DE1284760B - Kolben fuer Hochdruck-Gaskompressoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben in die im Zylinder herrscht und auf die Stirnfläche des Kassettenbauweise, insbesondere für Hochdruck-Gas- Kolbens einwirkt. Außerdem werden die Kammern kompressoren, bestehend aus einer Vielzahl an einer zwischen den einzelnen Kolbenringen infolge gerin-Kolbenstange zentrisch angeordneter Zwischenringe ger Undichtigkeiten mit dem verdichteten Medium und Grundringe mit den Kolbenringen, von denen 5 gefüllt. Der Druck in diesen Kammern liegt dann die Zwischenringe und die Grundringe unter Vor- höher als der Saugdruck des Zylinders, so daß wähspannung fixiert sind, wobei der Kolben mittels eines rend des Saughubes auf das Gewinde der Kolben-Ankers mit der Kolbenstange verbindbar ist. stange eine Zugkraft wirkt. Dieses Gewinde ist folg-Die Abdichtung der Kolben in Gaskompressoren lieh während des Maschinenlaufes einer zusätzlichen erfolgt im allgemeinen mittels geschlitzter Kolben- io Schwellbeanspruchung ausgesetzt,
ringe, die in eine Ringnut eingepaßt sind; die An- Für Differenzdrücke über 500 at wurde daher vorzahl der auf den Kolbenmantel aufzusetzenden KoI- geschlagen, den zusammengesetzten Kolben mittels benringe bestimmt sich nach dem höchsten vorkom- einer durch eine hohle Kolbenstange hindurchgeführmenden Differenzdruck zwischen der Saug- und ten Dehnschraube zusammenzuspannen. Bei dieser Druckseite. Bei höheren und höchsten Differenz- 15 Ausführung muß jedoch zum Wechseln der Kolbendrücken verwendet man zur Verringerung der Leck- ringe die ganze Kolbenstange ausgebaut werden, um gasverluste Kolbenringe mit besonderer Gestaltung die Dehnschraube lösen zu können,
an der Stoßstelle oder Kolbenringpaare mit versetzt Beim Übergang zu noch höheren Differenzdrücken liegendem Stoß. Häufig werden solche Ringe zusam- von etwa 1000 at zwischen Saug- und Enddruck einer men mit einer innen an den Kolbenringen anliegen- ao Stufe bereitet schließlich die Dimensionierung der den, die Spannkraft nach außen erhöhenden Blatt- Dehnschraube Schwierigkeiten. Die Schwellbeansprufeder in die Ringnut eingebaut. — Bei Differenz- chung ihres Gewindes wird dann so groß, daß in dem drücken über 1000 at erreichen Kolbenringabdich- verfügbaren Raum die erforderliche Gewindegröße tungen der üblichen Bauart nur kurze Laufzeiten, da nicht mehr untergebracht werden kann,
sich die in den Kolbenmantel eingebrachten Ring- 35 Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zunuten verformen, so daß die Kolbenringe nach einer gründe, einen von der Kolbenstange lösbaren, aus gewissen Laufzeit darin keine präzise parallele An- vorgespannten Ringen zusammengesetzten Kolben in lage mehr erhalten. Sie verformen sich dann bei Kassettenbauweise für höchste Differenzdrücke sojedem Hub zunehmend, erhalten zusätzliche Span- wohl mit leicht auswechselbaren Kolbenringen als nungen sowie einen vergrößerten Abrieb und gehen 30 auch mit hinreichenden Querschnitten für das Spannschließlich zu Bruch. Zur Behebung solcher Mängel element zu schaffen. Dieser mittels eines Ankers mit ist es bereits bekannt, bei vorliegenden hohen Diffe- der Kolbenstange verbindbare Kolben soll ferner an renzdrücken zwischen dem Saug- und dem Enddruck den Kolbenringen durchtretende Leckgasmengen in einer Verdichterstufe die Kolben des Verdichters aus besonderen Räumen zu sammeln und an geeigneten einzelnen Elementen aufzubauen. Dabei befinden 35 Stellen abzuführen gestatten. Ein Kassettenkolben sich unter den Kolbenringen sogenannte Grundringe nach der Erfindung soll ferner ungeachtet der Ring- und neben den Kolbenringen Zwischenringe, die abmessungen die Anwendung hydraulischer Spannjeweils auf einen gemeinsamen Kolbenschaft aufge- mittel zum Aufbringen der Vorspannung ermöglichen, schoben sind. — Bekannt ist es auch, nebenein- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geanderliegende Grund- und Zwischenringe zu einem 40 löst, daß die Zwischenringe und die Grundringe mit gemeinsamen Ring mit L-förmigem Querschnitt zu den aufgesetzten Kolbenringen sowie gegebenenfalls vereinigen, ohne das grundsätzliche Prinzip der viel- "Distanzringe zentrisch auf einer mit einer zentralen gliedrigen Bauweise zu verändern. — Die Vorteile Bohrung für den hindurchzuführenden Anker und eines solcherart zusammengesetzten Kolbens sind mit einem Gewinde zur Aufnahme der die Vorspandarin zu sehen, daß die beidseitigen Anlageflächen 45 nung aufbringenden und haltenden Mittel versehenen für die Kolbenringe auf Werkzeugmaschinen plan- Ankerbüchse angeordnet und zwischen der Ankergeschliffen werden können und daß die Kolbenringe büchse und den Ringen Kanäle zum Abführen des selbst für den Einbau nicht unter Anwendung großer Leckgases vorgesehen sind. — Ein solcher Kassetten-Spannungen auseinandergebogen werden müssen. kolben kann auch bei kleineren Durchmessern so Die letztgenannte Maßnahme führt beim Überschrei- 50 ausgeführt werden, daß in der Ankerbüchse ein geten eines gewissen Durchmessers zu bleibenden Ver- nügend großer Querschnitt für die Aufnahme der formungen der Kolbenringe. — Es ist weiterhin be- erforderlichen Vorspannkraft zur Verfügung steht, kannt, bei Differenzdrücken über 1000 at die Bau- Das Gewinde zur Aufnahme der die Vorspannung elemente eines solchen zusammengesetzten Kolbens haltenden Mittel läßt sich so ausreichend dimensionicht aus Stahl oder Gußeisen, sondern aus Hart- 55 nieren, daß es der im Betrieb auftretenden höchsten metall auszuführen. Hartmetall verändert seine Form Schwellbelastung standhält. Ferner steht für den die während des Laufes der Maschine nur unwesentlich Kassette mit der Kolbenstange verbindenden Anker und bietet dem Kolbenring daher über eine wesent- in der axialen Bohrung der Ankerbüchse eine auslich verlängerte Laufzeit eine gute Auflagefläche. reichend große Öffnung zur Verfügung. Dieser Öff-Zusammengesetzte Kolben bisher bekannter Bau- 60 nungsquerschnitt erlaubt eine Dimensionierung des arten bestehen insgesamt aus einer Kolbenstange, die Ankers, die den im Leerlauf und beim Hochfahren an ihrem Ende ein Gewinde trägt, den übergescho- des Kompressors auf den Betriebsdruck während des benen Bauelementen mit den aufgesetzten Kolben- Saughubes entstehenden axialen Kräften entspricht, ringen und einer auf das Kolbenstangengewinde auf- Während des nachfolgenden Betriebes mit normalem geschraubten Mutter, die alle Teile unter einer ge- 65 Enddruck sind dann im allgemeinen die auf den Kaswissen Vorspannung zusammenhält. Während des settenkolben wirkenden Gaskräfte so groß, daß der Kompressionshubes entsteht eine Schwellbelastung Anker entlastet ist. Schließlich ist es durch den erfindurch die Differenz zwischen Saug- und Enddruck, dungsgemäßen Aufbau des Kolbens möglich, die

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Kassette ohne Ausbau der Kolbenstange nach dem weder die Führungsbüchsen 16 oder die Distanzöffnen der Stirnseite des Zylinders von der Kolben- ringe 15 mit in Form von Nuten oder Bohrungen stange zu lösen und rasch gegen einen vorrätig ge- eingearbeiteten Kanälen versehen, durch welche das haltenen überholten Kolben auszuwechseln. Der ab- durch die Kolbenringe 4 hindurchtretende Leckgas gekuppelte Kolben wird dann in einer Werkstatt un- 5 abströmen kann, ohne die Führungsbüchsen mit beeinflußt von Schmutz und anderen widrigen Um- einem Differenzdruck zu belasten. — Die Grundständen überholt. und Zwischenringe 2 bzw. 3 liegen gasdicht anein-

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist ferner ander und sind ferner gasdicht gegen die Spannmutvorgesehen, daß die Ankerbüchse einen polygonalen, ter 6 gepreßt, so daß der Raum zwischen der Ankervorzugsweise einen dreieckigen Querschnitt hat, wo- io büchse 1 und den Grund-, Zwischen- und Distanzbei zwischen den durch das Polygon bestimmten ringen 2, 3 und 15 und der Spannmutter 6 drucklos Prismenflächen der Ankerbüchse und den Innen- gehalten werden kann. Dieser Raum ist durch die flächen der Zwischen- und Grundringe Kanäle zum Kanäle 7 an der Ankerbüchse 1 sowie durch radiale Abführen der Leckgasmengen gebildet sind. Die Nuten 8 im Unterlegring 9 mit dem Raum um die Ankerbüchse kann aber auch mit rundem Quer- 15 Kolbenstange 10 verbunden, welcher mit der Atmoschnitt ausgeführt sein, wobei zwischen Ankerbüchse Sphäre oder einer Leitung zum Abführen des Leck- und den auf diese aufgeschobenen Einzelelementen gases in Verbindung steht. Um die vollkommenste eine Zwischenbüchse angeordnet ist, die aus weiche- Abdichtung zwischen den einzelnen Ringen 2, 3 und rem Werkstoff als die Ankerbüchse besteht und die 15 zu erreichen, kann zusätzlich der Einbau von Kanäle zum Abführen der Leckgasmengen enthält, ao Dichtringen vorgesehen sein, die in Fig. 1 nicht Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß die näher dargestellt sind.

Einzelelemente keinen Druck auf die Ankerbüchse Das gasdichte Anliegen der die Kassette bildenden ausüben, wenn sie unter dem pulsierenden Gasdruck Ringe erfordert eine Anpreßkraft angemessener sich elastisch verformen. — Die aus der Ankerbüchse Größe, für die die Ankerbüchse 1 mit einer genügend und sämtlichen Ringen gebildete Kassette ist mittels as großen Kraft vorgespannt werden muß. Im einfachdes durch die Ankerbüchse hindurchgeführten Ankers sten Fall kann diese durch Anziehen der Spannnut der Kolbenstange lösbar verbunden. mutter 6 aufgebracht werden. Da die erforderliche

An Hand der Zeichnungen, die mehrere Ausfüh- Vorspannung meistens jedoch eine Größenordnung

rungsbeispiele wiedergeben, ist die Erfindung nach- erreicht, die mechanisch nur schwer aufzubringen ist,

folgend erläutert. 30 ist es zweckmäßig, die Vorspannung bei der Mon-

Der Kolben in Kassettenbauweise besteht nach tage des Kassettenkolbens hydraulisch zu erzeugen. F i g. 1 aus der zentralen Ankerbüchse 1, über die — Eine hierfür geeignete Ausführungsform des erfinabwechselnd Grundringe 2 und Zwischenringe 3 ge- dungsgemäßen Kolbens ist in Fig. 2 wiedergegeben, schoben sind. Die Kolbenringe 4 bzw. Kolbenring- Die Bauelemente 1 bis 5 und 7 bis 16 dieser Ausfühpaare, die mit untergelegten Spannfedern 5 aufgesetzt 35 rungsform entsprechen vollständig der Kassette nach sind, liegen über den Grundringen 2. Die gesamte Fig. 1. Die Spannmutter ist in diesem Fall jedoch Kassette ist durch die Spannmutter 6 gegen den rück- nicht als Hutmutter, sondern als offene Mutter 17 wärtigen Bund 1 α der Ankerbüchse verspannt. Der ausgebildet. Das Gewinde der Ankerbüchse 1 ist ver-Querschnitt der Ankerbüchse 1 ist so gestaltet, daß längert. Beim Vorspannen der Kassette dient der er den Grund- und Zwischenringen 2 bzw. 3 eine 40 verlängerte Abschnitt 18 des Gewindes zum Aufeinwandfreie Führung gibt und daß ferner zwischen schrauben einer in den Fig. 5 bis 7 näher verander Ankerbüchse und den Ringen 2, 3 ein oder meh- schaulichten hydraulischen Spannvorrichtung. — Auf rere Kanäle 7 zum Abströmen eventueller Leckgas- den gleichen Gewindeabschnitt wird nach dem Aufmengen beim Undichtwerden einer Dichtfläche an bringen der Vorspannung eine Hutmutter 19 aufgeden Ringen entstehen. Diese Forderung wird z. B. 45 setzt. Diese Hutmutter 19 ist zur Aufnahme des Andurch abgerundete polygonale Querschnittsflächen kers 11 und der Dichtung 12 durchbohrt. In das erfüllt. Für den die Ringe 2, 3 tragenden axialen Be- äußerste Ende der Hutmutterbohrung tritt die auf reich der Ankerbüchse 1 kann z. B. ein Dreieck- den Anker aufgeschraubte Mutter 13 ein. Überquerschnitt gewählt werden (siehe F i g. 1 a). — Die schreitet der Außendurchmesser der Spannmutter 17 Spannmutter 6 ist als Hutmutter ausgebildet. Ihre 50 ein gewisses Maß, so ist die Beilage eines Ringes 28 Wandstärke ist so bemessen, daß sie von der KoI- (Fig. 2) oder eines Spannringes 21 (Fig. 3) zwibenstirnfläche her mit dem vollen Betriebsdruck be- sehen der Spannmutter 17 und dem Distanzring 15 lastbar ist, wenn in ihrem Inneren kein Druck erforderlich, wie es weiter unten ausführlich beherrscht. — Ankerbüchse 1 und Spannmutter 6 sind schrieben ist.

mit einer Zentralbohrung versehen, durch welche der 55 Die Spannmutter 17 und die Hutmutter 19 sind bis

Anker 11 geführt ist, mit dem die Ankerbüchse 1 an zur gasdichten Anlage gegeneinander anzuziehen,

der Kolbenstange 10 befestigt ist. Der Anker 11 ist Um die damit verbundene zusätzliche Beanspruchung

gegen die Spannmutter 6 mittels des Dichtringes 12 der Gewindegänge der Ankerbüchse 1 zu vermeiden,

und der Mutter 13 abgedichtet. kann auch ein Dichtring 20 eingelegt oder eine andere

Zur Führung der Kassette im Zylinder 14 sind auf 60 geeignete Abdichtung vorgesehen sein. Ferner kann die Ankerbüchse ferner ein oder zwei Distanzringe 15 die Hutmutter 19 anstatt auf das verlängerte Geaufgeschoben, welche ihrerseits Führungsbüchsen 16 winde 18 der Ankerbüchse 1 auch auf ein Gewinde tragen. Jeder Distanzring 15 besteht aus dem glei- 23 aufgeschraubt sein, das am äußeren Umfang der chen Werkstoff wie die Grund- und Zwischenringe2 Spannmutter 17a vorgesehen ist (siehe Fig. 4). In bzw. 3, z. B. aus Stahl oder Hartmetall, während für 65 diesem Fall ist ein Dichtring 24 zwischen Hutmutter die Führungsbüchsen 16 ein Werkstoff guter Gleit- 19 und Spannmutter 17 α einzulegen,
eigenschaften gegenüber den Zylinderflächen gewählt Ist der Außendurchmesser der Spannmutter 17 gewird, z. B. Bronze oder Gußeisen. Es sind ferner ent- nügend kleiner als der Innendurchmesser des Zylin-

ders 14, kann eine hydraulische Spannvorrichtung bekannter Bauart gemäß F i g. 5 auf das verlängerte Gewindeende 18 der Ankerbüchse 1 aufgeschraubt und gegen den Distanzring 15 abgestützt werden. Die Spannvorrichtung übt dann einerseits eine Zugkraft auf die Ankerbüchse 1 und andererseits eine Druckkraft auf die Grund-, Zwischen- und Distanzringe 2,3 und 15 aus.

Die Fig. 5 zeigt eine solche hydraulische Spannvorrichtung, Sie besteht aus dem ringförmigen KoI- xq ben 25, der an dem Distanzring 15 anliegt, und dem entsprechenden Zylinder 26, dessen Kernstück auf das verlängerte Gewindeende 18 des Ankers 1 aufgeschraubt ist. Durch Einpumpen von Öl in die Öffnung 27 des Zylinders 26 wird der Anker 1 gezogen, » während die auf ihn aufgeschobenen Grund-, Zwischen- und Distanzringe 2, 3 und 15 gedrückt werden. Nach Aufbringen des der errechneten Vprspannkraft entsprechenden Öldruckes wird die Spannmutter 17 an den Distanzring 15 beigelegt, das Öl abge- m lassen, die Spannvorrichtung mit den Teilen 25 und 26 demontiert und die Hutmutter 19 mit Dichtring 20 aufgeschraubt. Die Kassette ist dann fertig zum Verbinden mit der Kolbenstange.

Bei kleineren Durchmesserunterschieden zwischen as der Spannmutter 17 und dem Zylinder 14 der Verdiehtermasehine ist es erforderlich, zwischen der Spannmutter 17 und dem Distanzring 15 einen Anlagering 28 gemäß Fig. 6 vorzusehen, an dem beim Vorspannen der Kolben 25 der Spannvorrichtung anliegt, so daß er nicht auf die Führungsbüchse 16 drückt.

Ist der Durchmesserunterschied zwischen der Spannmutter 17 und dem Verdichterzylinder 14 so klein, daß er das Aufsetzen einer Spannvorrichtung nicht zuläßt, kann ein Spannring 21 mit einer ringförmigen Eindrehung 22 auf die Ankerbüchse 1 zwischen der Spannmutter und dem Distanzring 15 aufgesetzt werden. Es läßt sich dann eine Spannvorrichtung nach Fig. 7 anbringen. Diese besteht im wesentliehen aus dem zweiteiligen Druckring 29 a, 29 b, der in die ringförmige Eindrehung 22 des Spannringes 21 eingelegt wird und auch an der Lauffläche der Führungsbüchse, 16 anliegen kann, einem die Druckflüssigkeit aufnehmenden Zylinder 30, der sieh an den zweiteiligen Ring 29 a, 29 b anlegt und diesen in seinem Hohlraum 31 zusammenhalt, sowie aus dem hydraulisch beaufsehlagbaren Kolben 32, der auf das verlängerte Gewinde 18 der Ankerbüchse 1 aufgeschraubt ist.

Bei genügend hohem Enddruck im Kompressionsraum des Verdichters ist die auf die Stirnseite der Kassette wirkende Gaskraft so groß, daß sieh eine Befestigung der Kassette an der Kolbenstange 10 mittels des Ankers 11 erübrigt. Die Hutmuttern 6 bzw. §5 19 sowie die Ankerbüchse 1 sind in diesem Fall nicht axial durchbohrt. Die an die Kolbenstange 10 anliegende Fläche der Ankerbüchse 1 kann dann beliebig gestaltet werden, entweder ganz eben, wie in Fig. 8 dargestellt, oder auch ballig, — Vor dem Anfahren der Maschine muß ein gewisser Vordruck im Koropressionsraum herrsehen, damit keine Schläge zwischen Kassette und Kolbenstange auftreten können. Die Kassette kann schließlich auch so ausgeführt sein, daß die Spannmutter 17 an dem der Kolbenstange zugewandten Ende angeordnet ist. Eine solche Ausführung zeigt F i g, 9. Die Funktion der einzelnen Teile ist sonst dieselbe wie bei den vorgenannten Anordnungen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kolben in Kassettenbauweise für Kolbenmaschinen, insbesondere für Hochdruckgaskompressoren, bestehend aus einer Vielzahl an einer Kolbenstange zentrisch angeordneter Zwischenringe und Grundringe mit den Kolbenringen, von denen die Zwischenringe und die Grundringe unter Vorspannung fixiert sind, wobei der Kolben mittels eines Ankers mit der Kolbenstange verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenringe und die Grundringe mit den aufgesetzten Kolbenringen sowie gegebenenfalls Distanzringe zentrisch auf einer mit einer zentralen Bohrung für den hindurehzuführenden Anker und mit einem Gewinde zur Aufnahme der die Vorspannung aufbringenden und haltenden Mittel versehenen Ankerbüchse angeordnet und zwischen der Ankerbüehse und den Ringen Kanäle zum Abführen des Leckgases vorgesehen sind,

% Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerbüehse (I) einen polygonalen, vorzugsweise einen dreieckigen Querschnitt hat, wobei zwischen den durch das Polygon bestimmten Prisrnenflächen der Ankerbüehse und den Innenflächen der Zwischen- und Grundringe (3 bzw. 2) Kanäle (7) gebildet sind, die über radiale Nuten (8) in einein Unterlegring (9) mit dem Raum um die Kolbenstange in Verbindung stehen.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerbüchse einen runden Querschnitt hat und zwischen ihrer Mantelfläche und den Zwischen- und Grundringen (3,2) eine weitere ein- oder mehrteilige Büchse aufnimmt, die aus weicherem Werkstoff als die Ankerbüchse besteht und Kanäle zum Abführen der Leckgasmenge enthält.

4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmutter (6.) als eine die Innenräume der Kassette abdichtende Hutmutter ausgebildet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen