DE4015637A1 - Kompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor mit mindestens einem Kolben und einem Zylinder, in dem der Kolben zum Verdichten von Luft oder anderen Gasen beweglich geführt ist, sowie einer zugeordneten Ventilanordnung, die einerseits während des Kompressionshubes eine Verbindung des vom Kolben begrenzten Zylinderraums mit einem Druckluft- bzw. Druckgas- Speicher oder -Verbraucher und während des Saughubes vor­ zugsweise eine Verbindung desselben Zylinderraums mit einer Quelle zu verdichtender Luft o. dgl. freigibt.

Bei bekannten Kompressoren werden seit Jahrzehnten große Anstrengungen unternommen, einen besonders hohen Ab­ dichtungsrad zwischen Kolben und Zylinder zu erzielen. Es ist deshalb üblich, den Kolben mit Kolbenringen auszustatten, die präzise an der Zylinderwand gleiten. Zur Verminderung der Reibung zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwand bedarf es einer laufenden einwandfreien Schmierölzufuhr. Bei Ausfall der Schmierung besteht nämlich die Gefahr eines plötzlichen Festfressens des Kolbens im Zylinder und damit einer Zerstö­ rung des Kompressors.

Wegen der in vielfacher Hinsicht nachteiligen Ölschmie­ rung wurde bereits vorgeschlagen, den Kolben mit reibungsarm an der Zylinderwand gleitenden Kolbenringen aus speziellen Werkstoffen auszurüsten, die eine Schmierung mit Öl o. dgl. entbehrlich machen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß so aus­ gebildete Kompressoren insbesondere im Hinblick auf eine hohe Kompressorleistung zu wünschen übriglassen.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß sowohl auf den Einsatz von der Schmierung dienendem Öl als auch die Verwendung von der Abdichtung dienenden Kolbenringen ver­ zichtet und dennoch eine hohe Kompressorleistung erzielt werden kann, wenn der Kolben in Bezug auf die Wandung des Zylinders berührungslos geführt ist. Mit zunehmender Kolben­ geschwindigkeit läßt sich nämlich der Druck der im Zy­ linderraum komprimierten Luft od. dgl. erhöhen. Durch den Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderwand kann zwar Luft hindurchtreten. Da der Spalt jedoch sehr klein gehalten werden kann, ist diese Luftmenge - bezogen auf die komprimierte Luftmenge - außerordentlich gering. Sie führt andererseits in vorteilhafter Weise die durch die Kompression entstehende und den Kolben sowie den Zylinder aufheizende Wärme ab. Im Vergleich zu herkömmlichen Kompressoren sind erfindungsgemäß ausgebildete Kompressoren außerordentlich wartungsarm. Da keine Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand auftritt und die bislang bei der Mehrzahl aller im Betrieb befindlichen Kompressoren übliche Ölschmierung entfällt, enthält das beim Kompressorbetrieb anfallende Kondensat auch keine Ölzusätze, die es erforderlich machen, für eine sehr aufwendige kost­ spielige Entsorgung dieses Wasser-Öl-Gemisches zu sorgen. Insbesondere in der Lebensmittel- sowie in der pharma­ zeutischen Industrie werden ferner auch die den Kom­ pressorstufen bislang nachgeschalteten Ölabscheideeinrich­ tungen entbehrlich.

Als insbesondere in fertigungstechnischer Hinsicht sehr günstig hat es sich herausgestellt, wenn der Kolben mit min­ destens einer sich parallel zur Zylinderachse erstreckenden, reibungsarm gelagerten, mit einem Antriebsmotor gekoppelten Führungsstange fest verbunden ist. Während bei den her­ kömmlichen Kompressoren die Lage und Ausrichtung der Kolben in Bezug auf die Zylinderwand durch ihre ggfs. geschmierten Kolbenringe gewährleistet ist, so daß die Führung des kolben­ seitigen Endes der den Kolben antreibenden Pleuelstange von der Zylinderwand über den Kolben erfolgt, ist nunmehr diese Führung unabhängig von der Zylinderwand ausschließlich durch die Führungsstange sichergestellt.

Eine besonders leichtgängige reibungsarme Betriebsweise des Kompressors nach der Erfindung wird dadurch erreicht, daß die Führungsstange des Kolbens in axialem Abstand voneinander und koaxial zum Zylinder angeordnete Linearkugellager enthal­ tende Bohrungen in Lagerböcken durchsetzt.

Während bislang die Antriebsenergie vom Antriebsmotor zum Kolben über eine am Kolben angelenkte und somit unmit­ telbar mit letzterem verbundene Pleuelstange übertragen wird, dient erfindungsgemäß die Führungsstange der mittelbaren En­ ergieübertragung von der Pleuelstange zum Kolben. Quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens wirkende Kraftkomponenten der Pleuelstange brauchen nicht wie bisher von den Kolbenringen und der Zylinderwand aufgenommen zu werden. Diese Kräfte werden vielmehr von den Linearkugellagern der Lagerböcke abgefangen, die den Kolben von derartigen Kräften somit vollständig entlasten.

Als im Hinblick auf eine leichte Vorbestimmung des Kolbenhubs sehr zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Pleuelstange über eine die Hubwegendstellungen des Kolbens im Zylinder definierende Klemmvorrichtung mit der Führungsstange verbunden ist. Dabei ist es in baulicher Hinsicht sehr günstig, wenn die Klemmvorrichtung einen die Führungsstange umgreifenden Klemmblock umfaßt, der in zwei mittels einer Spannschraube zusammenziehbare Schenkel ausläuft. Bei Wahl einer geeigneten Ausgangsposition der Pleuelstange läßt sich mit Hilfe dieser Vorrichtung der Kolben bei geöffneter Spann­ schraube unter Mitnahme der Führungsstange bequem in die gewünschte eine Endposition überführen, woraufhin diese Position in Bezug auf die Pleuelstange durch anschließendes Anziehen der Spannschraube dauerhaft fixierbar ist.

Die zum Einsatz gelangende Klemmvorrichtung könnte an einer beliebigen Stelle der Führungsstange angreifen. Eine besonders gedrungene kompakte Ausführung mit optimaler Lastverteilung und Übertragung ergibt sich jedoch, wenn die Klemmvorrichtung an demjenigen Abschnitt der Führungsstange angreift, der sich zwischen den Lagerböcken erstreckt.

Baulich sehr einfach ist eine Ausführung, bei der die Pleuelstange in eine Gabel ausläuft, deren beide Schenkel mit Hilfe einer an der Führungsstange über die Klemmvorrichtung angreifenden Triebstange miteinander und mit der Führungs­ stange verbunden sind. Die beiden Enden der Triebstange laufen zweckmäßigerweise in zylindrische Lagerzapfen aus, die in Bohrungen der Schenkel der Pleuelstangengabel gelagert sind. Dabei sind den Lagerzapfen in den Bohrungen angeordnete Kugellager zugeordnet.

In sehr vorteilhafter Weise ist der Klemmblock im mittleren Bereich der Triebstange einstückig mit letzterer ausgeformt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Er­ findung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich der Offenbarung aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Kompressor nach der Erfindung entsprechend der Linie I-I der Fig. 2 und

Fig. 2 einen in Bezug auf die Darstellung der Fig. 1 um 90° versetzten Längsschnitt durch den Kompressor entsprechend der Linie II-II der Fig. 1.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, umfaßt der Kom­ pressor einen Kolben 1 und einen Zylinder 2, in dem der Kolben zum Verdichten von Luft oder anderen Gasen beweglich geführt ist. Im Bereich des Bodens 3 des Zylinders 2 ist letzterem in bekannter Weise eine Ventilanordnung 4 mit zwei Teilventilen zugeordnet, mit deren Hilfe während des Ansaughubes des Kolbens 1 zu verdichtende Luft in den Zylinderraum 5 ein­ gelassen wird, während beim anschließenden Kompressionshub die verdichtete Luft der nächsten, nicht dargestellten Kompres­ sorstufe bzw. einem die verdichtete Luft aufnehmenden Druck­ luftspeicher in Form einer Flasche, einem Verbraucher od. dgl. zugeführt wird. Selbstverständlich kann der Kompressor auch zum Verdichten bestimmter Gase, die anstelle von Luft in den Zylinderraum 5 eingeleitet werden, Anwendung finden. Lediglich der Einfachheit halber ist in der nachfolgenden Beschreibung jeweils nur der Begriff Luft gewählt.

Der Zeichnung ist entnehmbar, daß der Kolben 1 fest mit einer Führungsstange 6 verbunden ist. Diese durchsetzt in axialem Abstand voneinander und koaxial zum Zylinder 2 angeordnete Linearkugellager 7 und 8 enthaltende Bohrungen 9 und 10 in Lagerböcken 11 und 12. Mit Hilfe dieser Führungs­ stange 6 sowie der sie genau in Bezug auf die Achse des Zylinders 2 ausrichtenden Lagerbockbohrungen 9, 10 ist sichergestellt, daß der Kolben 1, dessen Außendurchmesser et­ was kleiner bemessen ist als der Innendurchmesser des Zylinders 2, in Bezug auf die Wandung 13 des Zylinders 2 berührungslos geführt ist.

Um den Kolben 2 über die Führungsstange 6 anzutreiben, ist eine Pleuelstange 14 vorgesehen, die mit einem nicht näher veranschaulichten Antriebsmotor über eine Kurbelwelle od. dgl. verbunden ist. Diese Pleuelstange 14 läuft in eine Gabel 15 aus, deren beiden Schenkel 16 und 17 miteinander und mit der Führungsstange 6 über eine Triebstange 18 und eine mit dieser integrierte Klemmvorrichtung 19 verbunden sind. Die Trieb­ stange 18 umfaßt einen die Führungsstange 6 umgreifenden Klemmblock 20. Dieser ist im mittleren Bereich der Triebstange 18 einstückig mit letzterer ausgeformt. Der Klemmblock 20 läuft in zwei mittels einer Spannschraube 21 zusammenziehbare Schenkel 22 und 23 aus. Wie ersichtlich, greift die Klemm­ vorrichtung 19 an demjenigen Abschnitt der Führungsstange 6 an, der sich zwischen den Lagerböcken 11, 12 erstreckt.

Die beiden Enden der Triebstange 18 laufen in zylindri­ sche Lagerzapfen 24 und 25 aus, die in Bohrungen 26 und 27 der Schenkel 16, 17 der Pleuelstange 14 gelagert sind. Zur Rei­ bungsverminderung sind den Lagerzapfen 24, 25 in den Bohrungen 26, 27 angeordnete Kugellager 28 und 29 zugeordnet.

Claims (11)

1. Kompressor mit mindestens einem Kolben (1) und einem Zylinder (2), in dem der Kolben zum Verdichten von Luft oder anderen Gasen beweglich geführt ist, sowie einer zugeordneten Ventilanordnung (4), die einerseits während des Kom­ pressionshubes eine Verbindung des vom Kolben (1) begrenzten Zylinderraums (5) mit einem Druckluft- bzw. Druckgas-Speicher oder -Verbraucher und während des Saughubes vorzugsweise eine Verbindung desselben Zylinderraums mit einer Quelle zu ver­ dichtender Luft od. dgl. freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) zur Vermeidung einer Schmierung mit Öl od. dgl. in Bezug auf die Wandung des Zylinders (2) berührungslos geführt ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) mit mindestens einer sich parallel zur Zy­ linderachse erstreckenden, reibungsarm gelagerten, mit einem Antriebsmotor gekoppelten Führungsstange (6) fest verbunden ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstange (6) des Kolbens (1) in axialem Abstand voneinander und koaxial zum Zylinder (2) angeordnete Linearkugellager (7, 8) enthaltende Bohrungen (9, 10) in Lagerböcken (11, 12) durchsetzt.

4. Kompressor nach Anspruch 2, mit einer die Antriebs­ energie vom Antriebsmotor zum Kolben (1) übertragenden Pleuel­ stange (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (14) über die Führungsstange (6) die Energie des Antriebsmotors auf den Kolben (1) überträgt.

5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (14) über eine die Hubwegendstellungen des Kolbens (1) im Zylinder (2) definierende Klemmvorrichtung (19) mit der Führungsstange (6) verbunden ist.

6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (19) einen die Führungsstange (6) umgreifenden Klemmblock (20) umfaßt, der in zwei mittels einer Spannschraube (21) zusammenziehbare Schenkel (22, 23) aus­ läuft.

7. Kompressor nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (19) an demjenigen Abschnitt der Führungsstange (6) angreift, der sich zwischen den Lagerböcken (11, 12) erstreckt.

8. Kompressor nach einem der Ansprüche 4 bis 6 sowie 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (14) in eine Gabel (15) ausläuft, deren beiden Schenkel (16, 17) mit Hilfe einer an der Führungsstange (6) über die Klemmvorrichtung (19) angreifenden Triebstange (18) miteinander und mit der Füh­ rungsstange (6) verbunden sind.

9. Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der Triebstange (18) in zylindrische Lagerzapfen (24, 25) auslaufen, die in Bohrungen (26, 27) der Schenkel (16, 17) der Pleuelstangengabel (15) gelagert sind.

10. Kompressor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Lagerzapfen (24, 25) in den Bohrungen (26, 27) angeordnete Kugellager (28, 29) zugeordnet sind.

11. Kompressor nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmblock (20) im mittleren Bereich der Triebstange (18) einstückig mit letzterer ausgeformt ist.