Kolbenkompressor

Abstract

 Der Kolbenkompressor weist mindestens einen Zylinder (11) und einen darin berührungslos geführten Kolben (10) auf, der über eine Kolbenstange (8) mit einem Kreuzkopf (6) verbunden ist. Die Kolbenstange besteht aus einem sich zwischen dem Kreuzkopf (6) und dem Kolben (10) erstreckenden Rohr (8). In dem Rohr erstreckt sich ein Zuganker (9), der mittels einer hydraulischen Spannvorrichtung (30) gedehnt werden kann und unter Vorspannung den Kreuzkopf und den Kolben gegen das Rohr zieht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenkompressor mit mindestens einem Zylinder und einem darin berührungslos geführten Kolben, der über eine Kolbenstange mit einem Kreuzkopf verbunden ist.

[0002] Bei Kolbenkompressoren dieser Art besteht die Verbindung der Kolbenstange mit dem Kreuzkopf entweder aus zwei auf die Kolbenstange geschraubte Muttern, die gegeneinander verschraubt werden und zwischen sich einen entsprechend dick dimensionierten Wandteil des Kreuzkopfkörpers einspannen. Eine andere Möglichkeit der Verbindung besteht darin, quer durch das Kolbenstangenende und den dieses Ende aufnehmenden Kreuzkopfkörper ein Langloch vorzusehen, in das zwei mit ihren Keilflächen aneinanderliegende Keile eingeschlagen werden. Beide Ausführungsformen haben den Nachteil, dass der Kreuzkopfkörper mit Rücksicht auf die Art der Verbindung länger ausgebildet werden muss, als dies mit Rücksicht auf die Länge seiner Lauffläche im Kreuzkopflager notwendig wäre. Der Abstand zwischen Kreuzkopfzapfen und Kolbenmitte wird dadurch verhältnismässig gross. Dies bedingt, dass die Baulänge des Kompressors gross ist und dass der berührungsfrei geführte Kolben zu relativ grossen Radialbewegungen neigt.

[0003] Um dem abzuhelfen, hat man bisher zwischen dem Kreuzkopflager und dem Zylinder zusätzlich ein Kolbenstangenführungslager eingebaut, was eine grosse Länge der Kolbenstange und damit auch des Kompressors bedingt.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Baulänge des Kompressors verkürzt wird, so dass ein Auftreten von Bewegungen des Kolbens quer zu seiner normalen Bewegung beträchtlich verringert werden.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kolbenstange aus einem sich zwischen dem Kreuzkopf und dem Kolben erstreckenden Rohr besteht und dass in diesem Rohr ein dehnbarer Zuganker angeordnet ist, der unter Vorspannung den Kreuzkopf und den Kolben kraftschlüssig gegen das Rohr zieht. Dadurch, dass die Kolbenstange nunmehr die Form eines Rohres aufweist, wird der Durchmesser der Kolbenstange wesentlich vergrössert, wodurch man eine grössere Steifigkeit erhält und die Neigung zu Querbewegungen des Kolbens praktisch eliminiert ist. Ein Kolbenstangenführungslager, wie es bisher notwendig war, entfällt bei dem neuen Kompressor. Dadurch, dass die Verbindung zwischen der rohrförmigen Kolbenstange und dem Kreuzkopf mit Hilfe eines unter Vorspannung stehenden Zugankers geschieht, kann die Kolbenstange kürzer als bisher ausgebildet werden, wodurch sich zusammen mit dem Wegfall eines Kolbenstangenführungslagers eine kürzere Baulänge für den Kompressor ergibt. Die Erfindung lässt sich sowohl bei Kolbenkompressoren mit vertikaler Kolbenbewegung als auch bei solchen mit horizontaler Kolbenbewegung anwenden. Im letztgenannten Fall ergibt sich der Vorteil, dass wegen des vergrösserten Durchmessers der rohrförmigen Kolbenstange praktisch keine Auslenkung des Kolbens unter seinem Eigengewicht auftritt.

[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1

einen schematisch vereinfachten Längsschnitt durch einen Kolbenkompressor der Horizontalbauart und

Fig.2

ebenfalls einen Längsschnitt durch die aus Kreuzkopf, Kolbenstange, Kolben und Zuganker bestehende Montageeinheit mit aufgesetzter hydraulischer Spannvorrichtung.

[0007] Gemäss Fig.1 weist der Kolbenkompressor ein Kurbelgehäuse 1 auf, das nur teilweise dargestellt ist und in dem eine nicht näher dargestellte Kurbelwelle in bekannter Weise gelagert ist. An einem Kurbelzapfen 3 der Kurbelwelle ist eine Schubstange 4 angeschlossen, die an ihrem in Fig.1 rechten Ende mit einem Zapfen 5 gelenkig verbunden ist, der Teil eines horizontal geradlinig hin und her beweglichen Kreuzkopfes 6 ist. Der Kreuzkopf 6 ist in einem flüssigkeitsgekühlten Gehäuse 7 gelagert, das am Kurbelgehäuse 1 angeflanscht ist. Am in Fig.1 rechten Ende des Kreuzkopfes 6 ist in weiter unten näher beschriebener Weise ein Zuganker 9 befestigt, der sich durch eine Kolbenstange 8 in Form eines Rohres und einen Kolben 10 erstreckt und der die drei Bauteile 6, 8 und 10 zusammenhält. Der Kolben 10 ist in einem flüssigkeitsgekühlten Zylinder 11 berührungsfrei geführt, was in Fig.1 und 2 jedoch nicht dargestellt ist. Die Kolbenstange 8 ist von einer Oelabstreifvorrichtung 19 umgeben, die verhindert, dass Schmieröl aus dem Kurbelgehäuse 1 über den Kreuzkopf 6 und die Kolbenstange zum Zylinder 11 gelangt.

[0008] Der Zylinder 11 ist an seinem in Fig.1 rechten Ende durch einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderdeckel 12 verschlossen. Im Zylinder 11 befindet sich zwischen dem Kolben 10 und dem Zylinderdeckel 12 der Arbeitsraum 13, in dem während des Betriebes des Kompressors Gas angesaugt und anschliessend komprimiert wird. Die Saug- und Druckventile sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Am in Fig.1 linken Ende des Zylinders 11 ist die Kolbenstange 8 in bekannter Weise von ringförmigen Dichtelementen 14 umgeben, die mittels einer Stopfbuchsbrille 15 im Zylinder 11 fixiert sind.

[0009] Gemäss Fig.2 weist der sich durch die Kolbenstange 8 und den Kolben 10 erstreckende Zuganker 9 an seinem linken Ende einen Gewindeabschnitt 17 auf, der in einen passenden Gewindeabschnitt eines nabenartigen Teils 18 des Kreuzkopfes 6 eingeschraubt ist. Der nabenartige Teil 18 ist über mehrere Rippen 20 mit einem zylindrischen, im Gehäuse 7 gleitenden Abschnitt 21 des Kreuzkopfes verbunden. Das der Kolbenstange 8 zugewendete Ende des nabenartigen Teils 18 ist flanschartig verdickt und bildet mit seiner Stirnfläche 18' eine Abstützfläche für die Kolbenstange 8. Die rohrförmige Kolbenstange 8 ist an ihrem dem Teil 18 zugewendeten Ende mit einem Gewindering 38 versehen, der in das Rohr eingeschraubt ist und dabei mit einem Flansch 8' einerseits an der Stirnfläche des Rohres und andererseits an der Abstützfläche 18' anliegt. Mit seiner zentralen Bohrung ruht der Gewindering 38 auf einem verdickten Abschnitt 22 des Zugankers 9. In gleicher Weise ist am anderen Rohrende der Kolbenstange 8 ein Gewindering 38' eingeschraubt, der mit seiner zentralen Bohrung auf einem verdickten Abschnitt 23 des Zugankers 9 ruht. Der Flansch des Gewinderinges 38' ragt hier zwischen die in Fig.2 rechte Stirnfläche der Kolbenstange 8 und die linke Stirnfläche des Kolbens 10.

[0010] Der Kolben 10 ist in diesem Beispiel aus drei Teilen 10', 10'' und 10''' zusammengesetzt. Der Teil 10''' bildet den Kolbenmantel und weist an seiner Aussenfläche bekannte, hier nicht dargestellte Labyrinthrillen auf, die zusammen mit der umgebenden zylindrischen Fläche 11' des Zylinders 11 eine berührungslose Labyrinthdichtung ergeben. Der Mantelteil 10''' des Kolbens 10 wird zwischen Zwei Schultern der innen liegenden Kolbenteile 10' und 10'' gehalten. Die beiden Teile 10' und 10'' weisen eine zentrale Bohrung auf, deren Innendurchmesser grösser ist als der Durchmesser des verdickten Abschnitts 23 des Zugankers 9. Mit dieser Bohrung ruhen die Teile 10' und 10'' auf entsprechend verdickten Abschnitten 24 und 25 des Zugankers 9, wobei am linken Ende des Abschnitts 24 eine Schulter 24' ausgebildet ist, die mit einer etwas vertieften Gegenfläche am Flansch des Gewinderinges 38' zusammenwirkt. Der dem Arbeitsraum 13 zugewendete Teil 10'' des Kolbens 10 weist an seinem in Fig.2 rechten Ende eine zylindrische Ausdrehung 26 auf, die eine Schulter 26' bildet und zur Aufnahme einer Mutter 28 dient, die auf einen Gewindeabschnitt 27 des Zugankers 9 geschraubt ist. Der Gewindeabschnitt 27 steht gegenüber der rechten Stirnfläche des Kolbens 10 etwas vor.

[0011] Dieser vorstehende Gewindeabschnitt 27 dient zur Aufnahme einer hydraulischen Spannvorrichtung 30. Die Spannvorrichtung besteht aus einem zentralen bolzenartigen Teil 31, der mit einem mutterartigen Endabschnitt auf den Gewindeabschnitt 27 geschraubt ist und auf dem ein Spannkolben 32 angeordnet ist, der mittels einer Mutter 33 auf dem Teil 31 fixiert ist. Der Spannkolben 32 ragt in einen ihn umgebenden Spannzylinder 34, der sich über zwei Stelzen 34', von denen in Fig.2 nur eine zu erkennen ist, an der rechten Stirnfläche des Teils 10'' abstützt. Zwischen dem Spannkolben 32 und dem Spannzylinder 34 ist ein Druckraum 35 vorgesehen, in den ein Kanal 36 mündet, an dem eine Druckmittelzufuhr 37 angeschlossen ist. Zum Drehen der Mutter 28 ist ein zylindrischer Stab 29 vorgesehen, der in entsprechend geneigte, über den Umfang der Mutter verteilte Sackbohrungen 28' einsteckbar ist.

[0012] Der Zusammenbau von Kreuzkopf 6, Kolbenstange 8 und Kolben 10 geschieht folgendermassen: Bei noch abgenommenem Zylinderdeckel 12 und ausgebautem Kolben 10 wird der Zuganker 9 mit der darübergesteckten Kolbenstange 8 in den Zylinder 11 eingeführt und der Zuganker 9 mit seinem Gewindeabschnitt 17 in den nabenförmigen Teil 18 des Kreuzkopfes 6 eingeschraubt. In diesem Zustand drückt die an der vertieften Gegenfläche des Gewinderinges 38' anliegende Schulter 24' des Zugankers die Kolbenstange 8 mit dem Flansch 8' gegen die Abstützfläche 18' am Kreuzkopf. Es werden dann nacheinander die Teile 10', 10''' und 10'' des Kolbens über den Gewindeabschnitt 27 hinweg in den Zylinder 11 eingeschoben, bis der Kolben 10 als Ganzes mit seiner in Fig.2 linken Stirnfläche an der rechten Stirnfläche des Gewinderinges 38' der Kolbenstange 8 anliegt. Dann wird die Mutter 28 auf den Gewindeabschnitt 27 aufgeschraubt bis zur Anlage an der Schulter 26'. Schliesslich wird der bolzenartige Teil 31 der hydraulischen Spannvorrichtung 30 auf den vorstehenden Gewindeabschnitt 27 geschraubt, und es werden der Spannzylinder 34 und der Spannkolben 32 auf den bolzenartigen Teil 31 gesteckt und mittels der Mutter 33 fixiert. Durch Zuführen von Druckmittel unter einem Druck von mindestens 100 bar in den Druckraum 35 dehnt sich der Zuganker 9, wodurch sich zwischen der Schulter 26' und der Mutter 28 ein Spalt einstellt. Mit Hilfe des Stabes 29 wird nunmehr die Mutter 28 soweit gedreht, bis sie wieder an der Schulter 26' anliegt. Nach dem Ablassen des Druckmittels aus dem Druckraum 35 werden jetzt der Kreuzkopf 6, die Kolbenstange 8 und der Kolben 10 von dem gedehnten Zuganker unter Vorspannung zusammengehalten. Gegebenenfalls kann der beschriebene Dehnvorgang mit Hilfe der Spannvorrichtung 30 wiederholt werden, bis die gewünschte Vorspannung im Zuganker und in der Kolbenstange erreicht ist. Nach dem Lösen der hydraulischen Spannvorrichtung 30 vom Gewindeabschnitt 27 und dem Entfernen des Stabes 29 wird der Zylinderdeckel 12 im Zylinder 11 montiert und der Kompressor kann in Betrieb gesetzt werden.

[0013] Durch die neue Verbindung des Kolbens mit dem Kreuzkopf über die rohrförmige Kolbenstange 8 wird ein Auslenken des Kolbens 10 unter seinem Eigengewicht weitgehend vermieden, so dass trotz der berührungsfreien Führung des Kolbens im Zylinder 11 die zentrische Anordnung des Kolbens praktisch erhalten bleibt.

[0014] Abweichend von dem beschriebenen Beispiel ist es auch möglich, statt der Gewinderinge 38 und 38' entsprechende Wandverdickungen an den Enden des Rohres 8 vorzusehen, so dass dieses als Ganzes einstückig ist. Ausserdem ist es möglich, statt der Schulter 24' am Zuganker 9 eine konische Fläche anzubringen, die sich gegen den Kreuzkopf hin verjüngt, und an dem entsprechenden Ende der Kolbenstange 8 eine passende Gegenkonusfläche vorzusehen.

Ansprüche

1. Kolbenkompressor mit mindestens einem Zylinder und einem darin berührungslos geführten Kolben, der über eine Kolbenstange mit einem Kreuzkopf verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange aus einem sich zwischen dem Kreuzkopf und dem Kolben erstreckenden Rohr besteht und dass in diesem Rohr ein dehnbarer Zuganker angeordnet ist, der unter Vorspannung den Kreuzkopf und den Kolben kraftschlüssig gegen das Rohr zieht.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuganker an seinem einen Ende einen in den Kreuzkopf eingeschraubten Gewindeabschnitt und an seinem anderen Ende einen Gewindeabschnitt aufweist, auf den eine sich am Kolben abstützende Mutter aufgeschraubt ist und der ausserdem mit einer hydraulischen Spannvorrichtung verbindbar ist.

3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben in einem Zylinder mit horizontaler Achse angeordnet ist.

Zeichnung