DE2248137B2

DE2248137B2 - Kurbelschleifengetriebe für Kolbenkompressoren

Info

Publication number: DE2248137B2
Application number: DE19722248137
Authority: DE
Inventors: Walter 2105 Seevetal Franke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-30
Filing date: 1972-09-30
Publication date: 1979-05-31
Also published as: SE410493B; JPS5310684B2; DE2265116A1; DE2248137A1; DE2265119A1; GB1455134A; DE2265117A1; DD109251A1; FR2201723A5; DE2248137C3; JPS49133910A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelschleifengetriebe für Kolbenkompressoren mit schräg zur Kolbenachse angeordneter Gleitsteinführung.

Ein Kurbdschleifengetriebe der eingangs angegebenen Art ist insbesondere aus der US-PS 17 10 721 bekannt Die Gleitsteinführung ist dort unmittelbar im Kolben und schräg zur Kolbenachse angeordnet Der Zweck dieser Anordnung liegt darin, am oberen Totpunkt eine Kraftkomponente in einer Drehrichtung in Richtung Saughub zu erzeuger. Außerdem ergibt sich dadurch in der einen Drehrichtung ein längerer und in der anderen Richtung ein kürzerer Saughub bzw. ein kürzerer oder längerer Kompressionshub. Insofern ist die Hubcharakteristik einer solchen Maschine vorgegeben. Änderungen bzw. Anpassungen an bestimmte Betriebsbedingungen lassen s'irh nicht erzielen. Nur durch Austausch der Glcitsteinführung mit anderer Neigung ließe sich eine Anpassung -rzielen.

In der DE-AS 12 84 798 ist ein Kurbelschleifengelriebe insbesondere für Werkzeugmaschinen beschrieben. Dieses Getriebe hat eine starr rechtwinklig an Hubstangen befestigte Gleitsteinführung und eine unabhängig von dieser im Maschinenständer verschwenkbar und einstellbar gelagerte Schwinge. In diese greift ein Gleitstein, welchem ein Lagerbolzen zugeordnet ist, der in den Gleitstein der Gleitsteinführung eingreift. Mit diesem Lagerbolzen steht eine gelenkige Antriebskurbel in Verbindung. Bei dieser bekannten Ausführung wird der Hub geändert, wobei eine stufenlose Hubverstellung bis zum Hub 0 möglich ist. Dabei liegt ein Merkmal der bekannten Ausführung darin, daß ein Umkehrpunkt der Hubbewegung immer in der gleichen Höhe, d. h. auch an der gleichen Stelle liegt. In der einen Drehrichtung ist die Zeil für den RUckhub kleiner a's die Zeit für den Arbeitshub. Bei Drehrichtungsumkehr ändern sich die Zeiten für den Rückhub und für den Arbeitshub entsprechend.

In der US-PS 23 53 285 ist ein Kurbeltrieb beschrieben, der mit einer verhältnismäßig komplizierten Ausführung eine verbesserte Totpunktüberwindung bezweckt. Dem Kurbelzapfen üblicher Art ist exzentrisch eine Nockenscheibe zugeordnet, die innerhalb eines besonderen Käfigs umläuft, der an der Kolbenstange befestigt ist. Diese ist darüber hinaus um den Kolbenbolzen schwenkbar gelagert, wodurch sich auch der Antrieb der Nockenscheibe in dem Käfig ergibt. Die schräg zur Kurbelstange gerichtete Erstreckung des Käfigs bleibt in der zugeordneten Lage zur Kurbelstange. Irgendeine besondere Hubcharakteristik wird dabei nicht erreicht, sondern lediglich eine keilartige Wirkung beim Durchgang durch den Totpunkt bezweckt. Dabei sind die bekannten Federn zwischenzuschalten, um eine Dämpfung der Kolbenbewegung herbeizuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kurbelschleifengetriebe der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das je nach gewählter Drehrichtung und Drehzahl ermöglicht, die Hubcharakteristik in Abhängigkeit von der Schrägstellung der Kurbelschleife zu wählen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schräglage der Gleitsteinführung einstellbar ist Die dadurch erzielte Anpassung gestattet gerade für den Antrieb des Kompressors die Anpassung der Hubcharakteristik, wobei in den verschiedenen Bewegungsrichtungen des Kolbens unterschiedliche Charakteristika in bezug zu den Umkehrpunkten entstehen. Dadurch ergibt sich in einer Richtung ein längerer und in der anderen Richtung ein kürzerer Hub mit verschiedenen Geschwindigkeitsbildern bei gleichbleibender Antriebsdrehung. In Verbindung mit einer Änderung der Drehrichtung lassen sich einstellbar längere Ansaug- und kürzere Kompressionshübe, oder umgekehrt, wählen, wobei insbesondere die verschiedenen Hubcharakteristika auf das Kompressionsmedium abgestimmt werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung unter Verwendung von Federn zur Stoßdämpfung ist dabei vorteilhaft die schräg angeordnete Gleitsteinführung hinsichtlich der Schrägeinstellung federnd abgestützt. Dadurch liegt die Nachgiebigkeit nicht in einer Veränderung der Hubgröße, sondern in einer Ausweichmöglichkeit hinsichtlich der Hubcharakteristik.

Bei der Erfindung ergibt sich dabei auch jeweils eine Verlagerung der Umkehrpunkte. Die Schräglage der Gleitsteinführung kann auch während des Betriebs der Maschine eingestellt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Dabei werden z. T. auch Maschinen gezeigt, an denen die Erfindung anwendbar ist. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer J;ehkolbenmaschine mit vier Zylinderkolbenanordnungen im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II durch Fig. I,

F i g. 3 eine Darstellung von Herzkurven zur Erläuterung der Funktionen einer bestimmten Betriebsweise,

Fig.4 eine Teildarstellung aus Fig. I mit abgewandelten Merkmalen zur Erläuterung einer besonderen Ausführungsform,

Fig.5 eine der Fig.4 entsprechende schematische Teildarstellung ζιτ Erläuterung einer noch weiteren Ausführungsform, jeweils im Schnitt.

In diesem Zusammenhang wird bemerkt, daß die Maschinen nach den Fig. 1, 2 und 4 keine Schräglagencinstellung der Gleitsteinführung zeigen, aber eine an sich schräge Gleitsteinführung. Diese Figuren dienen dazu, mögliche Anwendungsfälle von Maschinentypen deutlich zu machen, die an sich, soweit sie in den Figuren gezeigt sind, mit der bekannten Ausführung nach der US-PS 17 10 721 übereinstimmen.

Die Erfindung läßt sich auch auf eine Maschine mit beispielsweise nur einem über eine Gleitsteinführung angetriebenen Kolben anwenden. Das ist aus Fig,5 verständlich, wenn diese Figur auch an sich als Teil der als bevorzugte Ausführungsform dargestellten Drehkolbenmaschine gezeichnet ist. Bei der Ausführungsform nach Fig.5 wäre in der Ausbildung als stehende Maschine der Zylinder als Stator fest ausgeführt, und in der Zylinderabdeckung, die oben angeordnet ist, wären Ansaug- und Ausstoßventile vorgesehen, die entweder druckabhängig oder in Abhängigkeit von einer Steuer-

welle arbeiten. Die Kolbenstange nach F i g. 5 wäre in diesem Fall von einer Kurbelwelle angetrieben, deren Kurbelzapfen erkennbar ist

Die Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 zeigt die bevorzugte Ausbildung als Drehkolbenmaschine mit eimern Stator 1, welcher eine nach innen zylindrische Wand 2 hat, die außen mit Kühlrippen versehen sein kann. In diesem Stator ist ein im ganzen mit 3 bezeichneter &otor verdrehbar, und zwar um eine zentrisch zur innen zylindrischen Wand des Stators angeordnete Lagerung aus den Lagern 4, 5. An einem durch die Lagerung 4 herausgeführten Wellenzapfen 6 ist ein Antriebsmittel, beispielsweise ein Zahnrad 7, angeordnet

IDurch den hohl ausgeführten Lagerzapfen 8 am Lager 5 ist zentrisch eine Achse 9 geführt, die an der Außenseite des Stators 1 durch Verriegelungsmittel 10 drehfest angeordnet ist Die Achse ist im Inneren abgekröpft und bildet eine exzentrisch zu den Lagern 4, 5 angeordnete feststehende Achse 11, auf welcher Gleitsteine 12, i3 angeordnet sind, die in Gieitsteinrührungen 14, 15 geführt sind. An diesen Gleitsteinführungen sind starr Kolbenstangen 16, 17 bzw. 18, 19 von Kolben 20, 21, 22, 23 angeordnet In der Zeichnung ist angedeutet, wie die Gleitsteinführungen durch die Kurbelzapfen und die Steine geschmiert werden können. In Fig. 1 ist eine bestimmte Stellung der Kolben in den Zylinderräumen innerhalb der zylindrischen Wand gezeigt Diese Zylinderräumc werden durch Wandteile 24,25,26,27 des Rotors 3 gebildet. Bei der gezeigten Stellung in Fig. 1 ist erkennbar, daß der Kolben 20 etwa in seinem oberen und der Kolben 21 cwa in seinem unteren Umkehrpunkt angeordnet sind. Dieses trifft, wie noch anhand der Fig.3 beschrieben wird, nicht genau den Zustand. Anhand der Kolben 22, 23 ist aber weiterhin erkennbar, daß bei der gezeichneten Mittelstellung der Kolben 23 weiter in seinem Zylinderraum nach außen geführt ist als der Kolben 22. Diese Unterschiede ergeben sich aufgrund der schrägen Anordnung der Gleitsteinführungen 14,15.

In F i g. 3 ist eine Herzkurve gezeigt, welche von einer wirksamen äußeren Kolbenfläche durchlaufen wird. Wiire die Gleitsteinführung senkrecht zur Kolbenstange angeordnet, dann ergäbe sich eine symmetrische Herzkurve 28, welche für die zugeordneten Quartale gleich ist. Mit zunehmender Schrägneigung der •Gleitsteinführung, und zwar entsprechend den Stellungen I, II, III, ergäben sich dann die abweichenden Herzkurven 29,30,31, wobei anhand der zu den Linien I bis III, deren Durchsetzung des Umkreises 32 zugleich die Lageverschiebung des oberen Totpunktes gegenüber der Vertikalen 33 anzeigt, gehörenden Senkrechten P₁ IP, IIP die abweichenden Quartale in der llubcharakteristik in bezug zur Drehung des Rotors erkennbar sind. Dabei ist zu entnehmen, daß bei einer Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn mit zunehmender Neigung der Gleitsteinführung der sich anschließende Hubabschnitt des Kolbens verkürzt, während sich der vor dem oberen Totpunkt befindliche l'lubabschniu mit zunehmender Gleitsteinführungsneigjung verlängert. Dieses wird durch die verschiedenen Ausbauchungen gezeigt.

Die Fig.3 zeigt an sich die Darstellung für eine Kolbenfläche, wogegen in den F i g. 1 und 2 zu berücksichtigen ist, daß mehrere in bezug zueinander arbeitende Kolben vorgesehen sind, durch welche die Wirkung verrnehrfacht wird.

Der Rotor 3 ist an seinem äußeren Umfang mit Dichtungen 36, 37 versehen. Die Kolben sind mittels nicht näher bezeichneter selbstschmierend ausgeführter Kolbenringe geführt Die Zylinder sind nach unten durch Zylinderböden 38,39,40,41 abgeschlossen, durch "> welche mit Dichtungsanordnungen versehene Durchführungen 42, 43, 44, 45 mit Gleitbuchsen für die Kolbenstangen geführt sind.

Durch die Zylinderböden 38 bis 41 bilden sich zusätzliche Kompressionsräume, welche entweder

ι» durch die Durchführungen zugänglich sein können, oder, wie noch anhand der Fi g. 4 erläutert wird, durch ein beispielsweise in den Zylinderboden 38 eingesetztes als Rückschlagventil ausgeführtes Saugventil 46, das unter Federbelastung zum Zylinderraum 2 öffnet

'■> Solche Ventile können an jedem Zylinderboden jeder Ausführung angeordnet sein. Sie sind jedoch nur einmal in F i g. 4 dargestellt

Bezüglich der F i g. I wird bemerkt, daß die zylindrische Wand 2 in einem Bereich bei 47 über den

2i) Winkel von 90° offen ist und in eir-; durch die Wand 48 nach außen abgeschlossene Kammer 49 mündet, an der ein Ansaugstutzen 50 angeordnet ist Dadurch ergibt sich eine große Saugzeit. Diese Bemessung ist bei einer Vielkolben- oder Zylindermaschine zweckmäßig. Bei

y> einer entsprechend ausgeführten Maschine, beispielsweise mit sechs Zylindern und Kolben, würde eine solche Erstreckung etwa 50° max. betragen.

In F i g. 1 oben ist links von der Mittelsenkrechten der Ausstoßstutzen 51 angeordnet. Unte; Bezugnahme auf

ι» F i g. 3 wird bemerkt; daß nach F i g. 1 eine Rotordrehrichtung im Uhrzeigersinn vorgesehen ist. Der Ausstoß wird dabei verhältnismäßig kräftig eingeleitet. Die Ausstoßöffnung 51 ist im Sinne der Verlagerung des oberen Umkehrpunktes oder Totpunktes versetzt, also

!"> um einen anderen Winkel als 90° zur Mittelachse der Ansaugkammer 49 ungeordnet. Je stärker die Neigung der Gleitsteinführung zu den zugeordneten Kolbenstangen ist, ein um so schnellerer Ausstoß fini'ct statt. Entsprechend ergeben sich auch Änderungen der

i" Kompressions- und Ansaughübe gemäß den Charakteristiken in F i g. 3, d. h. bei einer stärkeren Gleitsteinführungsneigung findet eine ruhigere Ansaugung statt.

Obige Verhältnisse werden bei einer umgekehrt gewählten Drehrichtung weitgehend umgekehrt, wobei

■> · gerade durch die schräg zur Kolbenbewegung angeordneten Gleitsteinführungen in neuartiger Weise Arbeitscharakteristiken erzielbar sind, welche bei bekannten Kompressoren nicht vorhanden sind.
Fig.4 zeigt beispielsweise eine unter Bezugnahme

'<" auf Fig. I vergleichbare Anordnung der Gleitsteinführungen 14, 15, jädoch in einer etwas anderen Betriebsstellung, wobei aber gleiche Teile mit gleichen Be7'!£szeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführung ist gezeigt, daß der Kolben 20 ein Ventil 52 aufweist, das als ■ Rückschlagventil lusgeführt ist und desstn Ventilteller 53 in den Arbeitsraum des Zylinders 24 gegen die Wirkung einer Feder 54 öffnet. Die Feder ist auf einem Ventilkörperzppfen 55 bzw. auf einem an diesc:n angeordneten Widerlager 56 einerseits und einem als

^h" Speichenkreuz ausgeführten Widerlager 57 andererseits abgestützt. Dadurch kann der Raum unter den Kolben als zusätzlicher Kompressionsraum benutzt werden.

Gleiches gilt für die Kolbendarstellung auch des Kolbens 20 in F i g. 5, wobei allerdings andere Mittel zur

h^ri Ausnutzung eines Zusatzkompressionsraumes über dem Zylinderboden 38 vorgesehen sind. Diese anderen Mittel bestehen aus einem Überströmkanal 58 zwischen dem Zylinderraum über dem Zylinderboden J8 und

einer Öffnung 59, deren Abstand vom Zylinderboden 38 größer als die Höhe des Kolbens 20 ist. Der Kolben 20 isi zweckmäßig in seinem unteren Bereich bei 60 ausgespart, damit auch die unter dem Kolben komprimierte Luft ausgestoßen werden kann, wenn sich der Kolben in seiner am weitesten eingezogenen Stellung befindet.

F-" i g. 5 zeigt noch eine zusätzliche Ausgestaltung dahingehend, daß die an sich schräg zur Kolbenstange 16 angeordnete Gleitsteinführung 61, in welcher — unter Verwendung bisheriger Bezugszcichen — die Achse 11 mittels des Steins 12 geführt ist, in ihrer Neigung versiellbir zur Kolbenstange 16 angeordnet ist. Starr an der Kolbenstange 16 bzw. auch an der gegenüberliegenden Kolbenstange 17 ist ein Führungsring 62 angeordnet, in dem eine Scheibe 63 verdrehbar gelagert ist. in welcher die Gleitsteinfiihrung 61 angeordnet ist.

Es versteht sich, daß zwischen dem Ring 62 und der Scheibe 63 mechanische Einstellmittel zur Festlegung einer bestimmten Neigung vorgesehen sein können. Solche Mittel können durch Splinte oder Zapfenverbindungen ausgeführt sein. Weiterhin versteht sich, daß Einstellmotoren angeordnet sein können, welche mit pneumatischen, mechanischen oder elektrischen Mitteln arbeiten, indem beispielsweise für den letzteren Fall an einem aus dem Ring 62 herausgeführten und als Zahnkranz ausgebildeten Umfangsabschnitt der Scheibe 63 ein Ritzel kämmt, das im Ring 62 gelagert ist. und an dem ein Antriebsmotor angeordnet ist. Für eine hydraulische Ausführung könnten zwischen Ring und Scheibe Zylinderräume ausgebildet sein, die wechselweise beaufschlagbar sind.

Fig.5 zeigt eine Lösung mit einer vorgewählten Schräglage der Glcitstcinführung 61 und federnden Abstützmitteln, um Belastungsspitzen aufzunehmen. Die Scheibe 63 ist mit zwei als Fcdcrwidcrlager ausgebildeten Aussparungen 64, 65 versehi-n, in die Federn 66, 67 eingreifen, die andererseits in als Widerlager ausgeführten Ausnehmungen 68, 69 des Rings fi2 abgestützt sind. An diesen befindet sich ferner ein Anschlag 70. der in eine IJmfangsausnehmung 71 der Scheibe 63 eingreift, um den größten Anschlag zu begrenzen. Wenn der Anschlag 70 bis auf den Boden der Ausnehmung 71 geführt würde, ergäbe sich ein Beispiel für zwei wechselweise beaufschlagte Zylinderräume für eine hydraulische Betätigung. Eine verschieden starke F.instellung der Federn 66, 67 bleibt unter obiger Begründung vorbehalten.

Hierzu 5 Blatt Zeichnung·:·!

Claims

Patentansprüche:

I. Kurbelschleifengetricbe für Kolbenkompressoren mit schräg zur Kolbenachse angeordneter Gleitsteinführung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräglage der Gleitsteinführung (61) einstellbar ist.

Z Kurbelschleifengetriebe nach Anspruch 1 mit Federn zur Stoßdämpfung der Koibenbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg angeordne- "> te Gleitsteinführung (61) hinsichtlich der Schrägeinstellung federnd (66,67) abgestützt ist.