EP2161451A1 - Kolbenkompressor - Google Patents

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Publication number
EP2161451A1
EP2161451A1 EP08105270A EP08105270A EP2161451A1 EP 2161451 A1 EP2161451 A1 EP 2161451A1 EP 08105270 A EP08105270 A EP 08105270A EP 08105270 A EP08105270 A EP 08105270A EP 2161451 A1 EP2161451 A1 EP 2161451A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
crankshaft
compressor according
guide ring
stepped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08105270A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Beat Frefel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HAUG Kompressoren AG
Original Assignee
HAUG Kompressoren AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HAUG Kompressoren AG filed Critical HAUG Kompressoren AG
Priority to EP08105270A priority Critical patent/EP2161451A1/de
Publication of EP2161451A1 publication Critical patent/EP2161451A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F04B25/02—Multi-stage pumps of stepped piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/04—Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid

Definitions

  • the invention relates to a particular oil-free piston compressor for compressing gaseous media in plunger compressor construction according to the preamble of claim 1.
  • Such plunger compressors are characterized in that the piston and crankshaft are directly connected.
  • the driven via the connecting rod, reciprocally movable guide piston of plunger compressors can simultaneously form pressure piston.
  • Plunger compressors have long been known and in use.
  • a genre moderately comparable piston compressor is for example from the WO 02/068822 A1 known.
  • This document describes an oil-free plunger compressor with a single acting plunger. Compaction takes place only on one side of the stroke (ic in the upstroke).
  • a disadvantage of this design is that the delivery quantity per stroke is limited. In practice, several single-acting plungers are connected in parallel to increase the delivery quantity.
  • a major disadvantage of this multi-cylinder design is the greater space requirement and the greater production costs.
  • a piston compressor for compressing gaseous media in plunger compressor design has at least one piston, a crankshaft for driving the piston and a preferably substantially one-piece connecting rod, which connects the piston directly to the crankshaft.
  • the piston compressor is preferably oil-free. With the connecting rod, the rotational movement of the crankshaft can be converted into a linear movement for the piston.
  • the piston is designed as a stepped piston, which has at least two piston parts.
  • the second piston part or the further piston parts have a smaller diameter than the first piston part.
  • Each piston part is associated with a working space, wherein preferably one of the working spaces are cylindrical and the other working space or the other working spaces are annular.
  • the piston compressor according to the invention is designed as an oil-free plunger compressor.
  • a two-stage compression can be achieved with one revolution of the crankshaft, whereby the compression efficiency can be significantly improved.
  • Such a plunger compressor is particularly suitable for use in rail vehicles due to the small size. Of course, other applications are conceivable.
  • the reciprocating compressor can be designed as a single cylinder with a single stepped piston.
  • the piston compressor can thus be designed in a boxer design, in which the respective stepped pistons are arranged on opposite sides of the compressor.
  • the first piston part and the second piston part can each be accommodated in a cylinder, wherein for predetermining the working spaces at least one of the cylinders and preferably each of the cylinders is closed by a plate with a valve arrangement (also abbreviated to "valve plate” hereinafter) is.
  • a plate with a valve arrangement also abbreviated to "valve plate” hereinafter
  • a plate is for example in the WO 2005/059362 been described.
  • the first piston part i. the piston part with the largest diameter, can form the front end of the stepped piston.
  • the second piston part forms the front end of the stepped piston. In this case, there would be a compressor in which the compression in the work spaces would be done in common mode.
  • the adjoining the connecting rod piston part may have a first guide ring for guiding in the cylinder.
  • the guide ring is slidably mounted in the cylinder and ensures a long life of the compressor.
  • the guide ring may be made of a high temperature resistant plastic with a low coefficient of friction, for example, a plastic based on PTFE.
  • the guide ring should consist of a high temperature resistant plastic with a low coefficient of friction, for example, a plastic based on PTFE.
  • first guide ring and the second guide ring are arranged at a distance from each other on the piston part.
  • At least one piston ring preferably two piston rings for sealing the respective working space, can be arranged between the two guide rings.
  • Such piston rings may for example consist of a plastic based on PTFE.
  • An advantageous sealing and guiding can result if the length of the first guide ring and optionally of the second guide ring measured in the axial direction of the piston is a multiple compared to the length of the at least one piston ring.
  • a multiple means that the guide rings are at least twice as long as the piston rings. It is particularly advantageous if the length of the first guide ring and optionally of the second guide ring is in each case at least five times, and particularly preferably approximately ten times, compared to the length of the piston ring.
  • the second guide ring arranged on the side facing away from the connecting rod of the piston part consists of plastic and in a starting position after a first mounting against the inner diameter of the respective cylinder and / or with respect to the plate with the valve assembly, through which the respective Piston part performed or feasible, has an undersize.
  • the second guide ring can be adapted precisely to the inside diameter of the cylinder and / or the plate by wear. This embodiment can lead to a further optimization of the guiding properties of the stepped piston in the cylinders and reduce the harmful volume.
  • a top valve plate which closes the working space at the end of the stepped piston, can connect a cylinder head, which is provided with channels for supplying and discharging the medium from the associated working space.
  • the lamella valve can essentially be made up of two disk bodies and a lamella part arranged sandwiched between them.
  • the fin part may have fixed and movable for a suction sections.
  • the movable portions may be formed, for example, as tongue-shaped lamellar portions ("tongue portions") which may be predetermined by correspondingly shaped cuts in the lamella portion.
  • crankshaft, the stepped piston and connecting rod at least in the end position form a unit that as a whole from outside to End position by targeted movement after at least one predetermined sequence of movements in a preferably one-piece housing part can be introduced.
  • the crankshaft can be rotatably supported via shaft bearings in the housing part in an end position.
  • the unit can be removed as a whole, starting from the end position of the housing part.
  • no additional cover parts or other crankcase parts are necessary for the rotatable mounting of the crankshaft.
  • the first piston part forms the front end of the stepped piston
  • the first piston part is fastened to the adjacent second piston part by means of a screw (for example a countersunk screw). Thanks to the detachable connection arrangement, the first piston part can be removed from the aforementioned unit, whereby disassembly of the valve plate and cylinder can be made, and then remove the entire crank mechanism unit via the opening on the crankcase.
  • FIG. 1 shows a designated with 1 plunger compressor with a cylinder 20, 21 movably arranged step piston 2.
  • the stepped piston is guided in the cylinder 21.
  • the stepped piston 2 is connected via a connecting rod 3 directly to the crankshaft 4.
  • a piston pin 28 and a piston pin bearing 29 are used for the connection of the stepped piston 2 with the crankshaft 4.
  • the stepped piston 2 consists of two piston parts, namely a first piston part 5 and a second piston part 6.
  • the piston part 5 is fastened to the lower piston part 6 by means of a countersunk screw. Both connecting rods 3 and crankshaft 4 are made in one piece.
  • the second piston part 6, which forms a guide piston evidently has a smaller diameter than the first piston part 5, which forms the front end of the stepped piston.
  • the first piston part 5 and the second piston part 6 are each received in a cylinder 20, 21.
  • the working axis of the stepped piston is designated A.
  • each of the cylinders 20, 21 by an in FIG. 1 only schematically illustrated plate 22, 23 closed with a valve assembly.
  • a valve plate 22, 23 includes valves (not shown) for the supply and removal of air or other gaseous medium.
  • a cylinder head 10 connects, which is provided with channels for supplying and discharging air or other gaseous medium from the associated working space 17 (the air supply and removal is indicated by arrows).
  • the valve plate 23 is clamped between the cylinders 20, 21.
  • the cylinder 21 is with channels provided for the supply and removal of air from the working space 18 (see arrows).
  • crankshaft 4 is mounted in a one-piece housing part 7.
  • the longitudinal direction in which the crankshaft 4 extends is indicated by an arrow x.
  • the crankcase further has an opening 15 and a lid formed as a cover part 16 which is detachably mounted on the opposite side of the stepped piston 7 of the housing part.
  • FIG. 2 shows a developed crank mechanism for the plunger compressor.
  • the crank mechanism forms a unit, which - as described below with reference to FIGS. 4 to 6 explained - as a whole in the crankcase can be installed or removed.
  • the unit basically consists of the three components: stepped piston 2, connecting rod 3 and crankshaft 4.
  • guide rings 24 and 25 can be seen, which consist of a plastic based on PTFE. Between these spaced guide rings 24 and 25 is a piston ring pair 26 which serves to seal the lower, annular working space.
  • the piston rings are also made of a PTFE-based plastic.
  • the length L1 and L2 of the first guide ring 24 and the second guide ring 25 measured in the axial direction A of the stepped piston is compared to the length designated L3 of the piston rings 26 in about ten times, whereby an optimal guiding and sealing effect can be achieved.
  • the second guide ring 25 has in a starting position after a first mounting against the inner diameter of the valve plate 23 an undersize, whereby after a first startup (inlet) of the guide ring 25 exactly adapted to the inner diameter of the valve plate 23 by wear is.
  • the upper piston part 5 is equipped with two piston rings 27 for sealing the cylindrical working space.
  • crankcase is configured substantially rectangular in a plan view.
  • the housing part 7 thus has two approximately cuboid cavities, which are separated by a wall portion. In the respective cavities respectively the (not visible here) crankshaft and clutch are added to a drive.
  • FIG. 4 shows the piston compressor in a prepared for disassembly position (or vice versa: mounting position), in which the drive-side components (in particular the clutch) and the cylinders were removed with cylinder head and valve plates. Furthermore, the in FIG. 1 With 16 designated cover plate of the crankcase removed, creating a mounting hole is formed. The mounting hole is in the FIGS. 4 and 5 indicated by a rectangle marked 15. The working axis A is located in the cavity in the middle.
  • FIG. 4 shows further that the housing part 7 basically basically rectangular and in particular the respective cavities for the crankshaft 4 on the one hand and for a coupling for connection to a drive on the other hand are designed rectangular.
  • the expansion of the shaft bearings creates openings 8 and 9.
  • the distance E between diagonally opposite edges 11 and 12 at the housing openings 8 and 9 is 2R.
  • the shaft ends 13 and 14 of the crankshaft 4 define a circle. This circle is indicated by a dot-dash line (circle center: A, circle radius: E / 2).
  • FIG. 4 further reveals that the housing part 7 is configured approximately cuboid.
  • crankshaft 4 After a rotation about the A-axis by 90 °, the crankshaft 4 (together with the connecting rods and pistons, not shown) is in a removal position. This position is in FIG. 5 shown. From the removal position, the crankshaft 4 is moved without further change in its angular position with respect to the axis A as a function of the (not shown) form of the mounting hole so far that it can be pulled out without resistance through the mounting hole 15.

Abstract

Ein Kolbenkompressor zum Verdichten von gasförmigen Medien in Tauchkolbenkompressor-Bauweise weist einen Stufenkolben (2), eine einteilige Kurbelwelle (4) zum Antreiben des Stufenkolbens (2) und einen einteiligen Pleuel (3) auf. Der Stufenkolben (2) enthält einen ersten Kolbenteil (5) und einen zweiten Kolbenteil (6), wobei der zweite Kolbenteil (6) einen kleineren Durchmesser als der erste Kolbenteil (5) aufweist. Zum Vorgeben von Arbeitsräumen (17, 18) ist jeder der den jeweiligen Kobenteilen zugeordneten Zylinder (17, 18) jeweils durch eine Platte (22, 23) mit einer Ventilanordnung verschlossen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen insbesondere ölfreien Kolbenkompressor zum Verdichten von gasförmigen Medien in Tauchkolbenkompressor-Bauweise gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Tauchkolbenkompressoren zeichnen sich dadurch aus, dass Kolben und Kurbelwelle direkt miteinander verbunden sind. Die über die Pleuel angetriebenen, hin und her bewegbaren Führungskolben von Tauchkolbenkompressoren können gleichzeitig Druckkolben bilden.
  • Tauchkolbenkompressoren sind seit längerer Zeit bekannt und gebräuchlich. Ein gattungsmässig vergleichbarer Kolbenkompressor ist beispielsweise aus der WO 02/068822 A1 bekannt geworden. Dieses Dokument beschreibt einen ölfreien Tauchkolbenkompressor mit einem einfachwirkenden Tauchkolben. Eine Verdichtung erfolgt nur auf eine Seite des Hubes (i.c. im Aufwärtshub). Ein Nachteil dieser Bauart ist, dass die Liefermenge pro Hub begrenzt ist. In der Praxis werden zur Steigerung der Liefermenge darum mehrere einfachwirkende Tauchkolben parallel geschaltet. Ein wesentlicher Nachteil dieser mehrzylindrigen Bauart ist der grössere Platzbedarf sowie die grösseren Herstellungskosten.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des Bekannten zu vermeiden und insbesondere einen Kolbenkompressor der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch gute Leistungsdaten auszeichnet. Weiterhin soll der Kompressor einfach und günstig herstellbar sein und insbesondere ölfrei ausgeführt werden können. Der Kolbenkompressor soll kompakt sein und insbesondere für den Einsatz in Schienenfahrzeugen geeignet sein.
  • Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben mit einem Kolbenkompressor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Kolbenkompressor zum Verdichten von gasförmigen Medien in Tauchkolbenkompressor-Bauweise weist wenigstens einen Kolben, eine Kurbelwelle zum Antreiben des Kolbens und einen vorzugsweise im Wesentlichen einteiligen Pleuel auf, der den Kolben direkt mit der Kurbelwelle verbindet. Der Kolbenkompressor ist bevorzugt ölfrei. Mit dem Pleuel ist die Drehbewegung der Kurbelwelle in eine lineare Bewegung für den Kolben umwandelbar. Der Kolben ist als Stufenkolben ausgebildet, der wenigstens zwei Kolbenteile aufweist. Der zweite Kolbenteil oder die weiteren Kolbenteile weisen einen kleineren Durchmesser als der erste Kolbenteil auf. Jedem Kolbenteil ist ein Arbeitsraum zugeordnet, wobei vorzugsweise einer der Arbeitsräume zylindrisch und der andere Arbeitsraum oder die übrigen Arbeitsräume ringförmig ausgebildet sind. Bevorzugt ist der erfindungsgemässe Kolbenkompressor als ölfreier Tauchkolbenkompressor ausgestaltet. Durch die Verwendung eines Stufenkolbens kann mit einer Umdrehung der Kurbelwelle eine zweistufige Verdichtung erreicht werden, wodurch der Verdichtungswirkungsgrad erheblich verbessert werden kann. Ein solcher Tauchkolbenkompressor eignet sich aufgrund der geringen Abmessung insbesondere auch für den Einsatz in Schienenfahrzeugen. Selbstverständlich sind aber auch andere Einsatzgebiete denkbar.
  • Der Kolbenkompressor kann als Einzylinder mit einem einzigen Stufenkolben ausgestaltet sein. Selbstverständlich ist es aber auch vorstellbar, mit der einen Kurbelwelle zwei gegenüberliegende oder mehrere nebeneinander liegende Stufenkolben anzutreiben. Im erstgenannten Fall kann der Kolbenkompressor beispielsweise also in Boxer-Bauweise ausgeführt sein, bei der die jeweiligen Stufenkolben auf gegenüberliegenden Seiten des Kompressors angeordnet sind.
  • In einer ersten Ausführungsform kann der erste Kolbenteil und der zweite Kolbenteil jeweils in einem Zylinder aufgenommen sein, wobei zum Vorgeben der Arbeitsräume wenigstens einer der Zylinder und vorzugsweise jeder der Zylinder jeweils durch eine Platte mit einer Ventilanordnung (nachfolgend auch abgekürzt "Ventilplatte" genannt) verschlossen ist. Eine derartige Platte ist beispielsweise in der WO 2005/059362 beschrieben worden.
  • Der erste Kolbenteil, d.h. der Kolbenteil mit dem grössten Durchmesser, kann das vordere Ende des Stufenkolbens bilden. Damit ergibt sich ein doppeltwirkender Tauchkolbenkompressor für eine Kompression im Gegentakt. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, dass der zweite Kolbenteil das vordere Ende des Stufenkolbens bildet. Im diesen Fall läge ein Kompressor vor, bei dem die Kompression in den Arbeitsräumen im Gleichtakt erfolgen würde.
  • Der an den Pleuel anschliessende Kolbenteil kann zum Führen im Zylinder einen ersten Führungsring aufweisen. Der Führungsring ist gleitend im Zylinder gelagert und gewährleistet eine lange Lebensdauer des Kompressors. Der Führungsring kann aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, beispielsweise ein Kunststoff auf Basis von PTFE, bestehen.
  • Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der an den Pleuel anschliessende Kolbenteil einen zweiten Führungsring aufweist, welcher in den Arbeitsraum reicht und dort das sogenannte Schadvolumen minimiert. Dadurch lässt sich die Führung und Stabilität verbessern, sowie der Verdichtungswirkungsgrad verbessern. Der Führungsring soll aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten, beispielsweise ein Kunststoff auf Basis von PTFE, bestehen.
  • Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn der erste Führungsring und der zweite Führungsring in einem Abstand voneinander auf dem Kolbenteil angeordnet sind. Zwischen den beiden Führungsringen kann wenigstens ein Kolbenring, vorzugsweise zwei Kolbenringe zum Abdichten des jeweiligen Arbeitsraumes angeordnet sein. Derartige Kolbenringe können beispielsweise aus einem Kunststoff auf Basis von PTFE bestehen.
  • Eine vorteilhafte Abdichtung und Führung kann sich dadurch ergeben, wenn die Länge des ersten Führungsrings und gegebenenfalls des zweiten Führungsringes gemessen in axialer Richtung des Kolbens im Vergleich zur Länge des wenigstens einen Kolbenrings ein Vielfaches beträgt. Ein Vielfaches bedeutet, dass die Führungsringe wenigstens doppelt so lang wie die Kolbenringe sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Länge des ersten Führungsrings und gegebenenfalls des zweiten Führungsrings im Vergleich zur Länge des Kolbenrings jeweils wenigstens das fünffache und besonders bevorzugt etwa das zehnfache beträgt.
  • Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn der auf der dem Pleuel abgewandten Seite des Kolbenteils angeordnete zweite Führungsring aus Kunststoff besteht und in einer Ausgangsstellung nach einer ersten Montage gegenüber dem Innendurchmesser des jeweiligen Zylinders und/oder gegenüber der Platte mit der Ventilanordnung, durch welche der jeweilige Kolbenteil durchgeführt oder durchführbar ist, ein Untermass aufweist. Dadurch ist nach einer ersten Inbetriebnahme (Einlaufvorgang) der zweite Führungsring genau auf den Innendurchmesser des Zylinders und/oder der Platte durch Abnützung anpassbar. Diese Ausgestaltung kann zu einer weiteren Optimierung der Führungseigenschaften des Stufenkolbens in den Zylindern führen und das Schadvolumen reduzieren.
  • An einer obersten Ventilplatte, die den Arbeitsraum am Ende des Stufenkolbens verschliesst, kann ein Zylinderkopf anschliessen, der mit Kanälen zum Zu- und Abführen des Mediums aus dem zugehörigen Arbeitsraum versehen ist.
  • Sodann kann es vorteilhaft sein, wenn wenigstens eine der Ventilplatten und vorzugsweise jede der Ventilplatten als Lamellenventil ausgebildet ist bzw. sind. Das Lamellenventil kann dabei im Wesentlichen aus zwei Scheibenkörpern und einem sandwichartig dazwischen angeordneten Lamellenteil aufgebaut sein. Das Lamellenteil kann feststehende und für einen Ansaugvorgang beweglichen Abschnitte aufweisen. Die beweglichen Abschnitte können beispielsweise als zungenförmige Lamellenabschnitte ("Zungenabschnitte") ausgebildet sein, die durch entsprechend geformte Schnitte im Lamellenteil vorgeben sein können.
  • Für eine einfache und günstige Herstellbarkeit und Handhabbarkeit bei der Montage oder Demontage kann es schliesslich vorteilhaft sein, wenn Kurbelwelle, der Stufenkolben und Pleuel wenigstens in der Endstellung (in dieser Endstellung ist der Kompressor betriebsbereit) eine Einheit bilden, die als Ganzes von Aussen bis zur Endstellung durch gezieltes Bewegen nach wenigstens einem vorbestimmten Bewegungsablauf in ein vorzugsweise einteiliges Gehäuseteil einbringbar ist. Die Kurbelwelle kann dabei über Wellenlager im Gehäuseteil in einer Endstellung drehbar gelagert sein. Zur Demontage kann die Einheit als Ganzes ausgehend von der Endstellung aus dem Gehäuseteil entfernbar sein. Vorzugsweise sind für die drehbare Lagerung der Kurbelwelle keine zusätzlichen Deckteile oder andere Kurbelgehäuseteile nötig. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Anzahl Schnittstellen, die eine hohe Passgenauigkeit erfordern, erheblich reduziert werden kann. Ein Austauschen der Kurbeltrieb-Einheit kann auch von einem Mechaniker ohne Spezialkenntnisse einfach und schnell erfolgen. Aufgrund der vorteilhaften Kompaktheit des Kolbenkompressors eignet sich dieser auch speziell für den Einsatz in Schienenfahrzeugen.
  • Wenn der erste Kolbenteil das vordere Ende des Stufenkolbens bildet, kann es vorteilhaft sein, wenn der erste Kolbenteil am benachbarten, zweiten Kolbenteil mittels einer Schraube (z.B. eine Senkschraube) befestigt ist. Dank der lösbaren Verbindungsanordnung kann der erste Kolbenteil von der vorgenannten Einheit entfernt werden, wodurch eine Demontage von Ventilplatte und Zylinder ermöglicht werden kann, um dann die ganze Kurbeltrieb-Einheit über die Öffnung am Kurbelgehäuse auszubauen.
  • Weitere Einzelmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und aus den Zeichnungen. Es zeigen:
    • Figur 1:
    Einen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Tauchkolbenkompressor,
    Figur 2:
    Eine Kurbeltrieb-Einheit mit Stufenkolben, Pleuel und Kurbelwelle des Tauchkolbenkompressors gemäss Figur 1,
    Figur 3:
    Ein Kurbelgehäuse mit ausgebautem Deckelteil des Tauchkolbenkompressors gemäss Figur 1
    Figur 4:
    Das Kurbelgehäuse mit einer darin angeordneten Kurbelwelle in einer Ruhestellung (Schnittlinie B-B gemäss Figur 1), und
    Figur 5:
    Das Kurbelgehäuse mit der Kurbelwelle in einer Entnahmestellung.
  • Figur 1 zeigt einen mit 1 bezeichneten Tauchkolbenkompressor mit einem in Zylinder 20, 21 beweglich angeordneten Stufenkolben 2. Der Stufenkolben ist im Zylinder 21 geführt. Für diese Bauweise ist der Stufenkolben 2 über einen Pleuel 3 direkt mit der Kurbelwelle 4 verbunden. Kolbenseitig werden für die Verbindung des Stufenkolbens 2 mit der Kurbelwelle 4 ein Kolbenbolzen 28 und ein Kolbenbolzenlager 29 verwendet. Der Stufenkolben 2 besteht aus zwei Kolbenteilen, nämlich einem ersten Kolbenteil 5 und einem zweiten Kolbenteil 6. Der Kolbenteil 5 ist mittels einer Senkschraube am unteren Kolbenteil 6 befestigt. Sowohl Pleuel 3 als auch Kurbelwelle 4 sind einteilig ausgeführt. Der zweite Kolbenteil 6, der einen Führungskolben bildet, verfügt ersichtlicherweise über eine kleineren Durchmesser als der erste Kolbenteil 5, der das vordere Ende des Stufenkolbens bildet. Somit erfolgt die Kompression in den jeweiligen Arbeitsräumen 17, 18 des doppeltwirkenden Tauchkolbenkompressors im Gegentakt.
  • Der erste Kolbenteil 5 und der zweite Kolbenteil 6 sind jeweils in einem Zylinder 20, 21 aufgenommen. Die Arbeitsachse des Stufenkolbens ist mit A bezeichnet. Zum Vorgeben von Arbeitsräumen 17 und 18 ist jeder der Zylinder 20, 21 durch eine in Figur 1 nur schematisch dargestellte Platte 22, 23 mit einer Ventilanordnung verschlossen. Eine solche Ventilplatte 22, 23 enthält (nicht dargestellte) Ventile zum Zu- und Abführen von Luft oder eines anderen gasförmigen Mediums. An der obersten Ventilplatte 22 schliesst ein Zylinderkopf 10 an, der mit Kanälen zum Zu- und Abführen von Luft oder eines anderen gasförmigen Mediums aus dem zugehörigen Arbeitsraum 17 versehen ist (die Luftzu- und -abfuhr ist mit Pfeilen angedeutet). Die Ventilplatte 23 ist zwischen den Zylindern 20, 21 eingeklemmt. Der Zylinder 21 ist mit Kanälen zum Zu- und Abführen von Luft aus dem Arbeitsraum 18 versehen (siehe Pfeile).
  • Aus Figur 1 ist weiter erkennbar, dass die Kurbelwelle 4 in einem einteiligen Gehäuseteil 7 gelagert ist. Die Längsrichtung, in der sich die Kurbelwelle 4 erstreckt ist mit einem Pfeil x angedeutet. Das Kurbelgehäuse weist weiterhin eine Öffnung 15 und ein als Abdeckblech ausgebildetes Deckelteil 16 auf, das auf der dem Stufenkolben gegenüberliegenden Seite des Gehäuseteils 7 lösbar angebracht ist.
  • Figur 2 zeigt einen ausgebauten Kurbeltrieb für den Tauchkolbenkompressor. Der Kurbeltrieb bildet eine Einheit, die - wie nachfolgend anhand der Figuren 4 bis 6 erläutert - als Ganzes in das Kurbelgehäuse einbaubar oder entfernbar ist. Die Einheit besteht im Wesentlichen aus den drei Komponenten: Stufenkolben 2, Pleuel 3 sowie Kurbelwelle 4. In Figur 2 sind weiter zwei am Kolbenteil 6 angebrachte Führungsringe 24 und 25 erkennbar, die aus einem Kunststoff auf PTFE-Basis bestehen. Zwischen diesen voneinander beabstandenden Führungsringen 24 und 25 befindet sich ein Kolbenring-Paar 26 das zum Abdichten des unteren, ringförmigen Arbeitsraumes dient. Die Kolbenringe bestehen ebenfalls aus einem Kunststoff auf PTFE-Basis. Die Länge L1 und L2 des ersten Führungsrings 24 und des zweiten Führungsrings 25 gemessen in axialer Richtung A des Stufenkolbens beträgt im Vergleich zur mit L3 bezeichneten Länge der Kolbenringe 26 in etwa das Zehnfache, wodurch eine optimale Führungs- und Dichtwirkung erzielt werden kann. Der zweite Führungsring 25 weist in einer Ausgangsstellung nach einer ersten Montage gegenüber dem Innendurchmesser der Ventilplatte 23 ein Untermass auf, wodurch nach einer ersten Inbetriebnahme (Einlaufvorgang) der Führungsring 25 genau auf den Innendurchmesser der Ventilplatte 23 durch Abnützung anpassbar ist. Der obere Kolbenteil 5 ist mit zwei Kolbenringen 27 zum Abdichten des zylindrischen Arbeitsraums bestückt.
  • Wie Figur 3 zeigt, ist das Kurbelgehäuse im Wesentlichen in einer Draufsicht rechteckig ausgestaltet. Das Gehäuseteil 7 weist somit also zwei etwa quaderförmige Hohlräume auf, die durch einen Wandabschnitt voneinander getrennt sind. In den jeweiligen Hohlräumen sind jeweils die (hier nicht erkennbaren) Kurbelwelle und Kupplung zu einem Antrieb aufgenommen.
  • Aus den Figuren 4 und 5 geht hervor, wie die Einheit aus Stufenkolben, Pleuel und Kurbelwelle demontiert werden kann, wobei der Einfachheit halber in den Figuren 4 und 5 jeweils nur die Kurbelwelle 4 dargestellt ist. Figur 4 zeigt den Kolbenkompressor in einer für die Demontage vorbereiteten Position (oder umgekehrt: Montageposition), bei der die antriebseitigen Komponenten (insbesondere die Kupplung) sowie die Zylinder mit Zylinderkopf und Ventilplatten entfernt wurden. Weiterhin wurde das in Figur 1 mit 16 bezeichnete Abdeckblech des Kurbelgehäuses entfernt, wodurch eine Montageöffnung entsteht. Die Montageöffnung ist in den Figuren 4 und 5 mit einem mit 15 gekennzeichneten Rechteck angedeutet. Die Arbeitsachse A befindet sich im Hohlraum in der Mitte. Figur 4 zeigt weiterhin, dass das Gehäuseteil 7 grundsätzlich etwa rechteckig und insbesondere auch die jeweiligen Hohlräume für die Kurbelwelle 4 einerseits und für eine Kupplung zum Anschliessen an einen Antrieb anderseits rechteckig ausgestaltet sind. Durch den Ausbau der Wellenlager entstehen Öffnungen 8 und 9. Die Entfernung E zwischen einander diagonal gegenüberliegenden Kanten 11 und 12 bei den Gehäuseöffnungen 8 und 9 beträgt 2R. Bei einer Drehung der Kurbelwelle 4 um die Achse A definieren die Wellenenden 13 und 14 der Kurbelwelle 4 einen Kreis. Dieser Kreis ist durch eine strichpunktierte Linie angedeutet (Kreiszentrum: A, Kreisradius: E/2). Die Kurbelwelle und das Gehäuseteil sind derart ausgestaltet, dass der Durchmesser dieses Kreises (2R) etwas kleiner als die erwähnte Entfernung E ist (z.B. E - 2R = 0,5 ... 5mm). Aus Figur 4 erschliesst sich weiterhin, dass das Gehäuseteil 7 etwa quaderförmig ausgestaltet ist.
  • Nach einer Drehung um die A-Achse um 90° befindet sich die Kurbelwelle 4 (zusammen mit den nicht dargestellten Pleueln und Kolben) in einer Entnahmestellung. Diese Stellung ist in Figur 5 dargestellt. Aus der Entnahmestellung wird die Kurbelwelle 4 ohne weitere Veränderung ihrer Winkellage bezogen auf die Achse A in Abhängigkeit der (nicht dargestellten) Form der Montageöffnung soweit verschoben, dass sie widerstandsfrei durch die Montageöffnung 15 herausgezogen werden kann.

Claims (12)

  1. Kolbenkompressor (1) zum Verdichten von gasförmigen Medien in Tauchkolbenkompressor-Bauweise, insbesondere ölfreier Kolbenkompressor mit wenigstens einem Kolben (2), einer Kurbelwelle (4) zum Antreiben des Kolbens (2) und einem Pleuel (3), der den Kolben (2) direkt mit der Kurbelwelle (4) verbindet und mit dem die Drehbewegung der Kurbelwelle in eine lineare Bewegung für den Kolben umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) als Stufenkolben enthaltend einen ersten Kolbenteil (5) und wenigstens einen zweiten Kolbenteil (6) ausgebildet ist, wobei der zweite Kolbenteil (6) einen kleineren Durchmesser als der erste Kolbenteil (5) aufweist und wobei jedem Kolbenteil (5, 6) ein Arbeitsraum (17, 18) zugeordnet ist.
  2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolbenteil (5) und der zweite Kolbenteil (6) jeweils in einem Zylinder (20, 21) aufgenommen sind, wobei zum Vorgeben der Arbeitsräume (17, 18) wenigstens einer der Zylinder und vorzugsweise jeder der Zylinder (17, 18) jeweils durch eine Platte (22, 23) mit einer Ventilanordnung verschlossen ist.
  3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolbenteil (5) das vordere Ende des Stufenkolbens (2) bildet.
  4. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Pleuel (3) anschliessende Kolbenteil (6) zum Führen im Zylinder (21) einen ersten Führungsring (24) aufweist.
  5. Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Pleuel (3) anschliessende Kolbenteil (6) einen zweiten Führungsring (25) aufweist.
  6. Kolbenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Führungsring (24) und der zweite Führungsring (25) in einem Abstand voneinander auf dem Kolbenteil (6) angeordnet sind und dass zwischen den beiden Führungsringen (24, 25) wenigstens ein Kolbenring (26) zum Abdichten des jeweiligen Arbeitsraumes (18) angeordnet ist.
  7. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L1, L2) des ersten Führungsrings (24) und gegebenenfalls des zweiten Führungsrings (25) gemessen in axialer Richtung des Kolbens im Vergleich zur Länge des wenigstens einen Kolbenrings (26) ein Vielfaches beträgt.
  8. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der dem Pleuel (3) abgewandten Seite des Kolbenteils (6) angeordnete, zweite Führungsring (25) aus Kunststoff besteht und in einer Ausgangsstellung nach einer ersten Montage gegenüber dem Innendurchmesser des jeweiligen Zylinders (21) und/oder gegenüber der Platte (23) mit der Ventilanordnung, durch welche der jeweilige Kolbenteil (6) durchgeführt ist, ein Untermass aufweist, wodurch nach einer ersten Inbetriebnahme (Einlaufvorgang) der zweite Führungsring (25) genau auf den Innendurchmesser des Zylinders (21) und/oder der Platte (23) durch Abnützung anpassbar ist.
  9. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer obersten Platte (22) mit einer Ventilanordnung, die den Arbeitsraum (17) am Ende des Stufenkolbens (2) verschliesst, ein Zylinderkopf (10) anschliesst, der mit Kanälen zum Zu- und Abführen des Mediums aus dem zugehörigen Arbeitsraum (17) versehen ist.
  10. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Platten (22, 23) mit einer Ventilanordnung und vorzugsweise jede der Platten (22, 23) mit einer Ventilanordnung als Lamellenventile ausgebildet ist oder sind.
  11. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kurbelwelle (4), Stufenkolben (2) und Pleuel (3) eine Einheit bilden und dass die Kurbelwelle (4) über Wellenlager in einem vorzugsweise einteiligen Gehäuseteil (7) in einer Endstellung drehbar gelagert ist, wobei das Gehäuseteil (7) derart ausgebildet ist, dass die Einheit aus Kurbelwelle (4), Stufenkolben (2) und Pleuel (3) als Ganzes von aussen bis zur Endstellung in das Gehäuseteil (7) einbringbar ist oder ausgehend von der Endstellung aus dem Gehäuseteil (7) durch gezieltes Bewegen nach wenigstens einem vorbestimmten Bewegungsablauf der Einheit entfernbar ist.
  12. Kolbenkompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (7) zwei einander gegenüberliegende Öffnungen (8, 9) aufweist, in die Wellenlager (5, 6) einbaubar oder eingebaut sind, wobei die Öffnungen (8, 9) und die Kurbelwelle (4) derart dimensioniert sind, dass die Kurbelwelle (4) um eine im rechten Winkel zur Längsrichtung verlaufende zentrale Achse (z) im Gehäuseteil (7) um einen Drehwinkel bis zu 90° in eine Entnahmestellung drehbar ist.
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