WO2002018788A1 - Kolbenkompressor mit einem dynamischen massenausgleich im bereich der kurbeltriebe - Google Patents

Kolbenkompressor mit einem dynamischen massenausgleich im bereich der kurbeltriebe Download PDF

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WO2002018788A1
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Michael Hartl
Frank Meyer
Stefan Schneider
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Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
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    • F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections

Definitions

  • the invention relates to a piston compressor with dynamic mass balancing in the area of crank drives, in particular for rail vehicles, which essentially consists of a drive unit producing a rotary movement and a downstream compressor unit, which essentially consists of a plurality of pot-like cylinders each arranged on a housing for a crankshaft assigned pistons, wherein the crankshaft driven by the drive unit converts its rotary movement via a connecting rod into a linear movement for the assigned piston for compressing air.
  • Dry piston compressors are increasingly being used as piston compressors in various industrial sectors, which are therefore generally known.
  • 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 ensured by a particularly low-friction dynamic sealing arrangement replaced. 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 of the compressed air generated by the compressor unit can also be excluded, which is particularly advantageous in rail vehicle construction. Due to the omission of an oil circuit and larger additional balancing masses, a dry-running piston compressor can be made particularly lightweight.
  • the present invention which includes a dynamic mass balancing arrangement for the crank mechanism of a piston compressor, can be used both with an oil-lubricated piston compressor or in particular with the comparatively lighter, dry-running piston compressor which is equipped with a plurality of cylinders, as is the case, for example, with a generally known low-pressure piston compressor - and high pressure stage is the case.
  • a symmetrical arrangement of the moving masses is not possible, so that the excess crank mechanism must be compensated for by additional masses.
  • An arrangement of these additional masses on the crankshaft, i.e. in radial proximity to the axis of rotation is disadvantageous for dynamic reasons because the total mass of the piston compressor is thereby disproportionately large, which is contrary to the lightweight construction trend explained above.
  • the invention includes the technical teaching that for dynamic mass balancing at least one compensating connecting rod with an additional mass is provided, the center of gravity of which lies on the connecting rod axis is shifted towards the piston-side end relative to the other, an even number of resulting and lighter connecting rods.
  • the solution according to the invention has the advantage that in order to balance the mass in a compressor unit consisting of several, preferably odd number of cylinders, only a relatively small additional mass at the surplus, i.e. at which the asymmetry-causing crank drive is required, which is arranged in a dynamically advantageous manner at the piston-side end of the compensating connecting rod, so that the oscillating mass fraction of the connecting rod is greatly increased by this concentration of the mass remote from the crankshaft.
  • the center of gravity of the compensating connecting rod is preferably located on the connecting rod axis from the piston end in the section of up to 55% of the connecting rod length.
  • a good effective mass balance can be observed in this section.
  • the efficiency of the mass balance increases with a concentration of the additional mass towards the end on the piston side.
  • Conventional connecting rods have a mass concentration of approx. 1/3 towards the end on the crankshaft side, since the material of a conventional connecting rod surrounds a large-diameter recess at this point for receiving the roller bearing on the crankshaft side. This leads to a mass concentration on the crank side.
  • the additional mass on the compensating connecting rod is formed by material geometries that determine the geometric shape.
  • the additional mass on the compensating connecting rod can also be formed by one or more additional mass elements which are detachably or non-detachably connected to the compensating connecting rod.
  • the connection must withstand the high alternating forces that occur during operation and must be secured against automatic loosening if necessary. In the case of a detachable connection, this can be produced in a force-locking manner by means of a screw connection or in a form-fitting manner by means of a fastening in the manner of a wedge.
  • the compensating connecting rod In the case of an inseparable connection of an additional mass element on the compensating connecting rod, welding or, if appropriate, also gluing or the like is particularly suitable. It is also conceivable to produce the compensating connecting rod from a light metal, such as aluminum, with heavier pieces of mass, for example steel, being screwed or cast in or attached in some other way.
  • the compensating connecting rod preferably has an essentially V-shaped and symmetrical shaft section that widens on the piston side.
  • the shaft section can be provided with a coaxial recess near the crankshaft.
  • the angle formed between the connecting rod axis and a connecting rod shaft side of the V-shaped compensating connecting rod is preferably dimensioned at> 10 °. In this angular range, there is an advantageous compromise between the space required in relation to neighboring components for the movement of the compensating connecting rod and a largely high mass at the end of the compensating connecting rod on the piston side.
  • the compensating connecting rod should be at least about twice as heavy as the average weight of the pistons attached to the other connecting rods.
  • the mass of the compensating connecting rod is preferably equal to twice the mass of the remaining connecting rods plus the mass of the piston of the high-pressure stage.
  • a needle bearing is used, particularly for use in a dry-running piston compressor. It is also conceivable on this In the case of an oil-lubricated piston compressor, use a plain plain bearing.
  • the compensating connecting rod can advantageously be fastened to the crankshaft by means of a roller bearing and, for this purpose, can have a split half-shell arrangement which can be connected to one another and which, in its design, permits particularly simple assembly of the compensating connecting rod according to the invention through the cylinder opening in the housing.
  • FIG. 1 is a plan view in partial section of a piston compressor with three cylinders in 180 ° V construction, which form a low pressure stage with a subsequent high pressure stage and
  • FIG. 2 shows a perspective view of a connecting rod designed according to the invention
  • FIG. 3 shows a side view of the connecting rod according to FIG. 2 with the center of gravity illustrated on the connecting rod axis.
  • a dry-running piston compressor for rail vehicles essentially consists of a 2-stage compressor unit 1 with a flanged drive unit 2.
  • the drive unit 2 is designed as an electric motor and is detachably fastened to the housing 3 of the compressor unit 1 by means of a screw connection.
  • the drive unit 2 sets a crankshaft 4 arranged in the housing 3 in a rotary movement, which is converted into a lifting and lowering movement for three pistons 5a to 5c, which are accommodated within the pot-like cylinders 6a to 6c attached 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 (not shown here) on the inlet side.
  • the compressor unit 1 is designed as a multi-stage piston compressor with a low-pressure stage and a high-pressure stage.
  • the two cylinders 6a and 6c are assigned to the low-pressure stage; cylinder 6b belongs to the high pressure stage.
  • the three cylinders 6a to 6c are arranged on the housing 3 of the compressor unit 1 opposite in the so-called 180 ° V construction.
  • the linear drive of the pistons 5a to 5c takes place via a crank drive arrangement by means of associated connecting rods 7a to 7c, which are each connected to the crankshaft 4 on the side opposite the piston 5a to 5c.
  • the connecting rods 7a to 7c are fastened on the piston side by means of a piston pin 8a to 8c, which establishes the connection with the associated piston 5a to 5c.
  • the upper end of the connecting rod 7a to 7c is each supported on the piston pin 8a to 8c by means of a needle bearing 9a to 9c lubricated for life.
  • the bearing on the crankshaft side of each connecting rod 7a to 7c is realized by roller bearings 10a to 10c.
  • the associated connecting rod is designed as a compensating connecting rod 7a according to the invention.
  • the compensating connecting rod 7a is equipped with an additional mass, which shifts the center of gravity on the connecting rod axis in relation to the other two lighter connecting rods (7b, 7c) in the direction of the piston (5a) in order to bring about dynamic mass balancing.
  • the compensating connecting rod 7a has an essentially V-shaped shaft section 12 that widens in the direction of a through bore 11.
  • the lifetime-lubricated needle bearing 9a is inserted into the through bore 11 at the piston-side end of the compensating connecting rod 7a and forms a roller bearing point for the piston pin, not shown here.
  • the connecting rod 7a On the crankshaft side, the connecting rod 7a has a half-shell arrangement 14a, 14b connected by means of screws 13a and 13b for receiving the roller bearing on the crankshaft, which is also not shown here.
  • the shaft section 12 of the compensating connecting rod 7a is provided with a coaxial recess 15 near the crankshaft, so that the mass of the compensating connecting rod 7a is concentrated in the region of the through bore 11 at the piston-side end of the compensating connecting rod 7a in the area of the through bore 11.
  • the center of gravity S located on the connecting rod axis 16 thereby moves in the direction of the piston-side end of the compensating connecting rod 7a.
  • the angle ⁇ formed between the connecting rod axis 16 and a connecting rod shaft side 17 of the V-shaped compensating connecting rod 7a is approximately 10 °.
  • the compensating connecting rod 7a is made of cast steel and is approximately twice as heavy as the average weight of the other two connecting rods 7b and 7c.
  • the mass balancing arrangement according to the invention creates an effective dynamic mass balancing in a simple manner with a construction that is as light as possible in order to minimize the vibrations generated during operation of the generic piston compressor.

Abstract

Um bei einem Kolbenkompressors, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, der im wesentlichen aus einer eine Drehbewegung erzeugenden Antriebseinheit (2) und einer nachgeschalteten Verdichtereinheit (1) besteht, welche im wesentlichen aus mehreren an einem Gehäuse (3) für eine Kurbelwelle (4) angeordneten topfartigen Zylindern (6a bis 6c) mit zugeordneten Kolben (5a bis 5c) besteht, wobei die über die Antriebseinheit (2) angetriebene Kurbelwelle (4) ihre Drehbewegung über je ein Pleuel (7a bis 7c) in eine lineare Bewegung für den zugeordneten Kolben (5a bis 5c) zum Komprimieren von Luft umwandelt, auf einfache Weise einen wirksamen dynamischen Massenausgleich im Bereich der Kurbeltriebe zur Vermeidung von Schwingungen bei möglichst leichtbauender Ausführung zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß mindestens ein Ausgleichspleuel (7a) mit einer Zusatzmasse vorgesehen ist, dessen auf der Pleuelachse (16) gelegener Schwerpunkt S gegenüber den übrigen, eine gerade Anzahl ergebenden und leichteren Pleuel (7b, 7c) in Richtung des kolbenseitigen Endes hin verschoben ist.

Description

Kolbenkompressor mit einem dynamischen Massenausgleich im Bereich der Kurbeltriebe, insbesondere für Schienenfahrzeuge (Ausgleichspleuel)
Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor mit einem dynamischen Massenausgleich im Bereich der Kurbeltriebe, insbesondere für Schienenfahrzeuge, der im wesentlichen aus einer eine Drehbewegung erzeugenden Antriebseinheit und einer nachgeschalteten Verdichtereinheit besteht, welche im wesentlichen aus mehreren von an einem Gehäuse für eine Kurbelwelle angeordneten topfartigen Zylindern mit jeweils zugeordneten Kolben besteht, wobei die über die Antriebseinheit angetriebene Kurbelwelle ihre Drehbewegung über je ein Pleuel in eine lineare Bewegung für den zugeordneten Kolben zum Komprimieren von Luft umwandelt.
Auf dem Gebiet des Schienenfahrzeugbaus kommt in zunehmendem Maße Leichtbau zur Anwendung. So werden Wagenkastenstrukturen aus Aluminium- Strangpressprofilen oder Trägerstrukturen aus Dünnblech eingesetzt, die jedoch häufig eine Anzahl von Eigenfrequenzen nahe der Drehzahl des Kolbenkompressors der Luftbeschaffungsanlage aufweisen, wobei über dabei auftretende Resonanzerscheinungen größere Schwingungsamplituden in einem störenden, mit menschlichen Sinnesorganen wahrnehmbaren Frequenzbereich entstehen. Häufig können mit herkömmlichen Kolbenkompressoren bestehende Spezifikationen über zulässige Körperschallpegel nicht eingehalten werden. In Folge dessen ist der Einsatz von Kolbenkompressoren oft kritisch, so daß bisher vermehrt andere, aufwendigere Verdichterarten - beispielsweise Rotationsverdichter - zum Einsatz gebracht werden mußten. Um einen ausgeglichenen, d.h. schwingungsarmen, Lauf des Kolbenkompressors zu erzielen, werden in der Praxis gewöhnlich Zusatzmassen verwendet, die auf der Kurbelwelle angeordnet sind, damit ein dynamischer Massenausgleich erfolgt.
Als Kolbenkompressor kommen in verschiedenen Industriebereichen vermehrt trockenlaufende Kolbenkompressoren zum Einsatz, die daher allgemein bekannt sind. 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, was insbesondere im Schienenfahrzeugbau vorteilhaft ist. Durch den Wegfall eines Ölkreislaufs und größerer zusätzlicher Ausgleichsmassen kann ein trockenlaufender Kolbenkompressor besonders leichtbauend ausgeführt werden.
Die vorliegende, eine dynamische Massenausgleichsanordnung für den Kurbeltrieb eines Kolbenkompressors beinhaltende Erfindung ist sowohl bei einem ölge- schmierten Kolbenkompressor oder insbesondere bei dem vergleichsweise leichteren, trocken laufenden Kolbenkompressor anwendbar, der mit mehreren Zylindern ausgestattet ist, wie dies beispielsweise bei einem allgemein bekannten Kolbenkompressor mit Niederdruck- und Hochdruckstufe der Fall ist. Hierbei ist eine symmetrische Anordnung der bewegten Massen nicht möglich, so daß der überzählige Kurbeltrieb durch weitere Zusatzmassen auszugleichen ist. Eine Anordnung dieser weiteren Zusatzmassen an der Kurbelwelle, d.h. in radialer Nähe zur Drehachse, ist aus dynamischen Gründen deshalb nachteilig, weil die Gesamtmasse des Kolbenkompressors dadurch unverhältnismäßig groß wird, was dem vorstehend erläuterten Leichtbautrend entgegensteht.
Es ist bereits versucht worden, einen Massenausgleich durch Generierung weiterer Kolbenvarianten zu schaffen, wodurch jedoch der Konstruktions- und Herstellungsaufwand für den Kolbenkompressor in nachteiliger Weise ansteigt.
Es ist die daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dynamische Massenausgleichsanordnung für einen gattungsgemäßen Kolbenkompressor zur Minimierung der im Betrieb erzeugten Schwingungen zu schaffen, die auf einfache Weise einen wirksamen dynamischen Massenausgleich bei möglichst leichtbauender Ausführung gestattet. Die Aufgabe wird ausgehend von einem Kolbenverdichter gemäß dem Oberbegriff des 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 zum dynamischen Massenausgleich mindestens ein Ausgleichspleuei mit einer Zusatzmasse vorgesehen ist, dessen auf der Pleuelachse gelegener Schwerpunkt gegenüber den übrigen, eine gerade Anzahl ergebenden und leichteren Pleuel in Richtung des kolbenseitigen Endes hin verschoben ist.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß zum Massenausgleich bei einer aus mehreren, vorzugsweise ungeradzahligen Anzahl von Zylindern bestehenden Verdichtereinheit eine nur relativ geringe Zusatzmasse am überzähligen, d.h. an dem die Unsymmetrie verursachenden, Kurbeltrieb erforderlich ist, die in dynamisch vorteilhafter Weise am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels angeordnet ist, so daß durch diese örtlich kurbelwellenferne Konzentration der Masse der oszillierende Massenanteil des Pleuels stark erhöht wird.
Vorzugsweise liegt auf der Pleuelachse vom kolbenseitigen Ende her gesehen der Schwerpunkt des Ausgleichspleuels im Abschnitt von bis zu 55% der Pleuellänge. In diesem Abschnitt kann ein gut wirksamer Massenausgleich beobachtet werden. Der Wirkungsgrad des Massenausgleichs nimmt jedoch mit einer Konzentration der Zusatzmasse zum kolbenseitigen Ende hin zu. Herkömmliche Pleuel weisen dagegen eine Massekonzentration von ca. 1/3 zum kurbelwellenseitigen Ende hin auf, da das Material eines herkömmlichen Pleuels an dieser Stelle eine im Durchmesser große Ausnehmung zur Aufnahme des kurbelwellenseitigen Wälzlagers umgibt. Dies führt zu einer kurbelseitigen Massekonzentration.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Zusatzmasse am Ausgleichspleuel durch die geometrische Gestalt bestimmende Materialanformungen ausgebildet. Insoweit ist eine einfache einstückige Herstellung des Ausgleichspleuels im Gußverfahren möglich. Alternativ dazu kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Zusatzmasse am Ausgleichspleuel auch durch ein oder mehrere Zusatzmassenelemente gebildet werden, die lösbar oder unlösbar mit dem Ausgleichspleuel verbunden sind. Die Verbindung muß dabei den im Betrieb auftretenden hohen Wechselkräften standhalten und ist gegebenenfalls gegen ein selbsttätiges Lösen zu sichern. Im Falle einer lösbaren Verbindung kann diese kraftschlüssig mittels einer Verschraubung oder formschlüssig mittels einer Befestigung nach Art einer Verkeilung hergestellt werden. Im Fall einer unlösbaren Verbindung eines Zusatzmassenelementes am Ausgleichspleuel eignet sich insbesondere eine Verschweißung oder gegebenenfalls auch eine Verklebung oder dergleichen. Es ist auch denkbar, das Ausgleichspleuel aus einem Leichtmetall - wie Aluminium - herzustellen, wobei hieran schwerere Massesstücken - beispielsweise Stahl - angeschraubt oder eingegossen oder in andere Weise befestigt werden.
Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung weist das Ausgleichspleuel vorzugsweise einen im wesentlichen V-förmig ausgebildeten und sich kolbenseitig erweiternden sowie symmetrischen Schaftabschnitt auf. Um eine noch bessere dynamische Masseverteilung zu erzielen, kann gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme der Schaftabschnitt mit einer kurbelwellennahen koaxialen Ausnehmung versehen werden. Vorzugsweise ist der zwischen der Pleuelachse und einer Pleuelschaftseite des V-förmigen Ausgleichspleuels gebildete Winkel mit > 10° bemessen. In diesem Winkelbereich ergibt sich ein vorteilhafter Kompromiß zwischen dem Platzbedarf, der gegenüber benachbarter Bauteile für die Bewegung des Ausgleichspleuels erforderlich ist und einer weitestgehend hohen Masse am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels. Das Ausgleichspleuel sollte mindestens in etwa doppelt so schwer sein, wie das mittlere Gewicht der an den übrigen Pleuel befestigten Kolben. Bei einem zweistufigen Kolbenkompressor ist die Masse des Ausgleichspleuels vorzugsweise gleich der doppelten Masse der übrigen Pleuel plus der Masse des Kolbens der Hochdruckstufe.
In eine Durchgangsbohrung am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels ist insbesondere für den Einsatz in einem trocken laufenden Kolbenkompressor ein le- bensdauergeschmiert.es Nadellager eingesetzt, welches eine Wälzlagerstelle zu einem Kolbenbolzen für die Kolbenbefestigung bildet. Es ist auch denkbar, an dieser Stelle im Falle eines ölgeschmierten Kolbenverdichters eine einfache Gleitlagerung zu verwenden. Das Ausgleichspleuel kann in vorteilhafter Weise über ein Wälzlager an der Kurbelwelle befestigt sein und zu diesem Zwecke über geteilte, miteinander verbindbare Halbschalenanordnung verfügen, die in ihrer Ausbildung eine besonders einfache Montage des erfindungsgemäßen Ausgleichspleuels durch die Zylinderöffnung im Gehäuse hindurch ermöglicht.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig.1 eine Draufsicht in teilweiser Schnittdarstellung eines Kolbenkompressors mit drei Zylindern in 180° V-Bauweise, die eine Niederdruckstufe mit einer darauffolgenden Hochdruckstufe bilden und
Fig.2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Pleuels und
Fig.3 eine Seitenansicht des Pleuels nach Fig.2 mit auf der Pleuelachse verdeutlichtem Masseschwerpunkt.
Gemäß Figur 1 besteht ein trockenlaufender Kolbenkompressor für Schienenfahrzeuge im wesentlichen aus einer 2-stufigen Verdichtereinheit 1 mit angeflanschter Antriebseinheit 2. Die Antriebseinheit 2 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 Kurbelwelle 4 in eine Drehbewegung, welche in eine Hub- und Senkbewegung für drei Kolben 5a bis 5c umgesetzt wird, die innerhalb der am Gehäuse 3 befestigten topfartigen Zylinder 6a bis 6c zur Drucklufterzeugung untergebracht sind. Durch die Kolbenbewegung wird aus der Atmosphäre Luft über eine eingangsseitige hier nicht dargestellte Filteranordnung angesaugt und verdichtet. Die Druckluft steht danach dem Druckluftsystem eines Schienenfahrzeuges - insbesondere für den Betrieb der Bremsanlage - zur Verfügung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verdichtereinheit 1 als mehrstufiger Kolbenverdichter mit Niederdruckstufe und Hochdruckstufe ausgeführt. Der Niederdruckstufe sind die beiden Zylinder 6a und 6c zugeordnet; zur Hochdruckstufe gehört der Zylinder 6b. Die drei Zylinder 6a bis 6c sind am Gehäuse 3 der Verdichtereinheit 1 gegenüberliegend in der sogenannten 180° V-Bauweise angeordnet. Der lineare Antrieb der Kolbens 5a bis 5c erfolgt über eine Kurbeltriebanordnung mittels zugeordneter Pleuel 7a bis 7c, die je auf der dem Kolben 5a bis 5c gegenüberliegenden Seite mit der Kurbelwelle 4 verbunden sind. Die kolbenseitige Befestigung der Pleuel 7a bis 7c erfolgt über je einen Kolbenbolzen 8a bis 8c, der die Verbindung mit dem zugeordneten Kolben 5a bis 5c herstellt. Auf dem Kolbenbolzen 8a bis 8c ist das o- bere Ende des Pleuels 7a bis 7c je über ein lebensdauergeschmiertes Nadellager 9a bis 9c gelagert. Die kurbelwellenseitige Lagerung jedes Pleuels 7a bis 7c ist durch Wälzlager 10a bis 10c realisiert.
Für den Kolben 5a, dem zum Massenausgleich kein weiterer Kolben gegenüberliegt - wie das bei den übrigen Kolben 5b und 5c der Fall ist - ist das zugeordnete Pleuel als erfindungsgemäßes Ausgleichspleuel 7a ausgeführt. Das Ausgleichspleuel 7a ist mit einer Zusatzmasse ausgestattet, die den auf der Pleuelachse gelegenen Schwerpunkt gegenüber den übrigen beiden leichteren Pleuel (7b, 7c) in Richtung des Kolbens (5a) hin verschiebt, um einen dynamischen Massenausgleich herbeizuführen.
Das Ausgleichspleuel 7a weist gemäß Figur 2 einen im wesentlichen V-förmig ausgebildeten und sich in Richtung einer Durchgangsbohrung 11 erweiternden symmetrischen Schaftabschnitt 12 auf. In die Durchgangsbohrung 11 am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels 7a ist das lebensdauergeschmierte Nadellager 9a eingesetzt, welches eine Wälzlagerstelle zum - hier nicht weiter dargestellten - Kolbenbolzen bildet. Kurbelwellenseitig verfügt das Ausgleichspleuel 7a über eine mittels Schrauben 13a und 13b verbundene Halbschalenanordnung 14a, 14b zur Aufnahme des hier ebenfalls nicht weiter dargestellten Wälzlagers auf der Kurbelwelle. Der Schaftabschnitt 12 des Ausgleichspleuels 7a ist mit einer kurbelwellennahen koaxialen Ausnehmung 15 versehen, so daß sich in Summe der vorstehend beschriebenen Gestaitungsmerkmale die Masse des Ausgleichspleuels 7a im Bereich der Durchgangsbohrung 11 am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels 7a konzentriert. Gemäß Figur 3 gelangt hierdurch der auf der Pleuelachse 16 gelegene Schwerpunkt S in Richtung des kolbenseitigen Endes des Ausgleichspleuels 7a. Der zwischen der Pleuelachse 16 und einer Pleuelschaftseite 17 des V-förmigen Ausgleichspleuels 7a gebildete Winkel α beträgt in etwa 10°. Dieser Winkel ermöglicht eine ausreichende Bewegbarkeit des Ausgleichspleuels 7a gegenüber benachbarter Bauteile und ergibt eine genügend hohe Masse am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels 7a. Das Ausgleichspleuel 7a besteht aus Stahlguß und ist in etwa doppelt so schwer, wie das mittlere Gewicht der beiden übrigen Pleuel 7b und 7c.
Die erfindungsgemäße Massenausgleichsanordnung schafft auf einfache Weise einen wirksamen dynamischen Massenausgleich bei möglichst leichtbauender Ausführung zur Minimierung der im Betrieb des gattungsgemäßen Kolbenkompressors erzeugten Schwingungen.
Bezugszeichenliste
1 Verdichtereinheit
2 Antriebseinheit
3 Gehäuse
4 Kurbelwelle
5 Kolben
6 Zylinder
7 Pleuel
8 Kolbenbolzen
9 Nadellager
10 Wälzlager
11 Ausnehmung
12 Schaftabschnitt
13 Schrauben
14 Halbschalenanordnung
15 Ausnehmung
16 Pleuelachse
17 Pleuelschaftseite

Claims

Ansprüche
1. Kolbenkompressor mit einem dynamischen Massenausgleich im Bereich der Kurbeltriebe, insbesondere für Schienenfahrzeuge, der im wesentlichen aus einer eine Drehbewegung erzeugenden Antriebseinheit (2) und einer nachgeschalteten Verdichtereinheit (1) besteht, welche im wesentlichen aus mehreren an einem Gehäuse (3) für eine Kurbelwelle (4) angeordneten topfartigen Zylindern (6a bis 6c) mit zugeordneten Kolben (5a bis 5c) besteht, wobei die über die Antriebseinheit (2) angetriebene Kurbelwelle (4) ihre Drehbewegung über je ein Pleuel (7a bis 7c) in eine lineare Bewegung für den zugeordneten Kolben (5a bis 5c) zum Komprimieren von Luft umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß zum dynamischen Massenausgleich mindestens ein Ausgleichspleuel (7a) mit einer Zusatzmasse vorgesehen ist, dessen auf der Pleuelachse (16) gelegener Schwerpunkt S gegenüber den übrigen, eine gerade Anzahl ergebenden und leichteren Pleuel (7b, 7c) in Richtung des kolbenseitigen Endes hin verschoben ist.
2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß auf der Pleuelachse (16) vom kolbenseitigen Ende her gesehen der Schwerpunkt des Ausgleichspleuels (7a) im Abschnitt von bis zu 55% der Pleuellänge liegt.
3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse am Ausgleichspleuel (7a) durch die geometrische Gestalt bestimmende Materialanformungen in einstückiger Weise ausgebildet ist.
4. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse am Ausgleichspleuel (7a) durch einen oder mehrere Zusatzmassenelemente ausgebildet ist, die lösbar oder unlösbar mit dem Ausgleichspleuel (7a) verbunden sind.
5. Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine lösbare Verbindung eines separaten Zusatzmassenelementes am Ausgleichspleuel (7a) kraftschlüssig mittels einer Verschraubung oder formschlüssig mittels einer Befestigung nach Art einer Verkeilung hergestellt ist.
6. Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine unlösbare Verbindung eines separaten Zusatzmassenelementes am Ausgleichspleuel (7a) stoffschlüssig über eine Verschweißung oder eine Verklebung hergestellt ist.
7. Kolbenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichspleuel (7a) aus einem Leichtmetall hergestellt ist, wobei Massestücken mit einer höheren spezifischen Masse angebracht oder eingegossen sind.
8. Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichspleuel (7a) einen im wesentlichen V-förmig ausgebildeten, sich kolbenseitig erweiternden und symmetrischen Schaftabschnitt (12) aufweist.
9. Kolbenkompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftabschnitt (12) mit einer kurbelwellennahen koaxialen Ausnehmung (15) versehen ist.
10. Kolbenkompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Pleuelachse (16) und einer Pleuelschaftseite (17) des V- förmigen Ausgleichspleuels (7a) gebildete Winkel (α) > 10° ist.
11. Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Durchgangsbohrung (11) am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels (7a) ein lebensdauergeschmiertes Nadellager (9a) eingesetzt ist, welches eine Wälzlagerstelle zum Kolbenbolzen (8a) bildet.
12. Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichspleuel (7a) kurbelwellenseitig über eine mittels Schrauben (13a, 13b) verbundene Halbschalenanordnung (14a, 14b) zur Aufnahme eines auf der Kurbelwelle (4) angeordneten Wälzlagers (10a) aufweist.
13. 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.
14. Kolbenkompressor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtereinheit (1) nach Art einer liegenden 3-Zylinderanordnung mit zwei Zylindern (6a, 6c) für die Niederdruckstufe und einem Zylinder (6b) für die Hochdruckstufe ausgebildet ist.
15. Kolbenkompressor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kolbenbewegungen der Niederdruckstufe phasengleich überlagern und um ca. 180° versetzt zur Kolbenbewegung der Hochdruckstufe wirken.
16. Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtereinheit (1) nach Art eines trockenlaufenden Kolbenverdichters o- der nach Art eines ölgeschmierten Kolbenverdichters ausgeführt ist.
1 . Kolbenkompressor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zweistufigen Kolbenkompressor die Masse des Ausgleichspleuels (7a) in etwa gleich der doppelten Masse der übrigen Pleuel (7b, 7c) plus der Masse des Kolbens (5b) der Hochdruckstufe ist.
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