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Diese
Erfindung betrifft eine Pleuelstangen/Kolben-Einheit für kleine
Kolbenmaschinen, im Besonderen für
motorgetriebene Kompressoren für Kälteerzeugungsmaschinen
und Ähnliches,
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Derartige
Einheiten sind aus den Dokumenten FR-A-2 330 923 und EP-A-0 608
506 bekannt.
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Gemäß dem Dokument
FR-A-2 330 923 besitzt der Kolben ein Paar von einander diametral
gegenüber
liegenden, inneren Vorsprüngen,
die ihrerseits entsprechende Ausnehmungen aufweisen, die miteinander
ausgerichtet sind und einen Lagersitz für den Kolbenbolzen bilden.
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Bei
einer Ausführungsform
besitzen die Seiten der Ausnehmungen kaltverformte, örtliche
Verformungen, die den Kolbenbolzen dauernd in seinem Lagersitz halten.
Bei einer anderen Ausführungsform sind
die Seiten der Ausnehmungen und der Kolbenbolzen über elektrische
Punktschweißungen
dauernd miteinander verbunden, die "warzenförmige Vorsprünge" genannt werden.
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Die
Verfahren zum Befestigen des Kolbenbolzens am Kolben gemäß dem Dokument
FR-A-2 330 932 erfordern entweder eine geeignete Presse, um die örtlichen
Verformungen auszubilden, oder eine geeignete elektrische Schweißstation
für das
Erzeugen der Schweißpunkte.
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Diese
Verfahren sind für
die Montage von motorgetriebenen Kompressoren oder andersartigen kleinen
Kolbenmaschinen auf einem Fließband
nicht geeignet, da sie für
die Befestigung des Kolbenbolzens am Kolben eine Presse oder eine
Schweißmaschine
benötigen,
die vom Band getrennt sind.
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Dieses
Problem wurde zumindest teilweise durch die Lehren des Dokuments
EP-A-0 608 506 gelöst.
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In Übereinstimmung
mit diesem Dokument besitzt der Kolben einer motorgetriebenen Kompressoreinheit
wiederum ein Paar von einander diametral gegenüber liegenden, inneren Vorsprüngen, die
ihrerseits entsprechende Ausnehmungen besitzen, die miteinander
ausgerichtet sind und einen Lagersitz für den Kolbenbolzen bilden.
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Die
Einspanneinrichtung besteht in diesem Fall aus einem Federring,
der den Schaft der Pleuelstange umgibt und Ankerlaschen besitzt,
die von seinem Umfang vorspringen.
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Im
zusammengebauten Zustand wirkt der Einspannring gegen den Kolbenbolzen
und hält
ihn in seinem Sitz dadurch eingerastet, dass die Laschen des Rings
in die Innenfläche
des Kolbenmantels beißen,
wodurch eine feste Verankerung zwischen dem Ring und dem Kolben
durch einen Eingriff erreicht wird.
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Dieser
Aufbau, der aus dem Dokument EP-A-0 608 506 bekannt ist, ermöglicht einen
vereinfachten Montagevorgang mit relativ geringen Kosten.
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Eine
Person, die für
die Qualitätskontrolle stromabwärts der
Montagestation verantwortlich ist, kann bemerken, dass irgendein
Teil (beispielsweise die Pleuelstange) fehlerhaft ist. In diesem
Fall kann die Teilmontage leicht zerlegt werden, indem der Kolben
von der Pleuelstange und seinem Einspannring abgezogen wird, um
den Kolben und den Kolbenbolzen wieder zu gewinnen.
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Dieser
Vorgang kann jedoch den Kolben irreparabel beschädigen, da beim Entfernen des
Federrings seine Laschen, die in die Oberfläche des Mantels beißen, diesen
zerkratzen können,
wobei dies für eine
mögliche
Wiederverwendung des Kolbens von Nach teil ist.
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Die
Lösung
des Dokuments EP-A-0 608 506 besitzt auch den Nachteil, dass sie
die Verwendung von Kolben benötigt,
die einen durchaus dicken Mantel besitzen und daher unerwünscht schwer
sind. Tatsächlich
wurde herausgefunden, dass die Laschen des Einspannrings einen ziemlich
dünnen
Mantel verformen, wodurch er seine zylindrische Form verliert. Beispielsweise
nimmt der Mantel im Falle eines Einspannrings mit vier Laschen eine
vierblättrige Form
an.
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Der
Gegenstand der Erfindung besteht darin, eine Pleuelstangen/Kolben-Einheit
zu liefern, die so montiert werden kann, wie dies die Lösung des
Dokuments EP-A-0 608 506 ermöglicht,
die jedoch nicht dazu neigt, einen dünnen Mantel zu verformen, und die
das leichte Zerlegen einer fehlerhaften Pleuelstangen/Kolben-Einheit
ermöglicht,
um beispielsweise den Kolben und den Kolbenbolzen wieder zu gewinnen,
ohne den Mantel zu beschädigen.
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Erfindungsgemäß wird dieser
Gegenstand mit Hilfe einer Pleuelstangen/Kolben-Einheit erreicht, die
die beanspruchten Merkmale besitzt.
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Die
Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass in einer kleinen Kolbenmaschine,
beispielsweise in einem motorgetriebenen Kompressor für Kälteerzeugungsmaschinen,
jene Kräfte,
die zwischen dem Kolben und der Pleuelstange während des Ansaugtakts wirken,
so schwach sind, dass weder die dauernde Befestigung des Kolbenbolzens
am Kolben, wie dies im Dokument FR-A-2 330 923 der Fall ist, noch
eine Verankerung erforderlich ist, die demontierbar ist aber den
Kolben beschädigen
kann, wie dies im Dokument EP-A-0 608 506 der Fall ist.
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Wie
aus der Beschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht, weiter
ersichtlich ist, ist die Einschnappverbindung des Zangenelements
gemäß der Erfindung
mit dem Kolbenbolzen alles, was benötigt wird, um den relativ schwachen
Kräften
zu widerstehen, die während
der Ansaugtakte auftreten, wobei jedoch der Kolbenbolzen dadurch
leicht vom Kolben entfernt werden kann, dass die Backen des Zangenelements,
die den Kolbenbolzen erfassen, einfach elastisch nach außen geöffnet werden.
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Die
Erfindung betrifft weiters einen motorgetriebenen Kompressor oder
eine ähnliche
Kolbenmaschine, die eine Pleuelstangen/Kolben-Einheit enthält, wie
sie beansprucht wird.
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Die
Erfindung wird durch das Lesen der nun folgenden ausführlichen
Beschreibung eines nicht einschränkenden
Beispiels und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich,
in denen zeigt:
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1 einen
teilweise aufgeschnittenen Teilschrägriss einer Pleuelstangen/Kolben-Einheit
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 einen
teilweise explodierten und teilweise aufgeschnittenen Schrägriss der
Einheit von 1;
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3 den
Kolben der Einheit von 1 und 2 alleine
und im Diametralschnitt;
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4 einen
der 3 ähnlichen
Diametralschnitt des Kolbens von 3, in dem
ein Zangenelement angebracht ist;
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5 einen
teilweise geschnittenen Aufriss einer Pleuelstange, deren Kolbenbolzen
so angeordnet ist, dass er gerade in das Zangenelement von 4 eingerastet
wird; 6 eine der 5 ähnliche
Ansicht, in der der Kolbenbolzen vollständig in das Zangenelement eingerastet
ist;
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7 einen
teilweise aufgeschnittenen Teilschrägriss einer Pleuelstangen/Kolben-Einheit
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung;
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8 eine
teilweise explodierte und teilweise aufgeschnittene Ansicht der
Einheit von 7;
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9 den
Kolben der Einheit von 7 und 8 alleine
und im Diametralschnitt;
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10 einen
der 9 ähnlichen
Diametralschnitt des Kolbens von 9, in dem
ein Zangenelement angebracht wurde;
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11 einen
teilweise geschnittenen Aufriss einer Pleuelstange, deren Kolbenbolzen
so angeordnet ist, dass er gerade in das Zangenelement von 10 eingerastet
wird; und
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12 eine
der 11 ähnliche
Ansicht, in der der Kolbenbolzen vollständig in das Zangenelement eingerastet
ist.
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Im
Zusammenhang mit 1 bis 6 trägt eine
Pleuelstange, die als Ganzes in 5 und 6 dargestellt
ist, die Bezugsziffer 10.
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Die
Pleuelstange 10 besitzt ein kleines Ende 12 in
Form eines Auges, in das ein Kolbenbolzen 14 eingesetzt
wird.
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Ein
Kolben, der der Pleuelstange 10 zugeordnet ist, trägt allgemein
die Bezugsziffer 16.
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Der
Kolben 16, der aus einem gespritzten oder aus einem gesinterten
Leichtmetallbauteil bestehen kann, enthält einen zylindrischen Mantel 18 und
eine Stirnwand 20, die der Krone des Kolbens entspricht.
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Bei
der Ausführungsform
von 1 bis 6 ist, ähnlich wie im Dokument FR-A-2
330 923, ein Lagersitz für
den Kolbenbolzen gemeinsam mit dem Kolben ausgebildet.
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Im
Besonderen besitzt der Kolben 16 ein Paar von einander
diametral gegenüber
liegenden, inneren Vorsprüngen 22.
Die Vorsprünge 22 sind durch
einen mittleren Hohlraum 24 getrennt (2), um
das kleine Ende 12 der Pleuelstange 10 aufzunehmen.
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Die
beiden Vorsprünge 22 sind
mit entsprechenden Ausnehmungen 26 versehen, die miteinander
ausgerichtet sind und die Form von Zylindersegmenten besitzen.
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Die
Ausnehmungen 26 bilden den Lagersitz für den Kolbenbolzen 14 im
Kolben 16.
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Die
relativ großen
Kräfte,
die zwischen der Pleuelstange 10 und dem Kolben 16 während des Kompressionstakts
wirken, wenn es sich um einen Kompressor handelt, und während des
Kompressionstakts und des Arbeitstakts wirken, wenn es sich um einen
Motor handelt, werden von den einander berührenden Zylinderflächen des
Kolbenbolzens 14 und der Ausnehmungen 26 übertragen.
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Der
Mantel 18 des Kolbens 16 ist mit einander diametral
gegenüber
liegenden Rillen 28 (1 und 2)
versehen, deren Basis mit einem Spiel mit den Enden des Kolbenbolzens 14 zusammenwirkt,
um den Kolbenbolzen seitlich einzuspannen.
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Es
sind Einspanneinrichtungen vorgesehen, um den Kolbenbolzen 14 so
zu halten, dass er in seinem Sitz liegt, der von den Ausnehmungen 26 gebildet
wird, wobei sie erfindungsgemäß ein Zangenelement
enthalten.
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Das
Zangenelement der Ausführungsform von 1 bis 6,
das allgemein die Bezugsziffer 30 trägt, soll nunmehr besonders
im Zusammenhang mit 2 beschrieben werden.
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Das
Zangenelement 30 wird von einem einzigen Teil aus einem gestanzten
und gebogenen Metallblech gebildet, das aus einem Metall besteht,
das elastische Eigenschaften besitzt, beispielsweise aus einem Edelstahl
oder einem nichtrostenden Stahl.
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Das
Zangenelement 30 enthält
einen plattenförmigen
Basisteil 32 sowie ein Paar von Zangenteilen 34,
die an zwei einander gegenüber
liegenden Seiten des Basisteils 32 angeordnet sind.
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Jeder
der Zangenteile 34 enthält
ein entsprechendes Joch 36 neben dem Basisteil sowie ein
Paar von elastischen Backen 38.
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Jede
der elastischen Backen 38 besitzt im Bereich ihres freien
Endes einen entsprechenden Einschnappkupplungs-Zahn 40,
der zum anderen Zahn 40 vorspringt.
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Jeder
der Zähne 40 besitzt
eine Einführfläche 42.
Die Einführflächen 42 eines
jeden Zangenteils 34 sind so angeordnet, dass sie eine
sich erweiternde Öffnung
bilden, deren Zweck später
ausführlich
erläutert
werden soll.
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Im
zusammengebauten Zustand wird das Zangenelement 30 auf
die Stirnwand 20 des Kolbens 16 geschweißt oder
geklebt.
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Die
dicken Linien 44 in 4, 5 und 6 kennzeichnen
ohne Unterscheidung Bereiche, in denen der, plattenförmige Teil 42 mit
der Stirnwand 20 verschweißt oder verklebt ist.
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Wenn
ein Verschweißen
Verwendung findet, so kann dies vorteilhaft mit einem Verfahren
mit kapazitiven Entladungen ausgeführt werden.
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3 zeigt
den Kolben 16 vor dem Zusammenbau und ohne das Zangenelement 30.
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In 4 wurde
das Zangenelement 30 mit der Stirnwand 20 in den
Bereichen 44 verschweißt oder
verklebt.
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Um
mit der Montage der Pleuelstangen/Kolben-Einheit fortzufahren, wobei
das Zangenelement 30 am Kolben 16 befestigt ist,
wie dies 4 zeigt, wird die Pleuelstange 10 zum
Kolben 16 gebracht, wie dies 5 zeigt,
wobei der Kolbenbolzen 14 auf die abgeschrägten Flächen 42 der
Backen 38 gelegt wird.
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Daraufhin
genügt
es, dass eine Kraft oder ein Druck auf die Pleuelstange 10 in
Richtung des Pfeils A von 5 aufgebracht
wird, um die Backen 38 gemäß den Pfeilen B zu öffnen und
den Kolbenbolzen 14 zwischen die Backen einzusetzen, bis
die Endstellung von 6 erreicht ist.
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In
der Stellung von 6 ist der Kolbenbolzen 14 in
jenem Sitz zur Ruhe gekommen, der von den Ausnehmungen 26 gebildet
wird, wobei die Backen 38 zueinander zurückgegangen
sind, wodurch der Kolbenbolzen 14 im Zangenelement 30 mit
einer Einschnappkupplung gehalten wird.
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Die
Backen 38 und deren Zähne 40 sind
so bemessen und ausgebildet, dass jene Kräfte, die zwischen der Pleuelstange 10 und
dem Kolben 16 während
des Ansaugtakts wirken, nicht groß genug sind, um die Backen 38 in
Richtung der Pfeile B zu öffnen (5),
wobei diese elastische Öffnung
nach außen, um
den Kolbenbolzen 14 aus dem Zangenelement 30 freizugeben,
jedoch durch eine Kraft mit der Hand oder mit einem Werkzeug möglich ist,
um die Pleuelstange 10 vom Kolben 16 zu demontieren.
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Nunmehr
wird auf 7 bis 12 Bezug genommen,
um eine zweite Ausführungsform
der Erfindung zu beschreiben.
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In 7 bis 12 sind
Teile, die mit Teilen von 1 bis 6 ident
oder äquivalent
sind, mit den gleichen Bezugsziffern versehen, die jedoch um 100
erhöht
sind.
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Bei
der Ausführungsform
von 7 bis 12 trägt die Pleuelstange die Bezugsziffer 110, ihr
kleines Ende die Bezugsziffer 112 und der Kolbenbolzen
die Bezugsziffer 114.
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Ein
Kolben, der der Pleuelstange 110 zugeordnet ist, ist allgemein
mit der Bezugsziffer 116 versehen.
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Der
Kolben 116, der wiederum aus einem gespritzten oder gesinterten
Leichtmetallbauteil oder auch aus einem tiefgezogenen Metallteil
bestehen kann, ist schalenförmig
mit einem zylindrischen Mantel 118 und einer Stirnwand 120 ausgebildet.
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Ein
Zangenelement, das allgemein die Bezugsziffer 130 trägt, ist
im Kolben 110 befestigt und soll nunmehr besonders im Zusammenhang
mit 8 beschrieben werden.
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Bei
der Ausführungsform
von 7 bis 12 wird das Zangenelement 130 wiederum
von einem einzigen Teil eines gestanzten und gebogenen Metallblechs
gebildet, das aus einem Metall besteht, das elastische Eigenschaften
besitzt, beispielsweise aus einem Edelstahl oder einem nichtrostenden Stahl.
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Das
Zangenelement 130 enthält
einen plattenförmigen
Basisteil 132 sowie ein Paar von Zangenteilen 134,
die an zwei einander gegenüber
liegenden Seiten des Basisteils 132 angeordnet sind.
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Jeder
der Zangenteile 134 enthält ein entsprechendes Joch 136 neben
dem Basisteil sowie ein paar von elastischen Backen 138.
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An
Stelle der Ausnehmung 26 der Ausführungsform von 1 bis 6 besitzt
jedes der Joche 136 innerhalb des Zangenteils 134 eine
entsprechende konkav gebogene Kante 126 in Form eines Zylindersegments,
die einen Lagersitz für
den Kolbenbolzen 114 im Kolben 116 bildet.
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Jede
der elastischen Backen 138 besitzt im Bereich ihres freien
Endes einen entsprechenden Einschnappkupplungs-Zahn 140,
der zum anderen Zahn 140 vorspringt.
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Jeder
der Zähne 140 besitzt
eine Einführfläche 142.
Die Einführflächen 142 eines
jeden Zangenteils 134 sind so angeordnet, dass sie eine
sich erweiternde Öffnung
bilden, wie dies bei der Ausführungsform
von 1 bis 6 der Fall ist.
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Im
zusammengebauten Zustand wird das Zangenelement 130 auf
die Stirnwand 120 des Kolbens 116 geschweißt oder
geklebt.
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Eine
dicke Linie 144 in 10, 11 und 12 kennzeichnet
ohne Unterscheidung einen Bereich, in dem der plattenförmige Teil 142 mit
der Stirnwand 120 verschweißt oder verklebt ist.
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Wenn
ein Verschweißen
Verwendung findet, so kann dies bei dieser Ausführungsform vorteilhaft mit
einem Verfahren mit kapazitiven Entladungen ausgeführt werden.
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9 zeigt
den Kolben 116 vor dem Zusammenbau und ohne das Zangenelement 130.
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In 10 wurde
das Zangenelement 130 mit der Stirnwand 120 im
Bereich 144 verschweißt
oder verklebt.
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Um
mit der Montage der Pleuelstangen/Kolben-Einheit fortzufahren, wobei
das Zangenelement 130 am Kolben 116 befestigt
ist, wie dies 10 zeigt, wird die Pleuelstange 110 zum
Kolben 116 gebracht, wie dies 11 zeigt,
wobei der Kolbenbolzen 114 auf die abgeschrägten Flächen 142 der
Backen 138 gelegt wird.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
genügt
es dann, dass eine Kraft oder ein Druck auf die Pleuelstange 110 in
Richtung des Pfeils A von 11 aufgebracht
wird, um die Backen 138 in Richtung der Pfeile B nach außen zu öffnen und
den Kolbenbolzen 114 zwischen die Backen einzusetzen, bis
die Endstellung von 12 erreicht ist.
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In
der Stellung von 12 ist der Kolbenbolzen 114 in
jenem Sitz zur Ruhe gekommen, der von den konkav gebogenen Kanten 126 der
Joche 136 gebildet wird, wobei die Backen 138 zueinander
zurückgegangen
sind, wodurch der Kolbenbolzen 114 im Zangenelement 130 mit
einer Einschnappkupplung gehalten wird.
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Auch
bei dieser zweiten Ausführungsform sind
die Backen 138 und deren Zähne 140 so bemessen
und ausgebildet, dass jene Kräfte,
die zwischen der Pleuelstange 110 und dem Kolben 116 während des
Ansaugtakts wirken, nicht groß genug
sind, um die Backen 136 nach außen in Richtung der Pfeile
B zu öffnen
(11), wobei diese elastische Öffnung nach außen, um
den Kolbenbolzen 114 aus dem Zangenelement 130 freizugeben,
immer noch durch eine Kraft mit der Hand oder mit einem Werkzeug möglich ist,
um die Pleuelstange 110 vom Kolben 116 zu demontieren.