DE69000633T2

DE69000633T2 - Kreuzkopf fuer hubkolbenmaschinen, insbesondere hubkolbenkompressoren.

Info

Publication number: DE69000633T2
Application number: DE9090200918T
Authority: DE
Inventors: Franco Graziani
Original assignee: Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone SpA
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2010-04-14
Also published as: US5031512A; IT8920253A0; EP0393770B1; CA2014511A1; CA2014511C; DE69000633D1; IT1229654B; DK0393770T3; EP0393770A1

Description

Die Erfindung betrifft einen neuen Kreuzkopf und insbesondere eine neue einfache praktische und wirksame Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Kreuzkopf einer sich hin- und herbewegenden Kolbenmaschine, insbesondere eines sich hin- und herbewegenden Kompressors, was, da er nicht mehr länger einer Schubumkehr ausgesetzt ist, zu einer erheblichen Verringerung hinsichtlich des Gewichtes und der Gesamtgröße des Kreuzkopfes und entsprechend höherer Betriebsgeschwindigkeit führt.
Um die hin- und hergehende geradlinige Bewegung einer Kolbenstange in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle in einer periodisch arbeitenden Kolbenmaschine, wie einem sich hin- und herbewegenden Kompressor umzusetzen, ist es bekannt, einen als Kreuzkopf bekannten Mechanismus zu verwenden, an dessen einer Seite die Kolbenstange befestigt ist und an dessen gegenüberliegender Seite mittels eines Kolbenbolzens die Verbindungsstange des Kolbenmechanismus, der die Kurbelwelle betätigt, schwenkbar gelagert ist, wobei der Kreuzkopf mit Gleitklötzen versehen ist, mit denen er entlang geradlinigen Führungen gleiten kann.
Es ist offensichtlich, daß die Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Kreuzkopf ausreichend stark sein muß, um die beträchtlichen wechselnden Belastungen zu übertragen, die aufgrund des Gasschubes und der Trägheit der sich bewegenden Massen entstehen, ohne dabei Schaden zu erleiden. Weiterhin ruft die derzeitige Entwicklung in Richtung zu höheren Betriebsdrehzahlen das schwerwiegende Problem hervor, daß das Gewicht des Kreuzkopf es in zunehmendem Maß verringert werden muß, insbesondere im Fall von Maschinen mit einer hohen Drehzahl, bei denen sogar eine minimale Verringerung der sich hin- und herbewegenden Massen eine beträchtliche Verringerung der Trägheitskräfte bewirkt, die den Mechanismus belasten, wodurch sich die Verwendbarkeit der Maschine beträchtlich erhöht. Darüber hinaus müssen für bestimmte Anwendungsfälle, wie z.B. Kompressoren, die auf transportierbare Einheiten zu montieren sind, die möglichst kleine Gesamtabmessungen aufweisen sollen, Anordnungen verwendet werden, welche die Gesamtgröße des Kurbelwellenmechanismus und damit des Kreuzkopfes auf ein Minimum begrenzen. Beim derzeitigen Stand der Technik ist die Kolbenstange normalerweise mit dein Kreuzkopf entweder direkt oder indirekt über einen Befestigungsflansch verbunden, so daß die Kräfte in allen Fällen durch die Stange auf den Körper des Kreuzkopfes und von dort auf den Kolbenbolzen übertragen werden.
Der Hauptnachteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Körper des Kreuzkopfes die gesamte hohe Last zu übertragen hat, die durch die Kolbenstange auf den Kolbenbolzen übertragen wurde, so daß er eine angemessene Form und Festigkeit aufweisen muß, was unmittelbar unüberwindbare Begrenzungen hinsichtlich der Größen- und Gewichtsverringerung des Kreuzkopf es nach sich zieht, was in einer entsprechenden Begrenzung hinsichtlich der Größe der Gesamtanordnung resultiert und somit eine ordnungsgemäße Verwendung des Kompressors beeinflußt, der aufgrund der hohen sich hin- und herbewegenden Masse und dadurch hervorgerufenen beträchtlichen Trägheitskräfte nicht bei den derzeit geforderten hohen Betriebsdrehzahlen verwendet werden kann.
Eine Lösung nach dem Stand der Technik, die schraubbare Verbindungen verwendet, ist in der DE-B-1 264 882 offenbart, aber die schraubbaren Verbindungen aus diesem Patent stellen lediglich mechanische Verbindungselemente dar, und die Probleme eines Spanndifferentials zwischen diesen schraubbaren Verbindungen, um die Belastungen aufgrund von Trägheitskräften zu verringern, ist nicht einmal angesprochen.
Die Erfindung stellt daher einen Kreuzkopf für eine Maschine mit einem hin- und hergehenden Kolben zur Verfügung, der einen Kreuzkopfkörper aufweist, der mit Gleitklötzen entlang von geradlinigen Führungsbahnen versehen ist, an dessen einer Seite die Verbindungsstange eines Kurbelmechanismus durch einen Kolbenbolzen schwenkbar verbunden ist, wobei die gegenüberliegende Seite des Kreuzkopfkörpers mit einem Befestigungsflansch verbunden ist, der mit der Kolbenstange durch eine hydraulisch verspannte Mutter gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflansch direkt mit dem Kolbenbolzen durch Klemmschrauben verbunden ist, die durch entsprechende Bohrungen reichen, die durch den Kreuzkopfkörper hindurchreichend ausgeformt sind, und der Flansch sowie schraubbar eingreifende Gewindebohrungen in dem Kolbenbolzen vorgesehen sind, die Klemmschrauben mit einer Last angezogen werden, die wesentlich größer als die Betriebslast ist, die durch die Kolbenstange auf den Verbindungsstab oder umgekehrt zu übertragen ist.
Auf diese Weise, da eine direkte Verbindung zwischen dem Flansch, an dem die Stange befestigt ist, und dem Kolbenbolzen besteht, ist nicht nur die Kolbenstangenlast auf die Klemmschrauben und damit auf den Kolbenbolzen selbst übertragen, praktisch ohne daß dabei der Kreuzkopfkörper damit belastet wird, so daß dieser hinsichtlich seines Gewichtes und seiner Größe verringert werden kann, sondern der Kreuzkopfkörper dient nun dazu, ausschließlich unter Druck zu arbeiten, wenn er zwischen dem Flansch und dem Kolbenbolzen durch die Klemmschrauben unter einer Last zusammengepreßt wird, um so sicherzustellen, daß eine ausreichende Kompressionseigenlast auf den Kreuzkopfkörper unter allen Betriebsbedingungen aufrechterhalten wird. Eine wichtige Folge davon ist, daß die Verbindung zwischen dem Kreuzkopf und dem Kolbenbolzen nicht mehr der Schubumkehr wie im Stand der Technik unterworfen ist, woraus eine beträchtliche Verringerung der wechselnden Ermüdungslasten resultiert, was bekanntermaßen unerwünschte Belastungen hervorruft, die auch ein Bersten hervorrufen können und es daher erfordern, daß der Kreuzkopf aus Sicherheitsgründen überdimensioniert wird.
Des weiteren bedeutet die Tatsache, daß der Kreuzkopfkörper ständig durch die Last zwischen dem Kolbenbolzen und dem durch die Schraubenmittel bereitgestellten Flansch zusammengepreßt wird, daß unter allen Betriebsbedingungen der Kolbenbolzen dauernd gegen den Kreuzkopfkörper stets auf der gleichen Seite, d.h. der Kolbenstangenseite, gepreßt bleibt. Der hintere Teil auf der Kurbelwellenseite der Halteöse für Kolbenbolzen in dem Kreuzkopf ist daher durch den Kolbenbolzen nicht einmal leicht beansprucht, mit dem Ergebnis, daß der zugehörige Teil des Kreuzkolbens erheblich verringert werden kann, was beträchtliche Verringerungen des Gewichtes und der Gesamtgröße des Kreuzkopfes hervorruft, so daß ein Kreuzkopf geschaffen wird, der für hohe Betriebsdrehzahlen geeignet ist.
Dies bedeutet, daß gemäß der Erfindung der Zweck des Kreuzkopfkörpers lediglich darin besteht, als Abstandshalter zwischen dem Flansch und dem Kolbenbolzen zu dienen und um die Gleitklötze zu tragen, während die Lastübertragung von der Kolbenstange auf den Kolbenbolzen durch äußere Bauteile (Flansch und durch Klemmschrauben) erreicht wird, die besser optimiert werden können, um diese Aufgabe zu erfüllen. Die gesamte Anordnung ist auch leichter und weniger geräumig als herkömmliche Anordnungen und insbesondere ist es wichtig festzustellen, daß der verringerte Abstand, der aus der Erfindung resultiert, zwischen der Kolbenbolzenachse und der Außenlinie des Kreuzkopfkörpers auf der Kurbelwellen- und Kurbelmechanismusseite, wie dies bereits beschrieben ist, aus der Tatsache herrührt, daß dieses Teil niemals durch den Kolbenbolzen belastet wird, im Gegensatz zur Situation in bekannten Anordnungen, bei denen dieses Teil die Kraft auszuhalten hat, die der Kolbenbolzen auf den Kreuzkopf während des Traktionszustandes der Kolbenstange überträgt. Unter gleichbleibenden anderen Bedingungen ermöglicht es dieser verringerte Abstand, den Abstand zwischen der Kurbelwellenachse und der Kolbenbolzenachse zu verringern, ein Problem, das insbesondere bei Maschinen mit Gegengewichten spürbar ist, um so eine kleinere Gesamtgröße der Maschine zu erreichen.
Ein weitere beträchtlicher Vorteil der verringerten Abmessungen des Kreuzkopfes gemäß der Erfindung wird besonders bei seiner Anwendung in hin- und hergehenden Maschinen mit einander auf einer Achse gegenüberliegenden Zylindern deutlich, bei denen, abgesehen von einer möglichen Verringerung der Gesamtabmessungen, eine strukturelle Symmetrie um die Kurbelwelle hervorgerufen wird, da derartige Maschinen einen Kreuzkopf verwenden, der durch zwei parallele verbindende Stangen betätigt wird, wobei dies eine Anordnung ist, die eine kürzere Gesamtlänge als übliche Einfachverbindungsstangen-Kreuzköpfe ermöglicht und praktisch mit dem der Erfindung übereinstimmt. Des weiteren bedeutet die Tatsache, daß der Kreuzkopfkörper dauernd zusammengepreßt bleibt, daß er aus Materialien konstruiert werden kann, die keine hohe Wechselfestigkeit haben und statt dessen ein niedriges spezifisches Gewicht, wie z.B. Leichtmetallegierungen haben, mit einer daraus resultierenden weiteren Verringerung der sich hin- und herbewegenden Massen.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform in einer nicht begrenzenden, lediglich beispielhaften Weise darstellen, bei der technische oder konstruktive Veränderungen möglich sind, ohne dabei den Erfindungsgedanken zu verlassen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Längsdarstellung eines Kreuzkopfes, der gemäß der Erfindung konstruiert wurde;
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie AA in Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Kreuzkopfes gemäß Fig. 1 in einem vergrößerten Maßstab, bei dem aus Klarheitsgründen die obere Führung weggelassen ist.
In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 den Kreuzkopfkörper, der mit zwei gekrümmten Gleitklötzen 2 und 3 versehen ist, um entlang entsprechender geradliniger Führungen 4 und 5 zu gleiten. Die Verbindungsstange des Kurbelwellenmechanismus, der die nicht gezeigte Kurbelwelle einer hin- und hergehenden Kolbenmaschine betätigt, ist auf der Seite 1' des Kreuzkopfkörpers 1 durch einen Kolbenbolzen 7, der in einander gegenüberliegende Gehäuseösen 8 und 9, die in den Seitenwänden des Körpers 1 angeordnet sind, hineingeschoben ist, während die gegenüberliegende Seite 1" des Kreuzkopfkörpers die Kolbenstange 10 der hin- und hergehenden Maschine aufnimmt. Die Kolbenstange 10 ist an einem Befestigungsflansch 11 durch eine hydraulisch angezogene Mutter 12 befestigt, der Flansch 11, der direkt gegen die Seite 1" des Kreuzkopfkörpers 1 anliegt, ist direkt mit dem Kolbenbolzen 7 durch Klemmschrauben 13 verbunden, die durch entsprechende Löcher 14 und 15 in dem Flansch 11 und dem Körper 1 hindurchreichen, um in Gewindebohrungen 16 einzugreifen, die in dem Kolbenbolzen 7 vorgesehen sind. Schließlich werden die Schrauben 13 mit einer viel größeren Last als die Betriebslast angezogen, die von der Kolbenstange auf die Verbindungsstange oder umgekehrt übertragen werden muß, so daß während des gesamten Betriebes der Kolbenbolzen 7 dauernd gegen die Vorderseite 17 der ihn aufnehmenden Ösen 8 und 9 gepreßt bleibt, während die Hinterseite 18 der Öffnungen nie durch den Kolbenbolzen belastet wird, was eine erhebliche Verringerung im Teil 19 des Kreuzkopfkörpers 1 (siehe insbesondere Fig. 2) ermöglicht.

Claims

1. Kreuzkopf für eine Hubkolbenmaschine, der ein mit entlang geradliniger Führungsbahnen (4, 5) verschiebbaren Schuhen (2, 3) versehenes Kreuzkopfhauptteil (1) aufweist, mit dessen einer Seite (1') die Pleuelstange (6) eines Kurbeltriebs durch einen Kolbenbolzen (7) schwenkbar verbunden ist, wobei die gegenüberliegende Seite (1") des Kreuzkopfhauptteils (1) mit einem Befestigungsflansch (11) verbunden ist, der durch eine hydraulisch festgezogene Mutter (12) mit der Kolbenstange (10) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflansch (11) mit dem Kolbenbolzen (7) direkt durch Klemmschrauben (13) verbunden ist, die durch entsprechend durch den Kreuzkopfhauptteil (1) und den Flansch (11) ausgebildete Bohrungen (14, 15) geführt sind und die schraubend in im Kolbenbolzen (7) vorhandene Gewindebohrungen (16) eingreifen, wobei die Klemmschrauben (13) mit einer Kraft festgezogen werden, die weit größer ist als die von der Kolbenstange (10) auf die Pleuelstange (6) oder umgekehrt zu übertragende Betriebskraft.

2. Verwendung des Kreuzkapfes gemäß Anspruch 1 in einem Hubkolbenkompressor.