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Die Erfindung betrifft Verbesserungen für Kompressoren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Kompressoren weisen einen Zylinderblock mit einer oder mehreren Zylinderbohrungen auf, in denen je ein Kolben hin und her beweglich ist. Der Kolben ist mittels eines Pleuels mit einer Kurbelwelle verbunden, die dem Antrieb des Kompressors dient. Die Zylinderbohrung ist durch einen Zylinderkopf verschlossen, wodurch zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf ein Kompressionsraum gebildet ist. Bei mehrzylindrigen Kompressoren kann ein einzelner Zylinderkopf alle Zylinderbohrungen verschließen. Um unkomprimierte Luft in den Kompressionsraum einzuleiten und komprimierte Luft aus dem Kompressionsraum herauszuleiten, weist der Zylinderkopf üblicherweise für jede Zylinderbohrung mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil auf. Zur Verbindung zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf dienen üblicherweise Schraubverbindungen, von denen für jeden Zylinder jeweils mehrere über den Umfang der Zylinderbohrung verteilt angeordnet sind, d.h. die Befestigung des Zylinderkopfes am Zylinderblock erfolgt an diskreten Punkten um die Zylinderbohrung herum. Die Schraubverbindungen können durch am Zylinderblock angebrachte Standbolzen realisiert sein, an denen der Zylinderkopf mittels Muttern verschraubt wird, oder durch Schrauben, die durch den Zylinderkopf hindurch in den Zylinderblock eingeschraubt werden.
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Probleme dieser herkömmlichen Befestigung des Zylinderkopfes am Zylinderblock bestehen darin, dass die durch die Verschraubung erzeugte Anpresskraft über den Umfang der Zylinderbohrung sehr ungleichmäßig verteilt ist. Mit zunehmendem Abstand von einer Verschraubungsstelle nimmt die Anpresskraft stark ab. Hinzu kommt, dass die Vorspannkraft der einzelnen Schrauben mit der Zunahme der betriebsbedingten Temperatur des Kompressors abnimmt. Daher müssen, um auch zwischen zwei Verschraubungsstellen und auch bei erhöhten Betriebstemperaturen an jeder Stelle eine ausreichende Flächenpressung zur effektiven Abdichtung des Kompressionsraumes zu erreichen, an den Verschraubungen viel höhere Drehmomente aufgebracht werden als bei einer gleichmäßigen Verteilung der Anpresskraft notwendig wäre. Dies wiederum zieht die Gefahr des Ausreißens der Schrauben oder der Stehbolzen aus dem Zylinderblock nach sich, wodurch gleichzeitig das im Zylinderblock vorhandene Innengewinde zerstört wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Art, einen Zylinderkopf am Zylinderblock eines Kompressors anzubringen, zu beseitigen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kompressor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorgeschlagen wird dazu ein Kompressor, der einen Zylinderblock mit einer Zylinderbohrung und einem in der Zylinderbohrung hin und her beweglichen Kolben sowie einem die Zylinderbohrung verschließenden Zylinderkopf aufweist, wobei jeder Zylinderbohrung ein eigener Zylinderkopf zugeordnet ist und der Zylinderblock und der Zylinderkopf mittels einer einzelnen Verschraubung miteinander verbunden sind, die ein die Zylinderbohrung umschließendes Gewinde aufweist.
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Eine „einzelne Verschraubung“ bedeutet dabei, dass erfindungsgemäß nicht mehr wie bisher an mehreren Punkten Schraubverbindungen angeordnet werden. Auf Stehbolzen oder Schrauben zur Befestigung des Zylinderkopfes kann daher vollständig verzichtet werden. Vielmehr ist der Zylinderkopf nur durch eine einzige Verschraubung mit dem Zylinderblock verbunden. Diese Verschraubung umfasst ein die Zylinderbohrung umschließendes Gewinde, d.h. das Gewinde der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verschraubung ist konzentrisch zur Zylinderbohrung angeordnet. Dies bedeutet, dass der Zylinderkopf selbst eine kreisrunde Außenkontur haben muss, weshalb bei dem vorgeschlagenen Kompressor auch dann, wenn dieser mehrere Zylinder aufweist, jeder Zylinderbohrung ein eigener Zylinderkopf zugeordnet ist, der gegebenenfalls für den abgedeckten Kompressionsraum das Einlassventil und das Auslassventil aufweist. Der äußere kreisringförmige Rand des Zylinderkopfes kann dabei vorteilhaft gleichzeitig als Dichtfläche genutzt werden, die - mit oder ohne einem dazwischen angeordneten Dichtring - auf eine korrespondierende kreisringförmige Dichtfläche des Zylinderblocks gepresst wird.
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Da das Gewinde in jedem Fall die Zylinderbohrung umschließt und in jeder Gestaltungsvariante einen konstanten Abstand zur Zylinderbohrung aufweist, bildet sich über den gesamten Umfang der Zylinderbohrung eine konstante Anpresskraft aus. Lokale Verformungen des Zylinderkopfes, die bei der diskreten Anordnung mehrerer Schrauben zu den beschriebenen Dichtheitsproblemen führen können, werden bei dem vorgeschlagenen Kompressor vollständig verhindert. Auch die üblicherweise verwendeten, typspezifischen und kostspieligen Zylinderkopfdichtungen können entfallen und beispielsweise durch elastische O-Ringe, d.h. standardisierte, kostengünstige und typunabhängige Massenprodukte ersetzt werden. Auch höhere Betriebstemperaturen führen nicht, wie bei herkömmlichen Kompressoren, zu Undichtigkeiten. Der vorgeschlagene Zylinderkopf ermöglicht eine besonders einfache Montage und Demontage des Kompressors. Gegenüber mehreren diskreten Verschraubungen wird zur Montage ein geringeres Anzugsmoment benötigt, das dennoch zu einer höheren Flächenpressung und somit zu einer verlässlicheren Abdichtung führt.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann der Zylinderblock ein Außengewinde aufweisen. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass der Zylinderkopf ein Innengewinde aufweist und mittels dieses Innengewindes mit dem Außengewinde des Zylinderblocks verschraubt ist. Um die Montage und Demontage zu erleichtern, kann weiter vorgesehen sein, dass der Zylinderkopf an seiner Außenseite Schlüsselflächen aufweist. Bei dieser Ausgestaltung wird der Zylinderkopf selbst bei der Montage oder Demontage gedreht, weil er selbst einen Teil des Gewindes der Verschraubung trägt.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Zylinderkopf mittels einer ein Innengewinde aufweisenden Überwurfmutter mit dem Außengewinde des Zylinderblocks verschraubt ist. Dabei steht der Zylinderkopf still und die Überwurfmutter wird relativ zum Zylinderblock gedreht. Dies hat den Vorteil, dass zwischen dem Zylinderkopf und einer zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock angeordneten Dichtung, beispielsweise einem elastischen O-Ring, keine Relativbewegung stattfindet, so dass die Dichtung bei der Montage und Demontage des Zylinderkopfs nicht auf Schub beansprucht wird. Bei dieser Ausgestaltung kann weiter vorgesehen sein, dass die Überwurfmutter an ihrer Außenseite Schlüsselflächen aufweist, welche die Montage und Demontage vereinfachen.
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In einer dritten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Zylinderblock in der Zylinderbohrung ein Innengewinde und der Zylinderkopf ein Außengewinde aufweist und der Zylinderkopf in die Zylinderbohrung eingeschraubt ist. Hierbei kann die äußere, kreisringförmige Dichtfläche des Zylinderkopfes beispielsweise mit der oberen, ebenfalls kreisringförmigen Stirnfläche einer in der Zylinderbohrung angeordneten Zylinderlaufbuchse dichtend zusammenwirken, wobei zwischen den beiden Dichtflächen wiederum eine Dichtung, beispielsweise einem elastischen O-Ring, angeordnet sein kann. Bei dieser Ausgestaltung kann weiter vorgesehen sein, dass der Zylinderkopf an seiner Außenseite Schlüsselflächen aufweist, welche die Montage und Demontage vereinfachen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen
- 1A bis 1C und 2 einen Kompressor herkömmlicher Bauart,
- 3A bis 3C und 4 einen Kompressor mit vorschlagsgemäßer Zylinderkopfbefestigung.
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Bei dem in 1A-C in drei Ansichten und in 2 in einer Längsschnittansicht des Zylinderblocks 2 und Zylinderkopfes 3 dargestellten Kompressor handelt es sich um einen Einzylinder-Kompressor, bei dem der Zylinderblock 2 einstückig mit dem Kurbelgehäuse 1 hergestellt ist. In der Gesamtansicht ist das Ende der zum Antrieb des Kompressors dienenden Kurbelwelle 11 erkennbar.
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Der Zylinderkopf 3 ist mittels mehrerer Schrauben 33 durch den Zylinderkopf 3 hindurch mit dem Zylinderblock 2 verschraubt, wofür der Zylinderblock 2 Gewindebohrungen 22 aufweist, wie aus der Längsschnittansicht in 2 ersichtlich ist. Die Schrauben 33 sind auf einem Lochkreis angeordnet, der konzentrisch zur Zylinderbohrung 21 angeordnet ist und einen größeren Durchmesser als diese aufweist. Würde es sich um einen Kompressor mit zwei oder mehr Zylindern handeln, so könnten alle Zylinderbohrungen durch einen gemeinsamen Zylinderkopf verschlossen werden.
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Aufgrund der an mehreren diskreten Punkten erfolgten Verschraubung von Zylinderkopf 3 und Zylinderblock 2 ist die Anpresskraft zwischen Zylinderkopf 3 und Zylinderblock 2 an den Verschraubungsstellen am größten und die Anpresskraft sinkt aufgrund der Elastizität der verschraubten Komponenten mit wachsendem Abstand von den Schrauben 33.
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3A-C zeigen eine beispielhafte Ausgestaltung des vorgeschlagenen Kompressors in drei Ansichten und 4 zeigt eine Längsschnittansicht von Zylinderblock 2 und Zylinderkopf 3 dieses Kompressors, bei dem anstelle einer Mehrzahl diskreter, punktförmiger Verschraubungsstellen eine einzelne Verschraubung zwischen Zylinderkopf 3 und Zylinderblock 2 realisiert ist. Auch hier handelt es sich um einen Einzylinder-Kompressor, bei dem der Zylinderblock 2 einstückig mit dem Kurbelgehäuse 1 hergestellt ist, und das Ende der zum Antrieb des Kompressors dienenden Kurbelwelle 11 ist sichtbar.
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Der Zylinderblock 2 weist an seinem oberen Ende ein Außengewinde 23 auf. Der Zylinderkopf 3 hat eine kreisrunde Außenkontur und die Unterseite bildet eine kreisringförmige Dichtfläche. Darüber befindet sich an der Außenseite des Zylinderkopfes 3 ein kreisringförmiger Sims 34. Dieser kreisringförmige Sims 34 wird von einer Überwurfmutter 4 mit einem nach innen ragenden Flansch 42 übergriffen, die ein Innengewinde 41 aufweist, das mit dem Außengewinde 23 des Zylinderblocks 2 verschraubt ist, d.h. der Zylinderkopf 3 ist mittels der Überwurfmutter 4 mit dem Außengewinde 23 des Zylinderblocks 2 verschraubt. Das Gewinde 23, 41 umschließt somit die Zylinderbohrung 21, und der Zylinderkopf 3 wird durch diese einzelne Verschraubung auf dem Zylinderblock 2 gehalten und verschließt die Zylinderbohrung 21 zur Bildung eines Kompressionsraumes.
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Durch diese einzelne, über den gesamten Umfang des Zylinderkopfes 3 gleichmäßig wirkende Verschraubung ist die Anpresskraft zwischen Zylinderkopf 3 und Zylinderblock 2 über den gesamten Zylinderquerschnitt entlang der Dichtflächen konstant.
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Würde es sich um einen Kompressor mit zwei oder mehr Zylindern handeln, so müsste jede Zylinderbohrung durch einen eigenen Zylinderkopf verschlossen werden, d.h. jeder Zylinderbohrung ist ein eigener Zylinderkopf zugeordnet.
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Die Überwurfmutter 4 weist an ihrer Außenseite Schlüsselflächen 43 zur Vereinfachung der Montage und Demontage auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kurbelgehäuse
- 11
- Kurbelwelle
- 2
- Zylinderblock
- 21
- Zylinderbohrung
- 22
- Gewindebohrung
- 23
- Außengewinde
- 3
- Zylinderkopf
- 31
- Einlassventil
- 32
- Auslassventil
- 33
- Schraube
- 34
- Sims
- 4
- Überwurfmutter
- 41
- Innengewinde
- 42
- Flansch
- 43
- Schlüsselfläche
- 5
- Kolben
