EP2505837B1 - Kolbenkompressor - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a reciprocating compressor with one or more pistons.
- the piston compressor according to the invention has one or more pistons.
- the piston compressor has at least two pistons driven by a common crankshaft, wherein a first piston is designed as a one-piece piston and a second piston as a multi-part piston according to the fol lowing description.
- the one-piece piston is preferably formed in one piece and has a piston skirt and a piston crown made of aluminum, while the second piston vorzua mecanic a piston skirt made of aluminum and a piston crown made of steel. Since preferably the first piston has a larger diameter than the second piston, a mass balance can be achieved in this way, so that the second piston has substantially the same weight as the first piston.
- At least one piston is designed as a multi-part piston.
- the piston is composed of at least a first and second part.
- the first part is a piston skirt and the second part is a piston crown.
- these two parts are made of different materials.
- the piston crown it is possible for the piston crown to choose a material with a greater density in order to be able to form a smaller piston correspondingly heavier and thus to provide mass balance when a plurality of pistons are driven by a common crankshaft.
- the piston skirt can be selected in its material so that it is in terms of its thermal
- the piston crown is made of a material of greater density than the piston skirt.
- the piston crown When the piston crown is formed of a higher density material, it becomes heavier and results in a higher weight of the piston, so that the weight of a smaller piston can be increased to substantially equal to the weight of a larger piston made of a material is made with a lower density corresponds, and so a mass balance between the piston can be achieved.
- the piston skirt is particularly preferably made of aluminum and the piston crown is made of steel.
- the design of the piston skirt made of aluminum is particularly useful when the cylinder is made of aluminum.
- the sealing rings between the piston and the cylinder serving piston rings are preferably in the region of the piston head, that is arranged on the outer circumference of the piston crown. In this area, the piston rings can compensate for dimensional changes due to differential thermal expansion between cylinder and piston crown.
- the piston crown is made of gray cast iron, for example or made of stainless steel, especially stainless steel, so that it has a good corrosion resistance.
- the first and the second part are particularly preferably screwed together. You can do this.
- Screws are used, which extend parallel to the piston longitudinal axis through the wall of the piston head and engage in threaded holes in the piston crown.
- Fig. 1 shows the basic structure of a reciprocating compressor, wherein the piston compressor shown here is formed in two stages with two cylinders 2 and 4.
- the pistons arranged in the cylinders are driven by an electric motor 6 via a common crankshaft.
- B. an internal combustion engine come Enficient.
- the cylinder 2 forms a first stage of the reciprocating compressor and the compressed gas in cylinder 2 is fed via an intercooler 8 to the cylinder 4 of the second stage.
- the cylinder 4 of the second stage is smaller than the cylinder 2, that is, it has a smaller internal displacement in the interior, since the gas entering the cylinder 4 already in the first stage, ie in the cylinder 2 was compressed.
- the second stage piston 10 has a smaller diameter than the first stage piston.
- FIGS. 2 and 3 now show the structure of the piston 10, as it is used in the second stage in the second cylinder 4.
- the piston arranged in the first cylinder 2 may be conventionally made in one piece from aluminum.
- the piston 10 is formed in two parts and has a piston skirt 12, which forms the first part, and a piston head 14, which forms the second part.
- the piston skirt 12 is made of aluminum and the piston crown 14 z. B. of gray cast iron or steel, especially stainless steel.
- In the piston skirt 12 of the piston pin 18 is arranged for connection to a push rod or a connecting rod.
- the piston skirt 12 and the piston crown 14 are connected to one another via four screws 20, the screws 20 extend through bores 22 in the piston skirt 12 parallel to the longitudinal axis or movement axis X of the piston 12. The screws 20 then engage with threaded holes 24 in threaded holes the piston head 14 a. The screws 20 thus extend over the entire axial length of the piston skirt 12 and fix this fixed to the piston head 14. By screwing an easy assembly of the piston is possible. In the embodiment shown, four screws 20 are distributed over the circumference of the piston skirt, but it is understood that less or more screws 20 could be used here.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor mit einem oder mehreren Kolben.
- Bei Kolbenkompressoren ist es bekannt, zum Erreichen höherer Drücke mehrstufige Kolbenkompressoren einzusetzen, bei welchen eine stufenweise Verdichtung in aufeinanderfolgenden Zylindern erfolgt. Da bei der Verdichtung das Volumen abnimmt, verkleinert sich das Hubvolumen von Stufe zu Stufe. Üblicherweise werden dazu die Kolben und Zylinder in ihrem Durchmesser verkleinert. Die Kolben mit kleinerem Durchmesser haben auch ein geringeres Gewicht, sodass es bei Antrieb aller Kolben über eine gemeinsame Kurbelwelle zu Unwuchten und Vibrationen kommt. Man ist daher bestrebt, einen Massenausgleich zwischen den einzelnen Kolben zu erreichen. Daher ist es bekannt, beispielsweise einen ersten größeren Kolben aus Aluminium und einen zweiten kleineren Kolben aus Grauguss zu fertigen. Die Ausbildung des Kolbens aus Grauguss hat jedoch den Nachteil, dass es aufgrund eines anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu einem unerwünschten Spiel und zu Abdichtungsproblemen im Zylinder kommen kann, wenn der Zylinder nicht aus Grauguss besteht.
-
US 5,307,732 A sowieWO 00/06877 A1 - Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenkompressor dahingehend zu verbessern, dass ein besserer Massenausgleich zwischen den einzelnen Kolben erreicht werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch einen Kolbenkompressor mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den beigefügten Figuren.
- Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor weist einen oder mehrere Kolben auf. Der Kolbenkompressor weist dabei zumindest zwei von einer gemeinsamen Kurbelwelle angetriebene Kolben auf, wobei ein erster Kolben als einteiliger Kolben und ein zweiter Kolben als mehrteiliger Kolben gemäß der nachfolaenden Beschreibung ausgebildet ist. Der einteilige Kolben ist dabei vorzugsweise einstückig ausgebildet und weist ein Kolbenhemd und einen Kolbenboden aus Aluminium auf, während der zweite Kolben vorzuasweise ein Kolbenhemd aus Aluminium und einen Kolbenboden aus Stahl aufweist. Da vorzugsweise der erste Kolben einen größeren Durchmesser als der zweite Kolben aufweist, kann auf diese Weise ein Massenausgleich erzielt werden, sodass der zweite Kolben im Wesentlichen dasselbe Gewicht wie der erste Kolben aufweist.
- Es ist somit vorgesehen, dass zumindest ein Kolben als mehrteiliger Kolben ausgebildet ist. Dies bedeutet, der Kolben ist aus zumindest einem ersten und zweiten Teil zusammengesetzt. Der erste Teil ist ein Kolbenhemd und der zweite Teil ein Kolbenboden Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese beiden Teile aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind. So ist es möglich für den Kolbenboden ein Material mit größerer Dichte zu wählen, um einen kleineren Kolben entsprechend schwerer ausbilden zu können und so für einen Massenausgleich zu sorgen, wenn mehrere Kolben über eine gemeinsame Kurbelwelle angetrieben sind. Das Kolbenhemd kann in seinem Material so ausgewählt werden, dass er im Hinblick auf seine thermischen
- Eigenschaften optimiert und insbesondere an den Zylinder angepasst ist, sodass es so ausgebildet werden kann, dass, wenn es zur Erwärmung kommt, dies nicht zu einem übermäßigen Spiel zwischen Kolben und Zylinder führt.
- Bevorzugt ist der Kolbenboden aus einem Material größerer Dichte als das Kolbenhemd gefertigt.
- Wenn der Kolbenboden aus einem Material mit höherer Dichte ausgebildet wird, wird er schwerer ausgebildet und führt zu einem höheren Gewicht des Kolbens, sodass das Gewicht eines kleineren Kolbens so erhöht werden kann, dass es im Wesentlichen dem Gewicht eines größeren Kolbens, welcher aus einem Material mit geringerer Dichte gefertigt ist, entspricht, und so ein Massenausgleich zwischen den Kolben erreicht werden kann.
- Besonders bevorzugt besteht das Kolbenhemd aus Aluminium und der Kolbenboden aus Stahl. Die Ausbildung des Kolbenhemdes aus Aluminium bietet sich besonders dann, wenn auch der Zylinder aus Aluminium gefertigt ist. So kann erreicht werden, dass das Kolbenhemd und der Zylinder denselben thermischen Ausdehnungskoeffizient haben, sodass es bei Erwärmung nicht zu einem erhöhten Spiel zwischen Kolben und Zylinder kommt. Die der Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder dienenden Kolbenringe sind vorzugsweise im Bereich des Kolbenbodens, d. h. am Außenumfang des Kolbenbodens angeordnet. In diesem Bereich können die Kolbenringe Maßänderungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung zwischen Zylinder und Kolbenboden ausgleichen. Der Kolbenboden wird beispielsweise aus Grauguss oder aus Edelstahl, insbesondere rostfreiem Edelstahl gefertigt, sodass er eine gute Korrosionsfestigkeit aufweist.
- Der erste und der zweite Teil sind besonders bevorzugt miteinander verschraubt. Hierzu können.
- Schrauben verwendet werden, welche sich parallel zur Kolbenlängsachse durch die Wandung des Kolbenbodens hindurcherstrecken und in Gewindelöcher im Kolbenboden eingreifen. So kann sehr leicht eine feste Verbindung zwischen Kolbenboden und Kolbenhemd realisiert werden.
- Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschreiben. In diesem zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Gesamtansicht eines Kolbenkompressors gemäß der Erfindung,
- Fig. 2
- eine Schnittansicht durch einen Kolben des Kolbenkompressors entlang der Kolbenbolzen,
- Fig. 3
- eine um 45° gedrehte Schnittansicht des Kolbens gemäß
Fig. 2 . -
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Kolbenkompressors, wobei der hier gezeigte Kolbenkompressor zweistufig mit zwei Zylindern 2 und 4 ausgebildet ist. Die in den Zylindern angeordneten Kolben werden über eine gemeinsame Kurbelwelle von einem Elektromotor 6 angetrieben. Es können jedoch auch andere Antriebe wie z. B. ein Verbrennungsmotor zum Ensatz kommen. Der Zylinder 2 bildet eine erste Stufe des Kolbenverdichters und das in Zylinder 2 verdichtete Gas wird über einen Zwischenkühler 8 dem Zylinder 4 der zweiten Stufe zugeführt. In Fg. 1 ist zu erkennen, dass der Zylinder 4 der zweiten Stufe kleiner ausgebildet ist als der Zylinder 2, d. h. er weist im Inneren ein kleineres Hubvolumen auf, da das in den Zylinder 4 eintretende Gas bereits in der ersten Stufe, d. h. im Zylinder 2 komprimiert wurde. Entsprechend weist auch der Kolben 10 der zweiten Stufe einen kleineren Durchmesser als der Kolben der ersten Stufe auf. - Die
Figuren 2 und 3 zeigen nun den Aufbau des Kolbens 10, wie er in der zweiten Stufe im zweiten Zylinder 4 eingesetzt wird. Der in dem ersten Zylinder 2 angeordnete Kolben kann in herkömmlicherweise einstückig aus Aluminium hergestellt sein. Der Kolben 10 ist zweiteilig ausgebildet und weist ein Kolbenhemd 12 auf, welches den ersten Teil bildet, sowie einen Kolbenboden 14, welcher den zweiten Teil bildet. Das Kolbenhemd 12 ist aus Aluminium hergestellt und der Kolbenboden 14 z. B. aus Grauguss oder Stahl, insbesondere Edelstahl. Der Kolbenboden 14 trägt an seinem Außenumfang die Kolbenringe 16. In dem Kolbenhemd 12 ist der Kolbenbolzen 18 zur Verbindung mit einer Schubstange bzw. einem Pleuel angeordnet. - Das Kolbenhemd 12 und der Kolbenboden 14 sind über vier Schrauben 20 miteinander verbunden, die Schrauben 20 erstrecken sich durch Bohrungen 22 in dem Kolbenhemd 12 parallel zur Längsachse bzw. Bewegungsachse X des Kolbens 12. Die Schrauben 20 greifen dann mit ihrem Gewinde in Gewindelöcher 24 in den Kolbenboden 14 ein. Die Schrauben 20 erstrecken sich somit über die gesamte axiale Länge des Kolbenhemdes 12 und fixieren dieses fest am Kolbenboden 14. Durch die Verschraubung ist eine leichte Montage des Kolbens möglich. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Schrauben 20 über den Umfang des Kolbenhemdes verteilt, es ist jedoch zu verstehen, dass hier auch weniger oder mehr Schrauben 20 eingesetzt werden könnten.
-
- 2,4
- Zylinder
- 6
- Elektromotor
- 8
- Zwischenkühler
- 10
- Kolben
- 12
- Kolbenhemd
- 14
- Kolbenboden
- 16
- Kolbenringe
- 18
- Kolbenbolzen
- 20
- Schrauben
- 22
- Bohrungen
- 24
- Gewindelöcher
- X
- Kolbenlängs- bzw. Bewegungsachse
Claims (6)
- Kolbenkompressor mit zumindest zwei von einer gemeinsamen Kurbelwelle angetrieben Kolben, von welchen ein erster Kolben ein einteiliger Kolben ist und ein zweiter Kolben als mehrteiliger Kolben aus zumindest einem ersten Teil in Form eines Kolbenhemdes (12) und einem zweiten Teil in Form eines Kolbenbodens (14), welche aus unterschiedlichen Materialen gefertigt sind, zusammengesetzt ist.
- Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (14) aus einem Material größerer Dichte als der erste Teil (12) gefertigt ist.
- Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenhemd (12) aus Aluminium und der Kolbenboden (14) aus Stahl gefertigt sind.
- Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (12) und der zweite Teil (14) miteinander verschraubt sind.
- Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einteilige Kolben ein Kolbenhemd und einen Kolbenboden aus Aluminium aufweist.
- Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben einen größeren Durchmesser als der zweite Kolben (10) aufweist.
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