DE1775376A1 - Kolben,insbesondere fuer Kolbenverdichter - Google Patents

Description

Kolben, insbesondere für Kolbenverdichter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben mit Pleuelstange und Kugelgelenk, insbesondere für Kolbenverdichter.

Die üblichen zylindrischen Kolben, die von einer Kurbelwelle über eine Pleuelstange angetrieben werden, benötigen zwischen Pleuelstange und Kolben ein Gelenk. Sehr günstig ist hierbei ein Kugelgelenk, weil es eine allseitige Schwenkbewegung zuläßt. Es ist bekannt, ein solches Kugelgelenk im Innern eines topfförmigen Kolbens anzubringen, wobei wahlweise die Kugel ■ an der Pleuelstange und die Kugelschale am Kolben oder umgekehrt ausgebildet wird. Nachteilig ist es hierbei aber, daß über dieses Kugelgelenk oftmals erhebliche Drücke übertragen werden müssen, wodurch die kugelige lagerfläche leidet. Außer-, dem bereitet es Schwierigkelten, Kugel und Kugelschale spielfrei und trotzdem leicht beweglich aneinander zu befestigen.

Es ist ferner bekannt, den Kolben selbst als Kugel oder Kugelabschnitt auszubilden, der unmittelbar und fest mit der Pleuelstange verbunden ist. Bei dieser Konstruktion ist keine Gelenkverbindung zwischen Kolben und Pleuelstange erforderlich und demnach macht auch die Kraftübertragung keine Schwierigkeiten.

Als Nachteil ist aber anzusehen, daß nur eine Linienberührung zwischen Kugelkolben und Zylinder vorhanden ist, so daß dieser

Kolben schlecht dichtet. 209815/0416

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen von einer Pleuelstange angetriebenen Kolben anzugeben, bei dem einerseits die mit einer Gelenkverbindung verknüpften Schwierigkeiten .nicht auftreten, andererseits aber eine einwandfreie Abdichtung erzielbar ist. . ·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben zu einem erheblichen Teil durch einen fest mit der Pleuelstange verbundenen Kugelabschnitt und im übrigen durch einen -ringförmigen Gürtel gebildet ist, wobei sich die kugelförmige Außenfläche des Abschnitts und die dieser angepaßten Innenfläche des Gürtels in einer Axialrichtung zu beiden Seiten des Größtdurchmessers erstrecken, der in einer senkrecht zur Kolbenachse stehenden Ebene verläuft.

Bei dieser Konstruktion wird ein der Größe des Kugelabschnitts entsprechender Teil des Druckes unmittelbar von der Pleuelstange auf den Kolben übertragen. Nur der verbleibende Rest ■ muß über die kugelförmige Gelenkfläche geleitet werden. Diese Kugelfläche ist aber so groß, daß die verbleibenden Drücke keine übermäßigen Flächenpressungen hervorrufen- können. Die Abdichtung am Außenumfang des Kolbens bereitet keine Schwierigkeiten, da der Gürtel außen mit einer Zylinderfläche und gegebenenfalls zusätzlichen' Dichtmitteln, wie Kolbenringe, versehen werden kann. Allerdings tritt zwischen Kugelabschnitt und Gürtel eine zusätzliche Fuge auf. Die Abdichtung dieser Fugeist aber kein Problem. Denn die Kugelflächen können einander sehr genau angepaßt werden, zumal im Betrieb nur eine geringfügige Relativbewegung erfolgt; die. axiale Länge der Fuge ist größer als bei der Fuge am Außenumfang}" außerdem werden die Kugelflächen um so stärker aneinander gedrückt, je höher der abzudichtende Druck ist.

Bei der Auslegung genügt es, wenn die Kolbenteile auf der ■ der Pleuelstange abgewandten Seite der Größtdurchmesser-Ebene axial länger sind als auf der der Pleuelstange zugewandten Seite. Denn der jeweils größere Druck ist ' über die Kugel-fläche zu übertragen, die dem Zylinderkopf zugewandt ist.

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Bei der Herstellung derartiger Kolben kann man so vorgehe-ri_f daß der Kugelgürtel zunächst'nur auf. der einen Seite ae-<\ G-rößtdurchmesser-Ebene mit einer Kugelfläche -und daran anschließend mit einer Zylinderfläche versehen wird, die nach dem Aufschieben auf den Kolben nach innen gedrückt wird.

Sehr viel günstiger ist jedoch eine Konstruktion, bei der ■ der Gürtel an seiner Innenfläche zwei von einer Stirnfläche bis zur Größtdurchmesser-Ebene reichende Aussparungen von solcher Umfangserstreckung und lage aufweist, daß der Kugelabschnitt in einer außerhalb der Betriebslage befind« liehen Relativstellung in den Gürtel einschiebbar ist. Insbesondere können die Aussparungen sich an der der Pleuel- a stange zugewandten Stirnseite des Kolbens befinden.

Bei diesem Aufbau werden die'beiden Kolbenteile in einer außerhalb der Betriebslage befindlichen Relativstellung einfach ineinander geschoben, bis die Mittelpunkte der beiden Kugelflächen übereinstimmen. Bann werden·die Teile in ihre Betriebslage verschwenkt. In dieser Stellung besteht keine Möglichkeit mehr, den G-ürtel vom Kolben abzuziehen. Die Aussparungen stören im Betrieb nieht, vor allem wenn sie sich auf der dem Hubraum .abgewandten Seite befinden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen f

Figur 1 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Kolbens, te H-weise im Schnitt,

Figur 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Kolben teile bei der Montage und

Figur 3 eine Ansicht .der Kolbenanordnung in Richtung des Pfeiles A in Figur 2.

An dem einen Ende einer .Pleuelstange 1 befindet sich ein Kurbellager 2, an dem anderen Ende ist ein Kugelabschnitt mit ihr verbunden. Der Kugelabschnitt besitzt eine dem Hubraum ausgesetzte Stirnfläche 4 und eine kugelige Außenfläche

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Der Mittelpunkt dieser Kugelfläche ist so angeordnet, daß sich der Kugelabschnitt 3 zu beiden Seiten einer senkrecht zur Kolbenachse stehenden Ebene erstreckt, die durch den Kugelmittelpunkt 6 geht und daher einen Großtkreis enthält. TJm den Kugelabschnitt ist ein ringförmiger Gürtel 8 gelegt, der mit seiner Stirnfläche 9 dem Hubraum ausgesetzt ist, mit seiner zylindrischen Umfangsflache 1o längs der Zylinderwand gleitet und mit einer kugeligen Innenfläche 11 der kugeligen Außenfläche 5 dem Abschnitt 3 angepaßt ist.

Wenn sich der Mittelpunkt des Kugellagers 2 auf einer Kreisbahn bewegt und der Kolben eine axiale Hin- und Herbewegung vollführt, kann längs der Kugelflächen 5» 11 eine Gelenkbewegung zwischen dem Kugelabschnitt 3 und dem Gürtel 8 erfolgen, so daß die Umfangsflache 1o immer in einer Zylinderfläche verschoben wird. Daß die Stirnfläche 4 dabei eine leichte Neigung gegenüber der Stirnfläche 9 einnimmt, ist praktisch ohne jegliche Bedeutung.

Wenn die Anordnung als Verdichter betrieben wird, belastet der auf die Stirnfläche 4 wirkende Druck unmittelbar die Kolbenstange 1, während der auf die Stirnfläche 9 wirkende Druck über die großflächige Kugelfläche 5, .11 übertragen wird, Die Kugelflächen 5» 11 können ohne weiteres so gearbeitet sein, daß eine einwandfreie Abdichtung erfolgt. Bei einem Saughub wirüder Gürtel 8 vom Kugelabschnitt 3 mitgenommen, wobei der unterhalb der Ebene 7 befindliche Teil der Kugelflächen die Kräfte überträgt. Da' diese Kräfte aber kleiner sind als bei einem Druckhub genügt es, die beiden Kolbenteile unterhalb der Ebene 7 axial kürzer auszubilden als oberhalb dieser Ebene.

Zur Gewichtsersparnis kann der Kugelabschnitt 3 innen eine ringförmige Aussparung 12 besitzen.

Wie die Figuren 2 und 3 erkennen lassen, weist derGürtel 8 ■an seiner Innenfläche 11 zwei Aussparungen 13 auf« die sich von der der Pleuelstange zugewandten Stirae*it* 14 feie zur

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Ebene 7 erstrecken. Die Lage und Umfangserstreckunp; diener beiden Aussparungen ist no bemessen, daß der Kugelabschnitt 3 in der veranschaulichten Extremlage so weit in den Gürtel 8 geschoben werden kann, daß die Mittelpunkte 6 der beiden Kugelflachen 5, 11 aufeinander liegen.Werden dann die Knibenteile in ihre Betriebsstellung geschwenkt, können sie sich während des Normalbetriebs nicht mehr von einander lösen. Die Schwächung der kugeligen Innenfläche 11 durch die Aussparungen 13 ist im im Betrieb ohne Bedeutung, da während einesSAughubes nur sehr geringe Kräfte zu übertragen sind.

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Claims (4)

!Patentansprüche

1. Kolben mit Pleuelstange und Kugelgelenk, insbeondere für Kolbenverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zu einem erheblichen Teil durch einen fest mit der Pleuel- · stange verbundenen Kugelabschnitt und im übrigen durch einen ringförmigen Gürtel gebildet ist, wobei sich die kugelförmige Außenfläche des Abschnitts und die dieser angepaßte Innenfläche des Gürtels in Axialrichtung zu beiden Seiten des Größtdurchmessers erstrecken, der in einer senkrecht zur Kolbenachse stehenden Ebene verläuft.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenteile auf der der Pleuelstange abgewandten Seite der Größtdarchmesser-Ebene axial langer sind als auf der der Pleuelstange zugewandten Seite.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gürtel an seiner Innenfläche zwei von einer Stirnfläche bis zur Größtdurchmesser-Ebene reichende Aussparungen von socher Umfangserstreckung und Lage aufweist, daß der Kugelabschnitt in einer außerhalb der Betriebelage befindlichen Relativstellung in den Gürtel einschiebbar ist.

4. Kolben nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen sich an der der Pleuelstange zugewandten Stirnseite des Gürtels befinden.

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