WO2012171646A1

WO2012171646A1 - Kolbenkompressor

Info

Publication number: WO2012171646A1
Application number: PCT/EP2012/002515
Authority: WO
Inventors: Heinz Bauer; Udo Szczepanek
Original assignee: Rotorcomp Verdichter Gmbh
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2012-12-20
Also published as: DE102012011733A1; RU2013155537A; EP2721297A1; CN103748359A; EP2721297B1

Abstract

Bei der Erfindung wird ein Kolbenkompressor mit einem über eine motorisch angetriebene Kurbelwelle mit einem Pleuel verbundenen Kolben bereitgestellt, welcher um einen Hub in einem Zylinder in einem abschlussseitigen Zylinderkopf hin- und herbewegbar ist. Ein solcher Kolbenkompressor hat wenigstens ein Saugventil und wenigstens ein Druckventil Vorzugsweise ist der Kolbenkompressor zur Erzielung einer variierbaren Liefermenge bei gleicher Antriebsdrehzahl derart ausgelegt, dass er weitgehend baugleiche Baukastensystem-Komponenten (Gleichteile) umfasst und zur Liefermengenvariierung nur eine entsprechende Anpassung des Hubs der Kurbelwelle des Kolbenkompressors erfolgt.

Description

Kolbenkompressor

Beschreibung

Die Erfindung befasst sich mit einem Kolbenkompressor, welcher bei gleicher Antriebsdrehzahl variierbare Liefermengen bereitstellen kann.

Bisher hat man bei Kolbenkompressoren, zur Bereitstellung unterschiedlicher geforderter Liefermengen bei gleicher Antriebsdrehzahl die jeweiligen Bauteile, wie Kolben, Zylinderkopf, Kurbelwelle, Pleuel etc. in entsprechend geeigneter Weise modifiziert und angepasst, so dass man herstellerseitig eine große Bauteilevielfalt schaffen und fertigen musste, und die Einzelstückzahlen kleiner wurden. Dadurch steigen natürlich die Fertigungskosten an.

Unter Berücksichtigung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten zielt daher die Erfindung darauf ab, auf eine kostengünstigste Weise und unter Reduzierung der Fertigungskosten einen Kolbenkompressor bereitzustellen, bei dem trotz variierbarer Liefermengen möglichst wenig Änderungen der Bauteile erforderlich sind und daher unter Beibehaltung der unterschiedlichen Liefermengen eine möglichst große Anzahl von Gleichteilen eingesetzt werden kann.

Nach der Erfindung wird hierzu ein Kolbenkompressor mit einem über eine motorisch angetriebene Kurbelwelle und einem Pleuel verbundenen Kolben, welcher um einen Hub in einem Zylinder mit einem abschlussseitigen Zylinderkopf hin- und herbewegbar ist und wenigstens ein Saugventil und wenigstens ein Druckventil aufweist, bereitgestellt, welcher derart ausgelegt ist, dass bei einem Kompressor mit variierbarer Liefermenge bei gleicher Antriebsdrehzahl eine derartige Auslegung vorgesehen ist, dass er weitgehend baugleiche Baukastensystemkomponenten (Gleichteile) umfasst und zur Liefermengenvariierung im Wesentlichen nur eine entsprechende Anpassung des Hubs der Kurbelwelle des Kolbenkompressors erfolgt.

Im Gegensatz zu dem vorstehend gewürdigten Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung den Weg, auch bei unterschiedlichen Liefermengen des Kolbenkompressors weitgehend übereinstimmend ausgelegte Hauptkomponenten, wie die Kurbelwelle, Pleuel, Kolben etc. zu nutzen. Die Baukastensystem-Komponenten werden hierbei als Gleichteile innerhalb einer Baureihe mit unterschiedlichen Liefermengen derart ausgelegt, dass sie die Anforderungen im Hinblick auf die größte gewünschte Liefermenge erfüllen. Beim erfindungsgemäßen Kolbenkompressor wird nur der Hub der Kurbelwelle des Kolbenkompressors an die entsprechend gewünschte Liefermenge angepasst. Hierzu werden unterschiedliche Maßnahmen vorgeschlagen.

Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Kolbenkompressors der Zylinderkopf druckdicht auf dem Zylinder befestigt. Vorzugsweise wird daher beim erfindungsgemäßen Kolbenkompressor das Zylinderkopfteil gesondert zu dem Zylinderkörper ausgelegt und lässt sich auch als Gießteil ohne große Fertigungsschwierigkeiten auslegen.

Ferner ist vorzugsweise beim erfindungsgemäßen Kolbenkompressor eine Ventilaufnahmeplatte vorgesehen. Diese Ventilaufnahmeplatte begrenzt stirnseitig den gebildeten Zylinderraum. Mittels einer radial umlaufenden Umfangsdichtung ist die Ventilaufnahmeplatte im Zylinder abgedichtet. Vorzugsweise wird die Umfangsdichtung von einem O-Ring gebildet. Hierdurch wird immer ein druckdichter Abschluss des Zylinderraums unabhängig von der axialen Höhenlage der Ventilaufnahmeplatte erreicht. Die Ventilaufnahmeplatte enthält das oder die Druckventil(e) und gegebenenfalls das oder die Ansaugventil(e). Somit wird bei der erfindungsgemäßen Auslegung dem gesonderten Bauteil, nämlich einer Ventilaufnahmeplatte, funktionell die Ventilanordnung zugewiesen. Hierdurch lässt sich auch eine unterschiedliche Konzeption bei der Anordnung der erforderlichen Ventile berücksichtigen.

Insbesondere ist bei dem erfindungsgemäßen Kolbenkompressor die Ventilaufnahmeplatte mittels Riffelbundschrauben am Ventilkopf befestigt. Eine derartige Befestigungsart bietet den Vorteil, dass sich bei der Befestigung der Ventilaufnahmeplatte nur wenig Schadraum ergibt, und dank der Riffelung ist diese Schraube auch verdrehgesichert.

Insbesondere ist die Auslegung des erfindungsgemäßen Kolbenkompressors derart getroffen, das im Ventilkopf Druckwände zur Bildung von druckgetrennten Saugventil- und Druckventilräumen vorgesehen sind, wobei insbesondere diese Druckwände die Abstandshalter im Ventilkopf untereinander verbinden. Hierdurch erhält man eine wechselseitige Aussteifung des Zylinderkopfteils.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind das oder die Druckventil(e) in der Ventilaufnahmeplatte vorgesehen, während das Saugventil oder die Saugventile im Kolben des Kolbenkompressors integriert sind. Hierdurch erhält man im Zylinderkopf einen komplett separaten Druckraum, so dass sich in bevorzugter Weise mehrere Ventile einsetzen lassen.

Beide Ventilkopfvarianten lassen sich durch Veränderung der Bauhöhen der Abstandshalter auf einfache Weise modifizieren.

Vorzugsweise umfasst der Kolbenkompressor nach der Erfindung im Falle der Auslegung als Stufenzylinder am Zylinderfuß eine Ausgleichsplatte (Zwischenplatte), so dass ein entsprechender Hubausgleich beim Stufenzylinder dieser Auslegungsform oder Hubabgleich erfolgen kann. Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht durch einen Kolbenkompressor mit variierbaren Liefermengen bei gleicher Antriebsdrehzahl, welcher einen ersten Hub hat und als Stufenzylinder ausgebildet ist,

Figur 2 einen schematische Schnittansicht durch einen Kolbenkompressor mit einem kleineren geänderten Hub, um bei gleicher Antriebsdrehzahl eine geringe Liefermenge bereitzustellen, wobei auch diese bevorzugte Ausführungsform als Stufenzylinder ausgelegt ist,

Figur 3 ist eine schematische Schnittansicht einer Anordnung von

Ventilkopf und dessen Verbindung mit dem Zylinderkörper bei der Ausführungsform eines Kolbenkompressors nach den Figuren 1 und 2,

Figur 4 ist eine schematische Schnittansicht durch eine

Ausführungsvariante eines Kolbenkompressors nach der Erfindung, wobei die Druckventile in einer Ventilaufnahmeplatte vorgesehen sind, während die Saugventile in den Kolben integriert sind,

Figur 5 ist eine der Fig. 3 ähnliche Schnittansicht und zeigt die Anordnung von Zylinderkopf, Zylinderkörper sowie der Zuordnung zum Kolben, wobei sich die Druck-Ventile und die Druck-Ventil- Anordnung auf die Auslegung nach Figur 4 bezieht, und Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten

Ausführungsform eines Kolbenkompressors nach der Erfindung, welcher als ein einfach wirkender Zylinder angelegt ist.

Obwohl anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung beschrieben und gezeigt werden, ist die Erfindung natürlich nicht auf die dort gezeigten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt.

In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform eines insgesamt mit 1 bezeichneten Kolbenkompressors gezeigt. Der Kolbenkompressor 1 hat eine motorisch angetriebene Kurbelwelle 2, einen Zylinder 3, einen abschlussseitigen Zylinderkopf 4, einen Kolben 5 sowie wenigstens ein Saugventil S und wenigstens ein Druckventil D. Der Kolben 5 ist über ein Pleuel 6 mit der motorisch angetriebenen Kurbelwelle 2 verbunden. Der Kolbenkompressor 1 nach den Figuren 1 , 2 und 3 hat eine Auslegungsform als ein Stufenzylinder. Der Zylinderkopf 4 ist druckdicht auf dem Zylinder 3 befestigt und weist Abstandshalter 7 auf. Ferner ist eine Ventilaufnahmeplatte 8, die den Zylinderraum 9 stirnseitig begrenzt, mittels einer radial wirkenden Umfangsdichtung 12 druckdicht im Zylinder 3 abgedichtet, so dass unabhängig von der axialen Höhenlage der Ventilaufnahmeplatte 8 immer ein druckdichter Abschluss der Zylinderkammer 9 gegeben ist. Vorzugsweise ist die Umfangsdichtung 12 in Form eines O-Rings ausgebildet. Der Zylinderkopf ist mittels einer Stirndichtung 13 gegenüber dem Zylinder 3 abgedichtet. Zur Verdrehsicherung und insbesondere zur Bildung eines möglichst kleinen Schadraums ist die Ventilaufnahmeplatte 8 mittels Riffelbundschrauben im Zylinderkopf 4 befestigt.

Bei der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform eines Kolbenkompressors 1 weist die Ventilaufnahmeplatte 8 die Druckventile D und die Saugventile S auf. Ferner umfasst der Zylinderkopf 4 druckgetrennte Räume, die den Saugventilen S und den Druckventilen D zugeordnet und mit diesen kommunizierend verbunden sind. Diese Druckwände verbinden vorzugsweise die Abstandshalter 7 des Zylinderkopfs 4 untereinander.

Wie aus einer Gegenüberstellung der Figuren 1 und 2 zu ersehen ist, hat die Kolbenkompressorauslegung 1 nach Figur 1 einen ersten Hub H1 , bei welchem es sich um eine solche Ausführungsvariante handelt, bei der der Hub H1 für die größte geforderte Liefermenge einer Kolbenkompressorbaureihe bestimmt ist. Der Kolbenkompressor nach Figur 2 hingegen hat einen kleineren geänderten Hub H2, wodurch sich die vom Kolbenkompressor 1 bereitgestellte Liefermenge gegenüber nach jener nach Figur 1 herabsetzen lässt. Hieraus ist zu ersehen, dass im Wesentlichen alle Hauptfunktionsteile eines solchen Kolbenkompressors 1 , abgesehen von dem Hub H1 , H2 der Kurbelwelle als baugleiche Teile einer Baukastensystem-Auslegungsform ausgelegt sind, um bei unterschiedlichen Liefermengen Gleichteile einsetzen zu können und hierdurch eine fertigungstechnisch günstigere größere Stückzahl zu erreichen ist.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 ist ein Stufenzylinder beim Kolbenkompressor 1 verwirklicht, und zum Abgleich mit der entsprechenden Hubhöhe H1 , H2 ist eine Zwischenplatte bzw. Ausgleichsplatte 11 vorgesehen. Diese Zwischenplatte bzw. Ausgleichsplatte 11 ist am Zylinderfuß des Zylinders 3 vorgesehen.

Anhand der Figuren 4 und 5 ist eine Ausführungsvariante eines insgesamt mit 1 ' bezeichneten Kolbenkompressors gezeigt. Auch dieser Kolbenkompressor 1' ist als Stufenzylinder ausgebildet und umfasst am Zylinderfuß eine Zwischenplatte bzw. Ausgleichsplatte 11. Im Gegensatz zu der voranstehenden Ausführungsform ist bei den Figuren 4 und 5 eine solche Auslegung vorgesehen, dass die Druckventile D in der Ventilaufnahmeplatte 8 vorgesehen sind, während die Saugventile S in den Kolben 5 integriert sind. Ansonsten stimmen alle weiteren Einzelheiten der Konzeption des Kolbenkompressors V mit den voranstehend erläuterten Einzelheiten überein. Eine nähere Erörterung und Beschreibung derselben kann daher entfallen. Auch Figur 5 verdeutlicht diese Ausführungsvariante nach Figur 4, bei der die Druckventile D in der Ventilaufnahmeplatte 8 und die Saugventile S stirnseitig im Kolben 5 integriert sind.

Figur 6 schließlich zeigt eine Ausführungsvariante eines Kolbenkompressors 1 ", bei welchem eine Konstruktion mit einem einfach wirkenden Zylinder 3' vorgesehen ist. Daher kann die anhand der voranstehenden Figuren gezeigte Zwischenplatte bzw. Ausgleichsplatte 11 ersatzlos entfallen. In seiner Grundkonzeption ist aber dieser Kolbenkompressor 1 " übereinstimmend mit den voranstehend erläuterten Ausführungsvarianten ausgelegt. Ferner ist bei dieser Ausführungsvariante nach Figur 6 eine solche Bauform verdeutlicht, bei der mehrere Druckventile D in der Ventilaufnahmeplatte 8 vorgesehen sind, während ein einziges Saugventil S in der Stirnseite des Kolbens 5 integriert ist. Ansonsten stimmen alle weiteren Einzelheiten der Ausführungsform des Kolbenkompressors 1 " mit jenen der voranstehenden erläuterten Einzelheiten überein. Eine nähere Erörterung und Beschreibung derselben kann daher entfallen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Kolbenkompressors 1 , 1 ', 1 " ist die Tatsache, dass möglichst viele übereinstimmende Gleichteile vorhanden sind und eine variierbare Liefermenge im Wesentlichen dadurch reduzierbar ist, dass der Hub H1 , H2 der Kurbelwelle 2 des Kolbenkompressors 1 , 1 ', 1 " in entsprechender Weise angepasst und variiert wird. Die vorgesehene Ventilaufnahmeplatte 8 kann mehr oder weniger in den Zylinderraum 9 eingetaucht sein. Somit umfasst der Kolbenkompressor 1 , 1', 1 " eine Konstruktion in Form eines Baukasten-Systems mit baugleichen Komponenten. Durch die entsprechende Wahl und Anpassung des Hubs H1 , H2 kann die entsprechend gewünschte Liefermenge abgeändert und variiert werden.

Bezugszeichenliste

1 , r, 1 " Kolbenkompressor insgesamt

2 Kurbelwelle (motorisch angetrieben)

3, 3' Zylinder

4 Zylinderkopf

5 Kolben

6 Pleuel

7 Abstandshalter

8 Ventilaufnahmeplatte

9 Zylinderraum

10 Riffelbundschraube

1 1 Zwischenplatte bzw. Ausgleichsplatte

12 radial wirkende Umfangsdichtung

13 Stirndichtung von Zylinderkopf 4 und Zylinder 3

D Druckventil

S Saugventil

H1 erste Größe

H2 zweite Größe (kleiner)

Claims

Patentansprüche

1. Kolbenkompressor mit einem über eine motorisch angetriebene

Kurbelwelle (2) mit einem Pleuel (6) verbundenen Kolben (5), welcher um einen Hub (H1 , H2) in einem Zylinder (3, 3') mit einem

abschlussseitigen Zylinderkopf hin- und herbewegbar ist und wenigstens ein Saugventil (S) und wenigstens ein Druckventil (D) aufweist, wobei der Kolbenkompressor (1 , 1 ', 1") mit variierbaren Liefermengen bei gleicher Antriebsdrehzahl derart ausgelegt ist, dass er weitgehend baugleiche Baukastensystem-Komponenten (Gleichteile) umfasst und zur Liefermengenvariierung im Wesentlichen nur eine entsprechende Anpassung des Hubs (H1 , H2) einer Kurbelwelle (2) des

Kolbenkompressors (1 , 1', 1 ") erfolgt.

2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (4) druckdicht auf dem Zylinder (3, 3') befestigt ist.

3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilaufnahmeplatte (8) den Zylinderraum (9) stirnseitig begrenzt und mittels einer radial wirkenden Umfangsdichtung (12) im Zylinder (3, 3') abgedichtet ist.

4. Kolbenkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsdichtung (12) als O-Ring ausgebildet ist.

5. Kolbenkompressor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilaufnahmeplatte (8) mittels Riffelbundschrauben (10) im Zylinderkopf (4) befestigt ist.

6. Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilaufnahmeplatte (8) das oder die

Saugventil(e) (S) und das oder die Druckventil(e) (D) umfasst, und der Zylinderkopf (4) Druckwände zur Bildung von druckgetrennten

Saugventil- und Druckventilräume im Zylinderkopf (4) aufweist.

7. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass die Druckwände die Abstandshalter (7) untereinander verbinden.

8. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass die Ventilaufnahmeplatte (8) das oder die

Druckventil(e) (D) umfasst und das Saugventil oder die Saugventile (S) im Kolben (5) integriert ist oder sind.

9. Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Auslegung als Stufenzylinder am

Zylinderfuß eine Ausgleichsplatte (Zwischenplatte) (11) angeordnet ist.