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Zweizylinder-Kolbenkompressor, insbesondere für hermetisch gekapselte
Kältemaschinen Die Erfindung betrifft einen insbesondere für hermetisch gekapselte
Kältemaschinen bestimmten Zweizylinder-Kolbenkompressor, dessen aus einem Stück
bestehender und mit einem Kreuzkopf für den Gleitstein versehener Doppelkolben in
einem zweiteiligen Zylindergehäuse angeordnet und von einer senkrecht zur Kolbenachse
angeordneten, mit einem Exzenterzapfen versehenen Antriebswelle über den Gleitstein
angetrieben ist. Bei diesen bekannten Zweizylinder-Kolbenkompressoren treten insofern
Schwierigkeiten auf, als es fertigungstechnisch nur sehr schwer möglich ist, die
Einheit Kolben-Zylinder exakt auszufluchten. so daß die Gleiteigenschaften des Doppelkolbens
unter Umständen beträchtlich verschlechtert werden und es zu Kolbenverreibungen
kommen kann. Die Fluchtungsungenauigkeiten können dabei in jeder beliebigen, durch
die gemeinsame Kolben-Zylinder-Achse gelegten Ebene liegen.
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Um diese Fluchtungsungenauigkeiten möglichst zu verringern, ist man
dazu übergegangen, nicht nur den Doppelkolben, sondern auch das Zylindergehäuse
aus einem Stück herzustellen. Um nun bei diesen bekannten Ausführungen den Doppelkolben
in die entsprechenden Zylinderbohrungen des einstückigen Zylindergehäuses einführen
zu können, mußte der Doppelkolben durchgehend zylindrisch ausgebildet werden und
auf die für eine gute Führung und Lagerung des Gleitsteins notwendige, vorzugsweise
in der Mitte des Kolbens vorgesehene Erweiterung (genannt Kreuz-1<opf oder Kulissen-
bzw. Gleitsteinführung) verzichtet werden. Es hat daher der Gleitstein im Kolben
eine viel zu kleine Führungsfläche, so daß schon nach kurzer Laufzeit der Gleitstein
im Kolben unzulässig großes Spiel bekommt. Aber auch der Kolben wird an der Stelle
der Durchbrechung für den Gleitstein stark geschwächt und durch die im Betrieb auftretende
Beanspruchung und Erwärmung leicht verzogen.
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Man kann daher bei solchen Ausführungen, da ent-"prechend dem Hubbereich
des Gleitsteins auch der liolben und damit der Zylinder einen bestimmten Durchmesser
aufweisen müssen, über eine untere Grenze hinsichtlich des Kolben- bzw. Zylinderdurchmessers
nicht hinausgehen, was sich besonders beim Bau von Kleinkompressoren sehr nachteilig
auswirkt. Man arbeitet ferner beim modernen Kompressorbau zwecks Leistungssteigerung
mit relativ hohen spezifischen Gasdrücken, und demgemäß muß auch der Exzenterzapfendurchmesser,
der ja bei der Dimensionierung des Kolbens ebenfalls mitberücksichtigt werden muß,
so gewählt werden, daß der Zapfen den Gegendruck im Zylinder überwinden kann und
damit eine ausreichende Kompression im Zylinder erreicht wird.
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Der Vorteil des guten Fluchtens von Kolben und Zylinder bei in einem
einstückigen Zylindergehäuse gelagertem und durchgehend zylinderförmig ausgebildetem
Doppelkolben wird daher von der Schwierigkeit bei weitem aufgewogen, daß der Gleitstein
und der Exzenterzapfen der Antriebswelle nicht genügend stark ausgebildet werden
können. Es wird daher schon nach verhältnismäßig kurzer Laufzeit die Bohrung für
den Gleitstein im Kolben ausgeschlagen, wodurch es zu Vibrationen und Geräuschbildungen
kommt, die insbesondere bei Kühlschrankkompressoren untragbar sind.
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Aus diesem Grunde haben sich in der Praxis nur jene Zweizylinder-Kolbenkompressoren
bewährt, deren einstückige Doppelkolben einen verhältnismäßig kräftig ausgebildeten
Kreuzkopf aufweisen. Um aber bei solchen Ausführungen das durch die Ausbildung des
Zylindergehäuses aus einem Stück gegebeneFluchten von Kalben und Zylinder nicht
preisgeben zu müssen, ist man dazu übergegangen, in das einstückige Zylindergehäuse
zwei Zylinderbüchsen einzusetzen. Bei diesen bekannten Ausführungen besteht das
Wellenlager nicht mit dem nach oben offenen.Zylindergehäuse, sondern mit einer Zwischenplatte
aus einem Stück, so daß vor dem Aufsetzen der Zwischenplatte auf das Zylindergehäuse
der Doppelkolben von oben her in das Innere des Zylindergehäuses eingebracht und
dann die Zylinderbüchsen durch ihre Öffnungen im Zylindergehäuse hindurchgeführt
sowie über die zylinderförmigen Enden des Doppelkolbens geschoben werden müssen.
Gemäß
einer weiteren bekannten Anordnung wird das Einbringen des mit einem kräftig ausgebildeten
Kreuzkopf versehenen Doppelkolbens in das einteilige Zylindergehäuse auch bei dessen
geschlossener Ausbildung dadurch ermöglicht, daß die Zylinderbüchsen mit einem so
großen Durchmesser ausgebildet werden, daß die für sie im Zylindergehäuse vorgesehenen
Ausnehmungen das Hindurchführen des Doppelkolbens samt Kreuzkopf gestattet. Bei
einer Weiterentwicklung dieser Kompressorbauart sind für den Fall einer besonders
großen Abmessung des Kreuzkopfes außer den überdimensionalen Zylinderbüchsen auch
noch Aussparungen in sogenannten Zylinderaufnahmen für den Einbau des Doppelkolbens
vorgesehen. Da auch diese Bauweise nicht entsprochen hat, ist vorgeschlagen worden,
die Zylinderaufnahmen für die beiden ungeteilten Zylinder aus je zwei Teilen auszubilden.
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Alle diese mit Zylinderbüchsen ausgestatteten Zweizylinderkompressoren
weisen jedoch die Schwierigkeit auf, daß nicht nur die Zylinderbüchsen, sondern
auch die für das exakte Fluchten maßgeblichen Zentrierflächen im Zylindergehäuse
bzw. in den Zylinderaufnahmen genau bearbeitet werden müssen. Abgesehen davon. daß
die Bearbeitung so vieler Paßflächen teuer ist, wird durch die Vielzahl solcher
Paßflächen auch die Möglichkeit von Fluchtungsungenauigkeiten bei der Montage erhöht.
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Um nun bei Zweizylinderkompressoren mit einstückigem Doppelkolben
und vollkommen geschlossener Ausbildung des Zylindergehäuses auch ohne Zylinderbüchsen
bzw. auch bei `"erwendung von nicht überdimensionierten Zvlinderbfichsen den Einbau
des Doppelkolbens in das Zylindergehäuse durchführen zu können. hat man das Zvlindergebäuse
zweiteilig ausgeführt, und zwar wurde diese Teilung des Zylindergehäuses nach bekannten
Vorschlägen in einer zur Kolbenlängsachse senkrechten Ebene vorgenommen, wobei jeder
Gehäuseteil aus einem Zylinder, einem sogenannten Befestigungslappen und zwei Winkelstücken
besteht, durch welche die beiden Gehäuseteile mittels Paßschrauben od. dgl. miteinander
verbunden werden. Dadurch, daß die Zylinder beider Gehäuseteile gemeinsam gebohrt
und fertig bearbeitet werden, ist die Gewähr gegeben, daß die Zylinder, auch wenn
die Gehäuseteile nach einer Trennung zusammengeschraubt werden, fluchtend zueinander
bleiben.
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Diese senkrecht zur Kolbenlängsachse vorgenommene Teilung des Zylindergehäuses
weist jedoch die Schwierigkeit auf, daß die die beiden Gehäuseteile miteinander
verbindenden Paßschrauben, um den Kurbelschleifenantrieb nicht zu behindern, verhältnismäßig
weit entfernt von der Kolbenlängsachse angeordnet werden müssen und daher ungünstig
beansprucht werden. Die hohe Beanspruchung der Paßschrauben ergibt sich nämlich
daraus, daß die aus den Kompressordrücken resultierenden Kräfte fast ausschließlich
in der Kolbenlängsachse wirksam sind. Der höchste Kompressionsdruck wird erst gegen
Ende des Kolbenhubes erreicht, wo als wirksame Druckflächen sich der Kolbenboden
und die entsprechende Fläche der Ventilplatte nahe gegenüberstehen, während die
die seitliche Begrenzung des Druckraumes bildende Zylinderfläche gegen Ende des
Kolbenhubes bereits auf eine sehr kleine Kreisringfläche reduziert ist, so daß die
senkrecht zur Kolbenlängsachse wirksamen Kräfte klein sind gegenüber jenen, die
in der Kolbenlängsachse wirken. Da der Abstand (Hebelarm) von der Kolbenlängsachse
zu den Paßschrauben bei senkrecht zur Kolbenlängsachse vorgenommener Zvlirdergehäuseteilung
verhältnismäßig groß ist, ergibt sich ein großes Drehmoment und damit eine sehr
hohe Beanspruchung der Paßschrauben. Besonders bei Ölschlägen können extrem hohe
Drücke auftreten, die dann eine Deformation der Schrauben und damit Fluchtungsungenauigkeiten
zwischen Kolben und Zylinder hervorrufen. Die geringsten Fluchtungsungenauigkeiten
verursachen aber erhöhte Reibung des Kolbens in den Zylindern, was schon nach kurzer
Laufzeit zum Verreiben des Kolbens und damit zum gänzlichen Ausfall des Kompressors
führen kann.
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Die Kompressoren mit senkrecht zur Kolbenlängsachse geteiltem Zylindergehäuse
weisen aber noch die weitere Schwierigkeit auf, daß die bei kleinen Kompressortypen
übliche einteilige Ausbildung von Wellenlager bzw. Statorgehäuse mit dem Zylindergehäuse
sich weder herstellungs- noch fertigungsmäßig auf zufriedenstellende Art und Weise
lösen läßt. So müßten nämlich bei einteiliger Ausbildung des Wellenlagers mit dem
Zylindergehäuse auch noch entlang des geteilten Wellenlagers mehrere Paßschrauben
angeordnet werden, die aber platzmäßig nur schwer unterzubringen sind, da der im
Oberteil der Kapsel verfügbare Raum bereits durch den Rotor stark eingeschränkt
ist.
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Demgegenüber werden durch die Erfindung die Schwierigkeiten dadurch
behoben, daß das Zylindergehäuse des Kolbenkompressors in einer in der Längsachse
des Doppelkolbens, vorzugsweise senkrecht zur Achse der Antriebswelle gelegenen
Ebene in die zwei Gehäuseteile geteilt ist. Dies ergibt den Vorteil, daß die die
beiden Zylindergehäuseteile verbindenden Paßschrauben od. dgl. verhältnismäßig schwach
dimensioniert werden können, da die senkrecht zur Kolbenlängsachse wirksamen Kompressionskräfte,
aus den bereits angeführten Gründen, klein sind gegenüber den in der Kolbenlängsachse
wirkenden Kräften. Auch kommen die Köpfe der Paßschrauben od. dgl. am Zylindergehäuse
an Stellen zu liegen, wo für sie in der Kapsel genügend Platz vorhanden ist.
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Außerdem ist durch die erfindungsgemäße Teilung des Zylindergehäuses
der Vorteil gegeben, daß die beiden Gehäuseteile auch durch die Zylinderdeckel,
und zwar über deren Befestigungsschrauben miteinander verbunden werden können.
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Ferner ist es nach der Erfindung leicht möglich, das Wellenlager und/oder
das Statorgehäuse mit dem die eine Hälfte der Gleitbahn des Kolbens bildenden Gehäuseteil
aus einem Stück herzustellen; auch der andere, die übrige Hälfte der Kolbengleitbahn
bildende Gehäuseteil, der lediglich die Funktion und auch das Aussehen eines Lagerdeckels
besitzt, ist gußtechnisch einfach herzustellen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist darin zu erblicken, daß das Fluchten von Kolben und Zylinder, mindestens aber
deren Parallelität selbst dann noch gewährleistet ist, wenn ein Nachlassen der Spannung
der ohnedies nur schwach beanspruchten Paßschrauben od. dgl. eintreten sollte. Es
weist nämlich jeder erfindungsgemäße Gehäuseteil nur die Hälfte der Zylinderflächen
der beiden Zylinder auf; bei senkrecht zur Kolbenachse geteiltem Zylindergehäuse
hingegen besitzt jeder Gehäuseteil einen ungeteilten Zylinder, dessen Achse sich
somit unabhängig von der Achse des anderen Zylinders und damit auch in bezug auf
die Kolbenachse etwas verschieben bzw. verdrehen kann, wie dies beispielsweise durch
einseitiges Anziehen der Paßschrauben bzw. bei ungleichmäßigem Nachlassen der Schraubenspannung
im Betrieb der Fall sein kann.
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Als weiterer Vorteil der Erfindung sei noch die einfache, schnelle
und daher billige Herstellung und
Fertigung der Gehäuseteile erwähnt,
die mit nur wenigen Befestigungs- bzw. Paßschrauben und Paßstiften oder -hülsen
starr miteinander verbunden werden und deren Zylinder, auch nach mehrmaliger Trennung,
immer genau fluchtend bleiben. Um die gegenseitige Zentrierung und Befestigung der
Gehäuseteile noch zu erhöhen, kann gegebenenfalls die Ventilplatte bzw. der Zylinderdeckel
mittels einer Ringstufe die Enden der Gehäuseteile übergreifen.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beschrieben,
die in Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Zylindergehäuses zeigt, dessen Einzelteile der besseren Übersichtlichkeit halber
in auseinandergezogener Lage dargestellt sind; Fig.2 und 3 zeigen je ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in senkrechten, zum Teil zueinander versetzten Schnitten.
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Wie insbesondere aus Fig. 1 deutlich hervorgeht, ist das erfindungsgemäße
Zylindergehäuse in einer in der Kolbenlängsachse a-a gelegenen, durch die Kolbenmitte
1T des Doppelkolbens 8 hindurchgehenden und senkrecht zur Achse b-b der Antriebswelle
1 (Fig. 2 und 3) gelegenen Ebene in zwei Gehäuseteile 2, 3 geteilt. Die beiden Gehäuseteile
2, 3 umgeben schalenförmig den Doppelkolben 8 und bilden so im zusammengeschraubten
Zustande die Zylinder, in denen die zylinderförmigen, zu beiden Seiten des Kreuzkopfes
8' angeordneten Enden 8" des Doppelkolbens 8 gleiten. Die beiden Gehäuseteile 2,
3 werden, nachdem sie an ihren aneinanderliegenden Flächen genau bearbeitet worden
sind, durch Befestigungsschrauben 15 und Paßschrauben oder -hülsen 16 miteinander
verbunden, wie dies insbesondere auf der linken Seite der Fig. 2 und 3 in einer
durch die Schrauben und Paßstifte hindurchgehenden Schnittfläche gezeigt ist. Die
solcherart miteinander verbundenen Gehäuseteile 2, 3 werden gemeinsam gebohrt und
fertig bearbeitet, so daß die Achsen der beiden Zvlinder exakt miteinander fluchten
und damit auch das Fluchten der Längsachse des Doppelkolbens 8 mit den Zylinderachsen
gewährleistet ist. Die beiden Gehäuseteile 2, 3 sind durch die Befestigungsschrauben
21 der Zylinderdeckel 10 auch noch zusätzlich miteinander verbunden, wobei gegebenenfalls
- wie dies in Fig. 3 auf der rechten Seite eingezeichnet ist - auch noch eine weitere
gegenseitige Zentrierung und Befestigung der Gehäuseteile dadurch möglich ist, daß
die Ventilplatte 9 mittels einer Ringstufe 9' die Enden der Gehäuseteile 2, 3 übergreift.
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Die Zentrierung der beiden Gehäuseteile 2, 3 kann auch mittels eines
an der Ventilplatte 9 vorgesehenen Ansatzes 9" durchgeführt werden, wie dies auf
der rechten Seite der Fig. 2 ersichtlich ist.
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Der Gehäuseoberteil 2 kann gemäß der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen
Ausführungsform mit dem Wellenlager 4 aus einem Stück bestehen. Es könnte natürlich
an Stelle des Wellenlagers 4 auch der Kompressortragring 11 mit dem oberen Gehäuseteil
2 einstückig ausgebildet werden; ebenso ist es möglich, sowohl das Wellenlager 4
als auch den Tragring 11 mit dem oberen Gehäuseteil 2 aus einem Stück herzustellen.
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Aus Fig.3 geht hervor, daß es keine Schwierigkeiten bereitet, außer
dem Wellenlager 4 auch das Statorgehäuse 6 mit dem oberen Gehäuseteil 2 gemeinsam
auszubilden. Während nach Fig. 2 die gasdichte Kapsel 12 mit ihrem Ober- und Unterteil
12', 12" am Tragring 11 befestigt ist, ist gemäß Fig. 3 der Oberteil 12' mit dem
Unterteil 12" verschweißt. Innerhalb dieser zusammengeschweißten Kapsel 12 ist der
Kompressor in bekannter Weise durch Federn 20 abgestützt. Der Gehäuseunterteil 3
weist in der Mitte eine Öffnung 19 auf, durch die das Ölzuführungsrohr 17 hindurchtreten
kann, um das im Unterteil 12" der Kapsel 12 befindliche Öl zu den einzelnen Schmierstellen
zu fördern. Am unteren Rand der Öffnung 19 ist ein Ölsieb 18 befestigt. Die Ausbildung
der Antriebswelle 1 mit Exzenterzapfen 6 sowie des Gleitsteins 7 im Kreuzkopf 8'
des Doppelkolbens 8 kann in der bei Kurbelschleifenantrieben üblichen Art erfolgen;
auch der aus Rotor 13 und Stator 14 bestehende Elektromotor ist in an sich bekannter
Weise ausgebildet und im Oberteil 12' der Kapsel 12 angeordnet.