WO2002018786A1 - Kolbenkompressor für fahrzeuge (kolbenbefestigungsanordnung) - Google Patents

Kolbenkompressor für fahrzeuge (kolbenbefestigungsanordnung) Download PDF

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WO2002018786A1
WO2002018786A1 PCT/EP2001/008791 EP0108791W WO0218786A1 WO 2002018786 A1 WO2002018786 A1 WO 2002018786A1 EP 0108791 W EP0108791 W EP 0108791W WO 0218786 A1 WO0218786 A1 WO 0218786A1
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piston
connecting rod
screw
bore
pin
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PCT/EP2001/008791
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Michael Hartl
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Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/10—Connection to driving members
    • F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
    • F16J1/16—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with gudgeon-pin; Gudgeon-pins
    • F16J1/18—Securing of gudgeon-pins
    • 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
    • F04B39/0005—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 adaptations of pistons
    • 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
    • F04B39/14—Provisions for readily assembling or disassembling

Definitions

  • Piston compressor for vehicles (piston mounting arrangement)
  • the He Indation relates to a piston compressor for vehicles, especially for rail vehicles, which consists essentially of a rotary motion generating drive unit and a downstream compressor unit, which consists essentially of at least one pot-like cylinder arranged on a housing for a crankshaft with an associated internal piston, wherein the crankshaft driven by the drive unit converts its rotary movement via a connecting rod into a linear movement for the piston for compressing air.
  • the piston compressors used in the vehicle sector are usually subjected to long continuous operation or frequent switching on and off, which leads to high heat development due to friction. For this reason, mainly oil-lubricated piston compressors have been used in the vehicle sector to date, which, if necessary, have a sufficient dissipation of excess heat via an oil cooling circuit to ensure an always optimal operating temperature.
  • a dry-running piston compressor works in its compressor unit without any lubricating oil in the housing. Instead, the lubrication on the piston raceway is replaced by a particularly low-friction dynamic sealing arrangement. All rotating components are usually roller bearings. The encapsulated roller bearings are provided with a temperature-resistant, long-life grease filling. Slidable components are largely avoided in the valve area. The sum of these measures makes oil lubrication in the compressor unit unnecessary. Consequently, for example, the risk of oiling up the compressed air generated by the compressor unit can also be excluded. Due to the omission of an oil circuit and larger additional balancing masses, a dry-running piston compressor can be made relatively lightweight.
  • the present invention which includes a piston attachment, can be used both in an oil-lubricated piston compressor and in a dry-running piston compressor with completely different cylinder arrangements in the compressor unit.
  • a compressor unit can also be designed in the manner of a multi-stage piston compressor with a low-pressure stage and at least one subsequent high-pressure stage or in some other way.
  • the sections which are defined by the peripheral edge of at least one end of the piston pin and the adjacent inner surface of the corresponding transverse bore of the piston are connected to one another via at least one welding point.
  • the welding spot is contained in a first welding area, which defines a defined section of the peripheral edge of the end of the piston pin
  • At least one further welding spot is placed in a substantially opposite second welding area.
  • the invention includes the technical teaching that the piston is mounted on the connecting rod via a piston pin having at least one radial threaded bore, which in
  • a transverse bore of the piston is inserted, at least one axial bore being provided in the piston on the end face side and in axial alignment with the radial threaded bore on the piston pin, via which a screw connection is made from the end face side of the piston by means of an associated screw, to attach the piston to the connecting rod .. o
  • the invention thus creates the advantage that the piston can be easily assembled or disassembled by loosening or tightening at least one standardized screw using a conventional hexagon wrench.
  • the screw connection is carried out from the face of the piston, i.e. from the compression space
  • the piston pin Since the position of the threaded holes according to the invention does not impair the strength of the piston pin, the piston pin can reliably perform its force-transmitting function between the connecting rod and the piston.
  • the solution according to the invention is particularly suitable for dry-running piston compressors, since play on the piston pin, which can lead to relative movements 0 between the piston and the piston pin, is avoided because of the fixed screw connection. Even with small relative movements, the piston pin would deflect in the transverse bore of the piston after only a short operating time due to the lack of oil damping in a dry-running piston compressor.
  • Exactly two axial bores are preferably provided in the piston on the end face side, which are arranged on both sides of the connecting rod and interact with corresponding threaded bores in the piston pin. With these holes, two standardized screws are then used to fasten the piston. This arrangement i forms a symmetrical distribution of force between the two screwing points used in order to create an optimal load situation when the piston is fastened.
  • the axial bore made in the piston on the end face side is countersunk on the end side in order to completely accommodate the head of the screw which is designed as a cylinder screw.
  • the piston it is also possible to design the piston with an elevated end region on the end face side in order to avoid that a screw head protrudes beyond the end face of the piston.
  • a lifelong-lubricated needle bearing is used in the through hole at the piston-side end of the connecting rod, which forms a rolling bearing point for the piston pin. It is also conceivable to use a simple plain bearing at this point with an oil-lubricated piston compressor.
  • the connecting rod can advantageously be fastened to the crankshaft via a roller bearing and, for this purpose, can have split half-shells which can be connected to one another and which, in their design, permit particularly simple assembly of the connecting rod through the cylinder opening in the housing.
  • At least one screw interacts with means for securing against automatic loosening.
  • means for securing against automatic loosening can be dispensed with, since under normal circumstances the screws secure themselves o solely due to the self-tensioning.
  • an adhesive is preferably provided as a means of securing against an automatic loosening of the screw, which creates a firm connection between the screw and the piston.
  • This securing measure for the screw is simple and effective.
  • the use of conventional spring washers or locking washers is also conceivable.
  • a simple assembly of the piston fastening arrangement can be carried out by a sequence of fewer assembly steps. First, the connecting rod is attached to the crankshaft already installed in the housing.
  • At least one piston is then placed on the associated connecting rod preassembled to that extent.
  • the piston pin is then inserted into the transverse bore of the piston and the aligned through-bore at the piston-side end of the connecting rod to form a clearance fit.
  • the piston pin is screwed to the piston via the at least one screw, if necessary secured, and the assigned cylinder becomes
  • FIG. 1 is an external perspective view of a piston compressor with .3 cylinders in 180 ° V construction
  • FIG. 2 shows a partial sectional view in the region of a cylinder of the piston or compressor according to FIG. 1 with a piston fastening arrangement according to the invention.
  • a dry-running piston compressor essentially consists of a 2-stage compressor unit 1 with a flanged drive unit 2.
  • the drive unit 2 s is designed as an electric motor and is detachably fastened to the housing 3 of the compressor unit 1 via a screw connection.
  • the drive unit 2 sets a crankshaft (not visible here) arranged in the housing 3 in a rotary movement which is converted into a lifting movement for pistons which are accommodated within the pot-like cylinders 4a to 4c fastened to the housing 3 for generating compressed air. Due to the piston movement, air is drawn in and compressed from the atmosphere via a filter arrangement 5 on the inlet side. The compressed air generated in this way passes through a cooler arrangement 6 and is then available to the compressed air system of a vehicle via connection 7.
  • the compressor unit 1 is designed as a multi-stage piston compressor with a low-pressure stage and a high-pressure stage.
  • the low pressure stage are the assigned to 4b and 4c; the cylinder 4a belongs to the high pressure stage.
  • the cylinders 4a to 4c are arranged on the housing 3 of the compressor unit 1 opposite in a 180 ° V construction.
  • Connection means 8 are provided for fastening the compressor unit 1 with a flanged drive unit 2 to a support structure of a vehicle, not shown.
  • FIG. 2 gives an insight into the interior of the compressor unit 1, for example in the area of a cylinder 4.
  • the cylinder 4 is closed at the end by a valve plate 9 by means of a cylinder head 10.
  • a valve plate 9 for fastening the cylinder head 10 to the cylinder 4
  • a liner 12 made of a low-friction hard material is embedded, within which a piston 13 is arranged to be able to move back and forth for generating compressed air.
  • a sealing ring 14 is provided within a groove-shaped recess on the upper edge region of the piston 13. The sealing ring
  • the linear drive of the piston 13 takes place via a crank drive arrangement by means of a connecting rod 15 which is connected on the side opposite the piston 13 to a crankshaft 16 which is only partially shown here.
  • the connecting rod 15 is fastened on the piston side by means of a piston pin 17 which is detachably connected to the piston 13.
  • a needle bearing 18 On the piston pin 17 o, the upper end of the connecting rod 15 is supported by a needle bearing 18 lubricated for life.
  • the connecting rod 15 is supported on the crankshaft side by a roller bearing 19.
  • the tubular piston pin 17 To fasten the tubular piston pin 17, it has two radial threaded bores 20a, 20b which are arranged in a spaced-apart manner and which extend parallel to the axis of the cylinder 4 and are arranged on both sides of the connecting rod 15.
  • the piston pin 17 is - forming a clearance fit - inserted into a transverse bore 21 of the piston 13.
  • the length of the piston pin 17 is such that it can be fully inserted into the transverse bore 21.
  • the central region of the piston pin 17 interacts with a through hole 22 at the piston end of the connecting rod 15 to form the bearing point via the needle bearing 18.
  • the piston 13 has two parallel axial bores 23a, 23b corresponding to the two threaded bores 20a, 20b.
  • the axial bores 23a, 23b are in alignment with the threaded bores 20a, 20b of the piston pin 17. follows a screw connection by assigned standardized screws 24a, 24b, so that the piston pin 17 is fixedly attached to
  • the piston mounting arrangement according to the invention in a preferably dry-running piston compressor makes it possible, using components that are easy to manufacture, to reliably and without a special tool detachable fastening of a piston pin to a piston.

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Abstract

Um bei einem Kolbenkompressor, eine unter Einsatz einfach zu fertigender Bauteile zuverlässige und ohne ein Spezialwerkzeug lösbare Kolbenbolzenbefestigung zur schaffen, wird vorgeschlagen, daß der Kolben (13) am Pleuel (15) über einen mindestens eine radiale Gewindebohrung (20a, 20b) aufweisenden Kolbenbolzen (17) gelagert ist, der in eine Querbohrung (21) des Kolbens (13) sowie eine Durchgangsbohrung (22) des Pleuels (15) eingeschoben ist, wobei mindestens eine stirnflächenseitig in den Kolben (13) eingebrachte und in fluchtende Übereinstimmung mit der radialen Gewindebohrung (20a, 20b) am Kolbenbolzen (17) stehende Axialbohrung (23a, 23b) vorgesehen ist, worüber mittels einer zugeordneten Schraube (24a, 24b) von der Stirnflächenseite des Kolbens (13) her eine Verschraubung erfolgt, um den Kolben (13) am Pleuel (15) zu befestigen.

Description

Kolbenkompressor für Fahrzeuge (Kolbenbefestigungsanordnung)
Die Er indung betrifft einen Kolbenkompressor für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge, der im wesentlichen aus einer eine Drehbewegung erzeugenden Antriebseinheit und einer nachgeschalteten Verdichtereinheit besteht, welche im wesentlichen aus mindestens einem an einem Gehäuse für eine Kurbelwelle angeordneten topfartigen Zylinder mit zugeordnetem innenliegenden Kolben besteht, wobei die über die Antriebseinheit angetriebene Kurbelwelle ihre Drehbewegung über je ein Pleuel in eine lineare Bewegung für den Kolben zum Komprimieren von Luft umwandelt.
Die im Fahrzeugbereich zum Einsatz kommenden Kolbenkompressoren sind gewöhnlich einem langen Dauerbetrieb oder einem häufigen Ein- und Ausschalten ausgesetzt, was reibungsbedingt zu einer hohen Wärmeentwicklung führt. Im Fahrzeugbereich wurden daher bisher vorwiegend ölgeschmierte Kolbenkompressoren verwendet, die erforderlichenfalls eine ausreichende Abfuhr überschüssiger Wärme über einen Ölkühlungskreis- lauf zur Sicherstellung einer stets optimalen Betriebstemperatur aufweisen.
In jüngster Zeit kommen in verschiedenen Industriebereichen auch trockenlaufende Kolbenkompressoren zum Einsatz. Ein trockenlaufender Kolbenkompressor arbeitet in seiner Verdichtereinheit ohne ein im Gehäuse befindliches Schmieröl. Stattdessen wird die Schmierung an der Kolbenlaufbahn durch eine besonders reibungsarme dynamische Dichtungsanordnung ersetzt. Alle drehenden Bauteile sind üblicherweise wälzgelagert. Die gekapselten Wälzlager werden dabei mit einer temperaturbeständigen langlebigen Fettfüllung versehen. Im Ventilbereich werden gleitgeführte Bauteile weitestgehend vermieden. Durch die Summe dieser Maßnahmen ist eine Ölschmierung in der Verdichtereinheit entbehrlich. Folglich kann beispielsweise auch die Gefahr einer Verölung der von der Verdichtereinheit erzeugten Druckluft ausgeschlossen werden. Durch den Wegfall eines Ölkreislaufs und größerer zusätzlicher Ausgleichsmassen kann ein trockenlaufender Kolbenkompressor relativ leichtbauend ausgeführt werden.
Die vorliegende, eine Kolbenbefestigung beinhaltende Erfindung ist sowohl bei einem öl- geschmierten Kolbenkompressor als auch bei einem trockenlaufenden Kolbenkompressor mit ganz unterschiedlichen Zylinderanordnungen bei der Verdichtereinheit anwendbar. So kann eine Verdichtereinheit auch nach Art eines mehrstufigen Kolbenverdichters mit einer Niederdruckstufe und mindestens einer weiteren darauffolgenden Hochdruckstufe oder auf andere Weise ausgebildet sein.
i Aus der zum Stand der Technik zählenden EP 0611 428 B1 ist eine Kolbenbefestigungsanordnung für einen Kolbenverdichter bekannt, bei welcher der Kolben mit dem Kolbenbolzen verschweißt ist. Dabei ist das kolbenseitige Ende des Pleuels eines Kurbeltriebs in eine Ausnehmung an der unteren Seite des Kolbens eingeführt und durch einen Kolbenbolzen am Kolben gehalten, dessen Endabschnitte in entsprechenden Querbohrungen
) des Kolbens gelagert sind. Dabei sind die Abschnitte, die durch die Umlaufkante wenigstens eines Endes des Kolbenbolzens und der benachbarten Innenfläche der entsprechenden Querbohrung des Kolbens festgelegt werden, über mindestens einen Schweißpunkt miteinander verbunden. Der Schweißpunkt ist in einem ersten Schweißbereich enthalten, der einen definierten Abschnitt der Umlauf kante des Endes des Kolbenbolzens
5 umfaßt. In einem im wesentlichen gegenüberliegenden zweiten Schweißbereich ist wenigstens ein weiterer Schweißpunkt platziert.
Diese spezielle Anordnung der Schweißpunkte bildet zwar eine zuverlässige und an geeigneter Stelle platzierte Befestigung des Kolbenbolzens am Kolben, so daß die ortsfeste o Lage des Kolbenbolzens relativ zum Kolben stets gesichert ist; gleichwohl ist eine Schweißverbindung im Reparatur- oder Wartungsfall durch ihre Unlösbarkeit recht nachteilig und führt zumindest zum Verlust des Kolbens sowie des Kolbenbolzens.
Eine weitere bekannte Variante einer Kolbenbefestigung geht aus der DE 197 54 979 A1 5 hervor. Diese demgegenüber mit einem Werkzeug in einfacher Weise lösbare Kolbenbefestigung bedient sich einer Paßschraube. Die Paßschraube verfügt über ein selbstschneidendes Gewinde, das von einem Passungsabschnitt gefolgt ist, der in einen zylindrischen Schraubenkopf mit Innensechskant als Eingriff für das Werkzeug mündet. Die Paßschraube übernimmt die Funktion eines Kolbenbolzens und ist mit ihrem Gewinde zu 0 einer Seite quer im Kolben eingeschraubt. Der mittlere Passungsabschnitt ist für die Lagerung des Pleuels vorgesehen. Der Schraubenkopf ist zur anderen Seite des Kolbens angeordnet. Da diese Art von Kolbenbefestigung insbesondere auf Seiten des Gewindes relativ beanspruchungsgefährdet ist, eignet sie sich nur beschränkt für den Einsatz in Kol- benkompressoren, die im Betrieb eine hohe Belastung des Kolbenbolzens verursachen. Weiterhin ist die Paßschraube als Spezialteil recht aufwendig in der Herstellung.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenbefestigungsanordnung bei einem Kolbenkompressor zu schaffen, die unter Einsatz einfach zu fertigender Bauteile eine zuverlässige und ohne ein SpezialWerkzeug lösbare Befestigung eines Kolbenbolzens an einem Kolben ermöglicht.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Kolbenverdichter gemäß dem Oberbegriff des i Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß der Kolben am Pleuel über einen mindestens eine radiale Gewindebohrung aufweisenden Kolbenbolzen gelagert ist, der in
5 eine Querbohrung des Kolbens eingeschoben ist, wobei mindestens eine stimflächensei- tig in den Kolben eingebrachte und in fluchtende Übereinstimmung mit der radialen Gewindebohrung am Kolbenbolzen stehende Axialbohrung vorgesehen ist, worüber mittels einer zugeordneten Schraube von der Stirnflächenseite des Kolbens her eine Verschrau- bung erfolgt, um den Kolben am Pleuel zu befestigen.. o
Die Erfindung schafft damit den Vorteil, daß eine einfache Montage- oder Demontage des Kolbens über ein Lösen bzw. Anziehen mindestens einer genormten Schraube mittels eines herkömmlichen Sechskantschlüssel erfolgen kann. Die Verschraubung erfolgt dabei von der Stirnflächenseite des Kolbens her, d.h. vom dem Kompressionsraum zugewand-
5 ten Kolbenboden her, und ist insoweit gut zugänglich. Da die erfindungsgemäße Lage der Gewindebohrungen nicht die Festigkeit des Kolbenbolzens beeinträchtigt, kann dieser seine kraftübertragende Funktion zwischen dem Pleuel und dem Kolben zuverlässig ausführen. Die erfidungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere für trockenlaufende Kolbenkompressoren, da hier ein Spiel am Kolbenbolzen, welches zu Relativbewegungen 0 zwischen dem Kolben und dem Kolbenbolzen führen kann, wegen der festen Verschraubung vermieden wird. Selbst bei geringen Relativbewegungen würde bereits nach kurzer Betriebszeit wegen der fehlenden Öldämpfung bei einem trockenlaufenden Kolbenkompressor der Kolbenbolzen in der Querbohrung des Kolbens ausschlagen. Vorzugsweise sind genau zwei stimflächenseitig im Kolben eingebrachte Axialbohrungen vorgesehen, welche beidseits des Pleuels angeordnet sind und mit korrespondierenden Gewindebohrungen im Kolbenbolzen zusammenwirken. Mit diesen Bohrungen kommen dann zwei genormte Schrauben für die Kolbenbefestigung zum Einsatz. Diese Anordnung i bildet eine symmetrische Kraftaufteilung zwischen den zwei verwendeten Verschrau- bungsstellen, um bei der Kolbenbefestigung eine optimale Belastungssituation zu schaffen.
Vorteilhafter Weise ist die stimflächenseitig im Kolben eingebrachte Axialbohrung endsei- ) tig angesenkt, um den Kopf der zylinderschraubenartig ausgebildeten Schraube vollständig aufzunehmen. Daneben ist es auch möglich den Kolben mit einem erhöhten stirnflä- chenseitigen Randbereich auszubilden, um zu vermeiden, daß ein Schraubenkopf über die Stirnfläche des Kolbens hinausragt.
5 Insbesondere für einen trockenlaufenden Kolbenkompressor ist in die Durchgangsbohrung am kolbenseitigen Ende des Pleuels ein lebensdauergeschmiert.es Nadellager eingesetzt, welches eine Wälzlagerstelle zum Kolbenbolzen bildet. Es ist auch denkbar an dieser Stelle bei einem ölgeschmierten Kolbenverdichter ein einfaches Gleitlager zu verwenden. Das Pleuel kann in vorteilhafter Weise über ein Wälzlager an der Kurbelwelle o befestigt sein und zu diesem Zwecke über geteilte, miteinander verbindbare Halbschalen verfügen, die in ihrer Ausbildung eine besonders einfache Montage des Pleuels durch die Zylinderöffnung im Gehäuse hindurch ermöglichen.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wirkt mindestens eine :5 Schraube mit Mitteln zum Sichern gegen ein selbsttätiges Lösen zusammen. Eine derartige Sicherung ist dann erforderlich, wenn die Gefahr besteht, daß sich die Schraube aufgrund von Betriebsschwingungen des Kolbenverdichters lösen könnte. In den meisten Fällen sind Mittel zum Sichern gegen ein selbsttätiges Lösen jedoch entbehrlich, da sich die Schrauben unter normalen Umständen allein aufgrund der Eigenvorspannung selbst o sichern. Vorzugsweise ist - falls erforderlich - als Mittel zum Sichern gegen ein selbsttätiges Lösen der Schraube ein Klebstoff vorgesehen, der eine feste Verbindung zwischen der Schraube und dem Kolben herstellt. Diese Sicherungsmaßnahme für die Schraube ist einfach und wirkungsvoll. Alternativ hierzu ist auch die Verwendung von herkömmlichen Spannscheiben oder Sperrkantringe denkbar. In erfindungsgemäßer Weise kann eine einfache Montage der Kolbenbefestigungsanordnung durch eine Abfolge weniger Montageschritte durchgeführt werden. Zunächst wird demnach das Pleuel an die im Gehäuse bereits montierte Kurbelwelle angebracht. Der
; mindestens eine Kolben wird dann auf das insoweit vormontierte zugeordnete Pleuel aufgesetzt. Dann wird der Kolbenbolzen unter Bildung einer Spielpassung in die Querbohrung des Kolbens und die fluchtende Durchgangsbohrung am kolbenseitigen Ende des Pleuels eingesetzt. Schließlich wird der Kolbenbolzen am Kolben über die mindestens eine Schraube verschraubt, gegebenenfalls gesichert, und der zugeordnete Zylinder wird
) auf den Kolben aufgeschoben und mit dem Gehäuse verschraubt.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
5 '
Fig.1 eine perspektivische Außenansicht eines Kolbenkompressors mit .3 Zylindern in 180° V-Bauweise und
Fig.2 eine teilweise Schnittdarstellung im Bereich eines Zylinders des Kolben- o kompressors gemäß Fig.1 mit einer erfindungsgemäßen Kolbenbefestigungsanordnung.
Ein trockenlaufender Kolbenkompressor gemäß Figur 1 besteht im wesentlichen aus einer 2-stufigen Verdichtereinheit 1 mit angeflanschter Antriebseinheit 2. Die Antriebseinheit 2 s ist als Elektromotor ausgeführt und ist am Gehäuse 3 der Verdichtereinheit 1 über eine Schraubverbindung lösbar befestigt. Die Antriebseinheit 2 versetzt eine im Gehäuse 3 angeordnete - hier nicht sichtbare - Kurbelwelle in eine Drehbewegung, welche in eine Hubbewegung für Kolben umgesetzt wird, die innerhalb der am Gehäuse 3 befestigten topfartigen Zylinder 4a bis 4c zur Drucklufterzeugung untergebracht sind. Durch die Kolbenbe- 0 wegung wird aus der Atmosphäre Luft über eine eingangsseitige Filteranordnung 5 angesaugt und verdichtet. Die so erzeugte Druckluft passiert eine Kühleranordnung 6 und steht danach dem Druckluftsystem eines Fahrzeuges über den Anschluß 7 zur Verfügung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verdichtereinheit 1 als mehrstufiger Kolbenverdichter mit Niederdruckstufe und Hochdruckstufe ausgeführt. Der Niederdruckstufe sind die Zy- linder 4b und 4c zugeordnet; zur Hochdruckstufe gehört der Zylinder 4a. Die Zylinder 4a bis 4c sind am Gehäuse 3 der Verdichtereinheit 1 gegenüberliegend in 180° V-Bauweise angeordnet. Zur Befestigung der Verdichtereinheit 1 mit angeflanschter Antriebseinheit 2 an einer nicht weiter dargestellten Trägerkonstruktion eines Fahrzeuges sind Verbindungsmittel 8 vorgesehen.
Die Figur 2 gibt einen Einblick in das Innere der Verdichtereinheit 1 , beispielhaft im Bereich eines Zylinders 4. Der Zylinder 4 ist stirnseitig über eine Ventilplatte 9 mittels eines Zylinderkopfes 10 verschlossen. Zur Befestigung des Zylinderkopfes 10 am Zylinder 4
) sind mehrere Schrauben 11a, 11b vorgesehen. Im Zylinder 4 ist eine Laufbuchse 12 aus einem reibungsminimalen harten Werkstoff eingelassen, innerhalb der ein Kolben 13 zur Drucklufterzeugung hin- und herbewegbar angeordnet ist. Als dynamische Dichtung zwischen der Laufbuchse 12 und dem Kolben 13 ist ein Dichtring 14 innerhalb einer nutför- migen Ausnehmung am oberen Randbereich des Kolbens 13 vorgesehen. Der Dichtring
5 14 besteht ebenfalls aus einem reibungsminimalen Werkstoff. Der lineare Antrieb des Kolbens 13 erfolgt über eine Kurbeltriebanordnung mittels eines Pleuels 15, das auf der dem Kolben 13 gegenüberliegenden Seite mit einer hier nur teilweise dargestellten Kurbelwelle 16 verbunden ist. Die kolbenseitige Befestigung des Pleuels 15 erfolgt über einen Kolbenbolzen 17, der mit dem Kolben 13 lösbar verbunden ist. Auf dem Kolbenbolzen 17 o ist das obere Ende des Pleuels 15 über ein lebensdauergeschmiertes Nadelager 18 gelagert. Die kurbelwellenseitige Lagerung des Pleuels 15 ist durch ein Wälzlager 19 realisiert.
Zur Befestigung des rohrförmig ausgebildeten Kolbenbolzens 17 besitzt dieser zwei be- :5 anstandet angeordnete radiale Gewindebohrungen 20a, 20b, die sich parallel zur Achse des Zylinders 4 erstrecken und beidseits des Pleuels 15 angeordnet sind. Der Kolbenbolzen 17 ist - eine Spielpassung bildend - in eine Querbohrung 21 des Kolbens 13 eingeschoben. Dabei ist der Kolbenbolzen 17 in seiner Länge so bemessen, daß dieser in die Querbohrung 21 vollständig einsteckbar ist. Der Mittelbereich des Kolbenbolzens 17 wirkt 0 dabei mit einer Durchgangsbohrung 22 am kolbenseitigen Ende des Pleuels 15 zur Bildung der Lagerstelle über das Nadellager 18 zusammen. Der Kolben 13 weist zwei mit den beiden Gewindebohrungen 20a, 20b korrespondierende parallele stirnflächenseitige Axialbohrungen 23a, 23b auf. Die Axialbohrungen 23a, 23b stehen in fluchtender Übereinstimmung mit den Gewindebohrungen 20a, 20b des Kolbenbolzens 17. Hierüber er- folgt eine Verschraubung durch zugeordnete genormte Schrauben 24a, 24b, so daß der Kolbenbolzen 17 fest am Kolben 13 befestigt ist.
Die erfindungsgemäße Koibenbefestigungsanordnung bei einem vorzugsweise trockenlaufenden Kolbenkompressor ermöglicht unter Einsatz einfach zu fertigender Bauteile eine zuverlässige und ohne ein Spezialwerkzeug lösbare Befestigung eines Kolbenbolzens an einem Kolben.
Bezuαszeichenliste
1 Verdichtereinheit
2 Antriebseinheit
3 Gehäuse
4 Zylinder
5 Filteranordnung
6 Kühleranordnung
7 Anschluß
8 Verbindungsmittel
9 Ventilplatte
10 Zylinderkopf
11 Schraube
12 Laufbuchse
13 Kolben
14 Dichtring
15 Pleuel
16 Kurbelwelle
17 Kolbenbolzen
18 Nadellager
19 Wälzlager
20 Gewindebohrung
21 Querbohrung
22 Durchgangsbohrung
23 Axialbohrung
24 Schraube

Claims

Ansprüche
1. Kolbenkompressor für Fahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge, der im wesentlichen aus einer eine Drehbewegung erzeugenden Antriebseinheit (2) und einer
; nachgeschalteten Verdichtereinheit (1) besteht, welche im wesentlichen aus mindestens einem an einem Gehäuse (3) für eine Kurbelwelle (16) angeordneten topfartigen Zylinder (4) mit zugeordnetem Kolben (13) besteht, wobei die über die Antriebseinheit (2) angetriebene Kurbelwelle (16) ihre Drehbewegung über je ein Pleuel (15) in eine lineare Bewegung für den Kolben (13) zum Komprimieren von Luft umwandelt,
) dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) am Pleuel (15) über einen mindestens eine radiale Gewindebohrung (20a, 20b) aufweisenden Kolbenbolzen (17) gelagert ist, der in eine Querbohrung (21) des Kolbens (13) sowie eine Durchgangsbohrung (22) des Pleuels (15) eingeschoben ist, wobei mindestens eine stimflächenseitig in den Kolben (13) eingebrachte und in fluchtende
5 Übereinstimmung mit der radialen Gewindebohrung (20a, 20b) am Kolbenbolzen (17) stehende Axialbohrung (23a, 23b) vorgesehen ist, worüber mittels einer zugeordneten Schraube (24a, 24b) von der Stirnflächenseite des Kolbens (13) her eine Verschraubung erfolgt, um den Kolben (13) am Pleuel (15) zu befestigen.
o 2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen (17) unter Bildung einer Spielpassung oder einer Übergangspassung in die Querbohrung am Kolben (13) eingeschoben ist.
5 3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß genau zwei stimflächenseitig im Kolben (13) eingebrachte Axialbohrungen (23a, 23b) vorgesehen sind, welche beidseits des Pleuels (15) angeordnet sind, und mit korrespondierenden Gewindebohrungen (20a, 20b) im Kolbenbolzen (17) zusammenwirken, um ü- o ber zwei Schrauben (24a, 24b) eine kraftflußoptimale Kolbenbefestigung zu gestatten.
4. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die stimflächenseitig im Kolben (13) eingebrachte Axialbohrung (23) endseitig angesenkt ist, um den Kopf der zylinderschraubenartig ausgebildeten Schraube (24a, 24b) zumindest teilweise aufzunehmen.
5 5. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in die Durchgangsbohrung (22) am kolbenseitigen Ende des Pleuels (15) ein lebens- dauergeschmiertes Nadellager (18) eingesetzt ist, welches eine Wälzlagerstelle zum Kolbenbolzen (17) bildet. o
6. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schraube (24a, 24b) mit Mitteln zum Sichern gegen ein selbsttätiges Lösen zusammenwirkt. 5
7. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Sichern gegen ein selbsttätiges Lösen der Schraube (24a, 24b) ein Klebstoff vorgesehen ist, der eine feste Verbindung zwischen der Schraube (24a, 24b) 0 und dem Kolben (13) herstellt.
8. Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuel (15) über ein Wälzlager (19) an der Kurbelwelle (16) befestigt ist und über geteilte miteinander verbindbare Halbschalen verfügt, die in ihrer Ausbildung eine Montage des Pleuels (15) durch die Zylinderöffnung im Gehäuse (3) hindurch ermöglichen.
9. Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtereinheit (1) nach Art eines mehrstufigen Kolbenverdichters mit einer Niederdruckstufe und mindestens einer weiteren darauffolgenden Hochdruckstufe ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Montage einer Kolbenbefestigungsanordnung bei einem Kompressor nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: das Pleuel (15) wird an die im Gehäuse (3) montierte Kurbelwelle (16) angebracht, der mindestens eine Kolben (13) wird auf das insoweit vormontiertes Pleuel (15) aufgesetzt, der Kolbenbolzen (17) wird in die Querbohrung (21) des Kolbens (13) und die fluchtende Durchgangsbohrung (22) am kolbenseitigen Ende des Pleuels (15) eingesetzt, der Kolbenbolzen (17) wird am Kolben (13) über die mindestens eine Schraube (24a, 24b) verschraubt, und schließlich wird der zugeordnete Zylinder (4) auf den Kolben (13) geschoben und am Gehäuse (3) verschraubt.
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