung geht es um einen Hubkolbenkompressor, zum Anbau an und Antrieb über einen Verbrennungsmotor, umfassend ein Kurbelgehäuse, ein Trägerteil und eine Kurbelwelle die mittels einem A-Lager und einem B-Lager gegenüber dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Dabei ist zwischen Kompressor und Verbrennungsmotor das A-Lager angeordnet.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Trägerteil zwischen A-Lager und Kurbelwellengehäuse angeordnet ist, wobei das Trägerteil im Wesentlichen in das Kurbelwellengehäuse eingeschoben ist und durch dieses zentriert wird. Durch das Einschieben in das Kurbelwellengehäuse wird der Aufbau und die Montierbarkeit verbessert. So werden beispielweise die Fluchtungstolleranzen zwischen den Lager A und B verringert. Des Weiteren hat das Trägerteil hat keinen Flansch mehr, über den der Kompressor in StdT mit dem Motor verbunden wurde. Das Trägerteil braucht nun nur noch gegen Verdrehen mit dem Kurbelwellengehäuse verschraubt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass für die Kopplung zwischen Verbrennungsmotor und Hubkolbenkompressor ein Zentrieransatz und eine Flanschverbindung am Kurbelwellengehäuse vorgesehen sind. Das Kurbelwellengehäuse kann so direkt am Verbrennungsmotor angeflanscht werden. Es ist nur noch eine Dichtung zwischen Kompressor und Antriebsmotor notwendig.
In einer Ausführung kann zwischen Kurbelwelle und Trägerteil eine schaltbare Kupplung angeordnet sein, mittels der eine Antriebsleistung von einem auf der Kurbelwelle drehbar gelagerten Antriebsrad auf die Kurbelwelle übertragbar ist.
Dabei sind die Primärseite der Kupplung mit dem Antriebsrad, z.B. Zahnrad und die Sekundärseite der Kupplung mit der Kurbelwelle drehfest gekoppelt. Vorzugsweise ist die Kupplung im nicht betätigten Zustand in der Schließstellung, so dass der Kompressor angetrieben wird. So wird sichergestellt, dass der Kompressor nur abgestellt wird, wenn dies aktiv beabsichtigt ist.
Die Kupplung kann beispielsweise einen pneumatisch betätigbaren Zylinder umfassen, der über einen Steuerluftanschluss im Kurbelwellengehäuse mit Druckluft versorgbar ist. Der Steuerluftkanal verläuft durch das Kurbelwellengehäuse und das Trägerteil, wobei eine winkelig zur Drehachse verlaufende Trennebene zwischen Kurbelwellengehäuse und Trägerteil vorgesehen ist. Durch die winklige Anordnung der Trennebene erhält man eine einfach zu dichtende Nahtstelle zwischen den Bauteilen, die mittels eines einfachen O-Rings abgedichtet werden kann und die gleichzeitig eine kostengünstige Fertigung erlaubt.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Kurbelwellengehäuse als Gußteil ausgeführt, das in Axialrichtung gesehen B-Lagerseitig geschlossen ausgeführt ist, wobei ein Schmierölanschluss vorgesehen ist über den das B-Lager mit Schmieröl versorgbar ist. B-Lagerseitig entfällt damit der Lagerdeckel wie er im StdT üblich ist.
Zur Sicherstellung der Lagerschmierung wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Schmierölanschluss über das B-Lager mit einem durch die Kurbelwelle verlaufenden Schmierölkanal verbunden ist, über den das A-Lager, die Kupplung und weitere Lagerstellen des Hubkolbenkompressors mit Schmieröl versorgbar sind. Die weiteren Lagerstellen sind beispielsweise die Pleuellager.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Kurbelwellenraum des Kurbelwellengehäuses über Verbindungskanäle im Trägerteil mit dem Ölraum des Verbrennungsmotors verbindbar ist, so dass überschüssiges Öl in den Motorölsumpf zurückfließen kann.
Weiterhin wird ein Schmierölkreislauf durch einen Hubkolbenkompressor wie oben beschrieben vorgeschlagen bei dem eine Vorrichtung vorgesehen ist, mittels der Schmieröl über den Schmierölanschluss und das B-Lager in den Schmierölkanal pumpbar ist, wobei jede Lagerstelle des Kompressors von einem Teilölstrom durchflossen wird, wobei sich die Teilströme im Kurbelwellengehäuse nach dem durchströmen der Lagerstellen sammeln und über die Verbindungskanäle im Trägerteil in den Motorölsumpf zurückgeführt werden.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.
Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 Ansicht auf den Anschlussflansch des Kompressors
2 Schnitt B-B durch den Kompressor im Bereich der Kurbelwelle
3 Schnitt A-A durch den Kompressorflanschbereich

1 zeigt eine Ansicht des Hubkolbenkompressors in Richtung des Anschlussflansches. Zu sehen ist der Zylinderkopf 4 das Kurbelgehäuse 5, mit dem Zylinderbereich oben und dem Kurbelwellenbereich unten. Über den Kompressorflansch 19, der einstückig mit dem Kurbelwellengehäuse 5 ausgeführt ist, wird der Kompressor 1 an den Motorgehäuse befestigt.
2 zeigt die Schnittdarstellung mit dem Schnittverlauf B-B durch den Kompressor 1 im Bereich der Kurbelwelle. Das Kurbelwellengehäuse 5 ist als Gußteil ausgeführt, wobei dieses B-Lagerseitig 11 geschlossen ausgeführt ist. A-Lagerseitig 12 ist das Trägerteil 13 in dem Kurbelwellengehäuse 5 angeordnet, wobei das Trägerteil 13 in das Kurbelwellengehäuse 5 eingeschoben und mit diesem verschraubt ist. Das Trägerteil kann mit und ohne die Kupplung 16 und dem dazugehörigen Betätigungszylinder 15 ausgeführt sein, je nachdem ob der Kompressor 1 schaltbar oder nichtschaltbar ausgeführt sein soll.
Die Art der Ausführung des Trägerteils 13 ermöglicht einen flexiblen Einsatz, der es beispielsweise auch erlaubt, dass unterschiedliche Kurbelwellengehäuseausführungen mit der gleichen Kupplungseinheit 16 im Trägerteil 13 kombiniert werden können.
So kann eine vorgefertigte Baueinheit aus Trägerteil 13 und Kupplung 16 einfach auf die Kurbelwelle 8 aufgesteckt, in das Kurbelgehäuse geschoben und zur axialen und radialen Fixierung verschraubt werden.
Die Lagerung der Kurbelwelle 8 erfolgt über das B-Lager direkt gegenüber dem Kurbelwellengehäuse 5 und auf der Trägerteilseite über das A-Lager 12 welches in dem Trägerteil 13 angeordnet ist. Das Trägerteil ist über eine Passung im Kurbelwellengehäuse 5 zentriert und ist vollständig innerhalb des Kurbelwellengehäuses 5 angeordnet.
Weiterhin ist der Schmierölkreislauf aus 2 zu erkennen. Das notwendige Schmieröl wird von einer hier nicht dargestellten Vorrichtung bzw. Pumpe, vorzugsweise aus dem Ölsumpf des Antriebsmotors, zum Schmierölanschluss 10 am Kurbelwellengehäuse 5 gepumpt. Von dort gelangt es über das B-Lager 11 in den Schmierölkanal 9.1 bis 9.6. Über den Schmierölkanal 9.1 bis 9.6 gelangt an alle Lagerstellen ein Teilölstrom, der die Lager mit Öl versorgt bzw. diese durchströmt, wobei sich die Teilölströme im Kurbelwellengehäuse wieder sammeln und über die Verbindungskanäle 21 im Trägerteil 13 in den Motorölsumpf zurückgeführt werden.
Da sich durch den B-Lagerseitigen geschlossenen Aufbau des Kurbelwellengehäuses 5 eine Kammer 28 zwischen Kurbelwellengehäuse 5 und Kurbelwelle 8 bildet ist es notwendig, dass ein Ölabflusskanal 29 vorgesehen wird. Dieser lässt sich durch den vorteilhaften Gehäuseaufbau sehr einfach über die Zylindermontageöffung 6 bohren.
3 zeigt den Schnitt A-A durch den Kompressorflanschbereich. Aus dieser Darstellung ist zu erkennen wie der Betätigungszylinder 15 zur Betätigung der Kupplung 16 angesteuert wird. Über den Steuerluftanschluss 14 und den Steuerluftkanal 25 gelangt Druckluft in den Zylinderraum des Betätigungszylinders 15, wenn dieser in die Offenstellung bewegt werden soll. Liegt keine Druckluft an ist die Kupplung 15 geschlossen und der Kompressor 1 wird angetrieben.
Der Steuerluftkanal 25 verläuft durch das Kurbelwellengehäuse 5 und das Trägerteil 13, wobei eine winkelig zur Drehachse verlaufende Trennebene zwischen Kurbelwellengehäuse 5 und Trägerteil 13 vorgesehen ist. Die Trennstelle lässt sich mittels einer einfachen O-Ring Dichtung abdichten. Die Verschlussschraube 22a verschließt den Steuerluftkanal 25, der durch seinen schrägen Verlauf sehr einfach zu fertigen ist.
Auch der Schmierölkanal 9.1 bis 9.6 ist ebenfalls auf der Motoranschlussseite mittels einer Verschlussschraube 22b verschlossen.
Durch den beschriebenen Aufbau ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass der Aufbau wesentlich vereinfacht wird und die Herstellungskosten reduziert werden können. Weiterhin reduziert sich das Gewicht, da durch den einfachen Aufbau zusätzliche Flansche wegfallen, wie der Trägerteilflansch und der B-Lagerdeckelflansch.
Bezugszeichenliste

1: Hubkolbenkompressor
2: erste Verdichterstufe
3: zweite Verdichterstufe
4: Zylinderkopf
5: Kurbelgehäuse
6: Verschlussdeckel - Zylindermontageöffnung
7: Pleuel
8: Kurbelwelle
9.1-9.6: Schmierölkanal
10: Schmierölanschluss
11: B-Lager
12: A-Lager
13: Trägerteil
14: Steuerluftanschluss
15: Betätigungszylinder
16: Kupplung
17: Dichtung
18: Flanschverschraubung
19: Kompressorflansch
20: Zahnrad
21: Verbindungskanäle
22a, b: Verschlussstopfen
24: Zylinder
25: Steuerluftkanal
26: Trennebene
27: Zentrieransatz
28: Kammer
29: Ölabflusskanal
30: Ölraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009012214 A1 [0002]
DE 102009018842 A1 [0003]

Claims

Hubkolbenkompressor (1), zum Anbau an und Antrieb über einen Verbrennungsmotor, umfassend ein Kurbelgehäuse (5), ein Trägerteil (13) und eine Kurbelwelle (8) die mittels einem B-Lager (11) und einem A-Lager (12) gegenüber dem Kurbelgehäuse (5) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (13) zwischen A-Lager (12) und Kurbelwellengehäuse (5) angeordnet ist, wobei das Trägerteil (13) im Wesentlichen in das Kurbelwellengehäuse (5) eingeschoben ist und durch dieses zentriert wird.
Hubkolbenkompressor (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass für die Kopplung zwischen Verbrennungsmotor und Hubkolbenkompressor (1) ein Zentrieransatz (27) und eine Flanschverbindung (19) am Kurbelwellengehäuse (5) vorgesehen sind.
Hubkolbenkompressor (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kurbelwelle (8) und Trägerteil (13) eine schaltbare Kupplung (16) angeordnet ist, mittels der eine Antriebsleistung von einem auf der Kurbelwelle (8) drehbar gelagerten Antriebsrad (20) auf die Kurbelwelle (8) übertragbar ist.
Hubkolbenkompressor (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (16) einen pneumatisch betätigbaren Zylinder (24) umfasst, der über einen Steuerluftanschluss (14) im Kurbelwellengehäuse (5) mit Druckluft versorgbar ist, wobei ein Steuerluftkanal (25) durch das Kurbelwellengehäuse (5) und das Trägerteil (13) verläuft, wobei eine winkelig zur Drehachse verlaufende Trennebene (26) zwischen Kurbelwellengehäuse (5) und Trägerteil (13) vorgesehen ist.
Hubkolbenkompressor (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelwellengehäuse (5) als Gußteil ausgeführt ist, das in Axialrichtung B-Lagerseitig geschlossen ausgeführt ist, wobei ein Schmierölanschluss (10) vorgesehen ist über den das B-Lager (11) mit Schmieröl versorgbar ist.
Hubkolbenkompressor (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierölanschluss (10) über das B-Lager (11) mit einem durch die Kurbelwelle (8) verlaufenden Schmierölkanal (9.1 bis 9.6) verbunden ist, über den das A-Lager (12), die Kupplung (16) und weitere Lagerstellen des Hubkolbenkompressors (1) mit Schmieröl versorgbar sind.
Hubkolbenkompressor (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwellenraum (30) des Kurbelwellengehäuses (5) über Verbindungskanäle (21) im Trägerteil (13) mit dem Ölraum des Verbrennungsmotors verbindbar ist, so dass überschüssiges Öl in den Motorölsumpf zurückfließen kann.
Schmierölkreislauf durch einen Hubkolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das eine Vorrichtung vorgesehen ist, mittels der Schmieröl über den Schmierölanschluss (10) und das B-Lager (11) in den Schmierölkanal (9.1 bis 9.6) pumpbar ist, wobei jede Lagerstelle von einem Teilölstrom durchflossen wird, wobei sich die Teilölströme im Kurbelwellengehäuse (5) wieder sammeln und über die Verbindungskanäle (21) im Trägerteil (13) in den Motorölsumpf zurückgeführt werden.