DE20106700U1

DE20106700U1 - Kolben für einen Kolbenverdichter

Info

Publication number: DE20106700U1
Application number: DE20106700U
Authority: DE
Original assignee: Magna BDW Technologies GmbH
Current assignee: Ventrex Automotive GmbH
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2011-04-19

Description

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Alusuisse Bayrisches Druckguß-Werk Anwaltsakte: 25900

GmbH & Co. KG
D-85570 Markt Schwaben

Deutsches Gebrauchsmuster

&iacgr;&ogr; Kolben für einen Kolbenverdichter

BESCHREIBUNG:

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Kolbenverdichter für gasförmige Medien mit einem innerhalb eines Zylinders hin- und herbewegbaren Pleuel oder einer Kolbenstange, wobei das Pleuel mit dem Kolben verbunden ist und der Kolben einen Kolbenteller und einen auf dem Kolbenteller aufliegenden ringförmigen Kolbenkopf sowie einen Ventilteller mit mindestens einem Durchlass für das von der Kolbenunterseite anzusaugende gasförmige Medium aufweist.

Derartige Kolben sind z.B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 980 977 A2 bekannt. Zur Vermeidung von Undichtigkeiten zwischen einem Kolbenkopf des bekannten Kolbens und einer Zylinderinnenwand weist der Kolbenkopf an seiner Ringinnenseite einen geschlossenen Stützring aus Metall oder einer Metall-Legierung auf, wobei die Ausdehnungskoeffizienten des Stützringmaterials und des Zylindermaterials ungefähr gleich sind. Der Kolbenkopf ist zwischen einem Ventilteller und einer Kolbenscheibe, auf der der Kolbenkopf aufliegt, auf- und abbewegbar. Dieser bekannte Kolben weist den Vorteil auf, dass er bzw. der ringförmige Kolbenkopf drehbar ausgebildet ist. Dadurch wird eine einseitige Abnutzung des Kolbens vermieden, wie dies bei anderen bekannten Kolben, die nicht drehbar sind, der Fall ist.

Nachteilig an den bekannten Kolben ist jedoch, dass diese Kolben nicht dauerbelastbar sind. Heutige Einsatzgebiete für derartige Kolben verlangen jedoch ein hohes Durchsatzvolumen in kürzester Zeit bei relativ hohen Drücken. Zugleich sollen aber die Kolben bzw. die Kolbenverdichter möglichst klein dimensioniert sein. Derartige Anforderungen können daher nur über eine höhere Drehzahl gelöst werden, was jedoch zu einer signifikant höheren Belastung der Kolben führt. Derartige hohe Beanspruchungen führen aber zu den genannten Abnutzungserschetnungen und in der Folge zu Undichtigkeiten zwischen Kolbenkopf und Zylinderinnenwand.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kolben der eingangs genannten Art bereitzustellen, der dauerbelastbar ist und gleichzeitig eine sichere Dichtung zwischen Kolben und Zylinderinnenwand gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Kolben mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei einem erfindungsgemäßen Kolben für einen Kolbenverdichter für gasförmige Medien besteht ein Kolbenkopf aus einem ersten und einem zweiten ringförmigen Kolbenkopfelement, wobei das erste Kolbenkopfelement auf einem Kolbenteller zu liegen kommt und das zweite Kolbenkopfelement in das erste Kolbenkopfelement eingreift, derart, dass das erste und das zweite Kolbenkopfelement eine gemeinsame zentrale Ringöffnung zur Aufnahme eines Ventiltellers ausbilden, wobei das zweite Kolbenkopfelement relativ starrer ausgebildet ist als das erste Kolbenkopfelement. Die erfindungsgemäße Zweiteilung des Kolbenkopfes in ein erstes und ein zweites Kolbenkopfelement, wobei die beiden Elemente unterschiedliche Stabilitäten aufweisen, vereint vorteilhafterweise die Vorteile der bisher bekannten Kolben. So dichtet das erste Kolbenkopfelement, welches im Vergleich zu dem ersten Kolbenkopfelement weicher ausgebildet ist, in Richtung des Totpunktes des Zylinders sicher ab. Aufgrund der relativ weichen Konsistenz

des ersten Kolbenkopfelementes im Vergleich zu dem zweiten Kolbenkopfelement ist das erste Kolbenkopfelement beweglich, insbesondere drehbar. Dadurch wird eine einseitige Abnutzung dieses Kolbenbereiches vermieden. Im Gegensatz dazu ist das zweite Kolbenkopfelement, welches auf dem ersten Kolbenkopfelement aufsitzt, im Vergleich zu dem ersten Element starrer ausgebildet. Das zweite Kolbenkopfelement weist dadurch keine oder nur eine sehr geringe Beweglichkeit auf. Aufgrund seiner relativ starren Ausbildung ist es demzufolge stärker belastbar, insbesondere dauerbelastbar, als das erste Kolbenkopfelement. Die Kombination der beiden Kolbenkopfelemente gewährleistet insgesamt eine geringere Abnutzung

&iacgr;&ogr; bei einer höheren Dauerbelastbarkeit sowie einer entsprechenden zuverlässigen Dichtung des erfindungsgemäßen Kolbens. Eine deutlich höhere Lebensdauer des Kolbens ist dadurch ebenfalls gewährleistet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Kolbenkopfelement geschlitzt ausgebildet. Durch die Schlitzung des zweiten Kolbenkopfelementes ist gewährleistet, dass auch bei Betätigung des Kolbens und einem entsprechenden Temperaturanstieg eine genügende Dichtung zwischen dem Kolbenkopf und der Zylinderinnenwand vorliegt, da sich das geschlitzte zweite Kolbenkopfelement bei Erwärmung in Richtung der Zylinderinnenwand ausdehnt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Stabilitätsunterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Kolbenkopfelement durch eine unterschiedliche Geometrie, Form und Abstützung der beiden Kolbenkopfelemente erzeugt. So kann z.B. das erste Kolbenkopfelement eine geringere Querschnittsfläche als das zweite Kolbenkopfelement aufweisen. Dadurch ist es möglich, dass das erste und das zweite Kolbenkopfelement aus dem selben Material bestehen, insbesondere können die beiden Elemente aus Kunststoff, nämlich Polytetrafluorethylen bestehen. Durch die Verwendung von nur einem Material werden die Herstellungskosten des Kolbens deutlich gesenkt. Es ist aber auch denkbar, dass die genannten Stabilitätsunterschiede zwischen dem ersten und zweiten Kolbenkopfelement durch die Verwendung zweier unterschiedlicher Materialien für die jeweiligen Kolbenkopfelemente erzeugt werden.

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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolbens weist das erste Kolbenkopfelement eine ringförmige Nut zur Aufnahme eines Stützrings auf. Durch den Stützring ist gewährleistet, dass eine Ringaußenfläche des ersten Kolbenkopfelementes zuverlässig gegen die Zylinderinnenwand gedrückt wird, so dass der Kolbenkopf dichtend mit dieser abschließt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolbens weist das zweite Kolbenkopfelement an der dem ersten Kolbenkopfelement entfernten Seite an seiner Ringinnenseite eine ringförmige Auflagefläche zur Auflage eines

&iacgr;&ogr; ringförmigen Kragens des Ventiltellers auf. Zudem kann das erste Kolbenkopfelement an der dem zweiten Kolbenkopfelement entfernten Seite an seiner Ringinnenseite einen ringförmigen Begrenzungsflansch aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung des ersten und des zweiten Kolbenkopfelementes gewährleistet eine definierte Beweglichkeit des Kolbenkopfes zwischen dem Ventilteller und dem Kolbenteller.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolbens bilden die Ringaußenflächen des ersten Kolbenkopfelementes und des zweiten Kolbenkopfelementes gemeinsam eine nach außen gewölbte Mantelfläche aus. Die nach außen gewölbte Mantelfläche drückt dabei gegen die Zylinderinnenwand und gewährleistet somit eine hervorragende Dichtwirkung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens;

Figur 2 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines Kolbenkopfes des erfindungsgemäßen Kolbens;

Figur 3 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Kolbens gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Kolben 10 für einen Kolbenverdichter für gasförmige Medien. Der Kolben 10 ist dabei mit einem innerhalb eines Zylinders (nicht dargestellt) hin- und herbewegbaren Pleuel 14 verbunden, wobei das Pleuel 14 an dem dem Kolben 10 gegenüberliegenden Ende ein Verbindungselement 20, insbesondere ein Lager aufweist, welches mit einer Antriebswelle eines Elektromotors (nicht dargestellt) verbunden ist. Man erkennt, dass der Kolben 10 einen Kolbenteller 16 und einen auf dem Kolbenteller 16

&iacgr;&ogr; aufliegenden ringförmigen Kolbenkopf 12 aufweist. Innerhalb des ringförmigen Kolbenkopfes 12 ist ein Ventilteller 26 mit mehreren Durchlässen 32 für das von der Kolbenunterseite anzusaugende gasförmige Medium angeordnet.

Der Ventilteller 26 ragt dabei durch die zentrale Ringöffnung des Kolbenkopfes 12 hindurch, wobei der Durchmessers des hindurchragenden Ventiltellerelementes 34 (vgl. Figur 3) kleiner ist als der Durchmesser der zentralen Ringöffnung. Der Kolbenkopf 12 kann de bei zwischen dem Ventilteller 26, der an dem Pleuel 14 befestigt ist und dem Kolbenteller 16 auf- und abbewegt werden. Des weiteren erkennt man, dass der Kolbenkopf 12 aus einem ersten und einem zweiten ringförmigen Kolbenkopfelement 22, 24 besteht, wobei das erste Kolbenkopfelement 22 auf dem Kolbenteller 16 zu liegen kommt und das zweite Kolbenkopfelement 24 in das erste Kolbenkopfelement 22 eingreift, derart, dass das erste und das zweite Kolbenkopfelement 22, 24 die zentrale Ringöffnung des Kolbenkopfes 12 zur Aufnahme des Ventilteilers ausbilden. Das zweite Kolbenkopfelement 24 weist zudem einen Schlitz 56 auf.

Figur 2 zeigt den Kolbenkopf 12 in einer schematischen Schnittansicht. Man erkennt, dass der Kolbenkopf 12 aus dem ersten Kolbenkopfelement 22 und dem auf dem ersten Kolbenkopfelement 22 aufliegenden zweiten Kolbenkopfelement 24 besteht. Das erste Kolbenkopfelement 22 weist an der Ringinnenseite eine ringförmige Auflagefläche 38 zur Aufnahme einer korrespondierenden ringförmigen Auflagefläche 40 des zweiten Kolbenkopfelementes 24 auf. Des weiteren weist das erste Kolbenkopfelement im Bereich der Ringaußenseite eine ringförmige

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Anschlagfläche 42 zur Aufnahme einer ringförmigen Schulter 44 des zweiten Kolbenkopfelementes 24 auf.

Des weiteren erkennt man, dass das zweite Kolbenkopfelement 24 an der dem ersten Kolbenkopfelement 22 entfernten Seite an seiner Ringinnenseite eine ringförmige Auflagefläche} 46 zur Auflage eines ringförmigen Kragens 50 (vgl. Figur 3) des Ventiltellers 16 aufweist. Das erste Kolbenkopfelement 22 weist an der dem zweiten Kolbenkopfelement 24 entfernten Seite an seiner Ringinnenseite einen ringförmigen Begrenzungsflansch 48 auf. Zudem ist in dem ersten &iacgr;&ogr; Kolbenkopfelement 22 eine ringförmige Nut 36 zur Aufnahme eines Stützringes 18 ausgebildet. Weiterhin erkennt man, dass die Ringaußenflächen 52, 54 des ersten Kolbenkopfelementes 22 und des zweiten Kolbenkopfelementes 24 gemeinsam eine nach außen gewölbte Mantelfläche ausbilden.

Das zweite Kolbenkopfelement 24 ist relativ starrer ausgebildet als das erste Kolbenkopfelement 22. Diese Stabilitätsunterschiede werden durch eine unterschiedliche Geometrie, Form und Abstützung der Elemente, wie dies aus Figur 2 deutlich erkennbar ist, erzeugt. Es wird zudem deutlich, dass in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das erste Kolbenkopfelement 22 eine geringere Querschnittsfläche als das zweite Kolbenkopfelement 24 aufweist.

Üblicherweise besteher das erste und das zweite Kolbenkopfelement 22, 24 aus Kunststoff, insbesondere Polytetrafluorethylen.

Figur 3 zeigt eine Explosionsdarstellung des Kolbens 10 und dem damit verbundenen Pleuel 1.4. Man erkennt, dass das Verbindungselement 20, welches an dem dem Kolben 10 gegenüberliegenden Ende des Pleuels 14 angeordnet ist, als Lager ausgebildet ist. An dem dem Verbindungselement 20 gegenüberliegenden Ende des Pleuels ist eine Nase 28 ausgebildet, die durch eine Öffnung 58 des Kolbentellers 16 und eine entsprechende Öffnung 30 des Ventiltellers 26 greift und so eine Verbindung zwischen diesen Elementen schafft. Man erkennt, dass das erste Kolbenkopfelement 22 auf dem Ventilteller 16 aufliegt. In das erste ringförmige Kolbenkopfelement 22 greift das zweite Kolbenkopfelement 24, welches

gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht geschlitzt ist, ein und bildet so den ringförmigen Kolbenkörper mit einer zentralen Ringöffnung. In diese zentrale Ringöffnung ragt das Ventiltellei element 34.

Claims

1. Kolben für einen Kolbenverdichter für gasförmige Medien mit einem innerhalb eines Zylinders hin- und herbewegbaren Pleuel oder einer Kolbenstange (14), wobei das Pleuel (14) mit dem Kolben (10) verbunden ist und der Kolben (10) einen Kolbenteller (16) und einen auf dem Kolbenteiler (16) aufliegenden ringförmigen Kolbenkopf (12) sowie einen Ventilteller (26) mit mindestens einem Durchlass (32) für das von der Kolbenunterseite anzusaugende gasförmige Medium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkopf (12) aus einem ersten und einem zweiten ringförmigen Kolbenkopfelement (22, 24) besteht, wobei das erste Kolbenkopfelement (22) auf dem Kolbenteller (16) zu liegen kommt und das zweite Kolbenkopfelement (24) in das erste Kolbenkopfelement (22) eingreift, derart, dass das erste und das zweite Kolbenkopfelement (22, 24) eine gemeinsame zentrale Ringöffnung zur Aufnahme des Ventiltellers (16) ausbilden, wobei das zweite Kolbenkopfelement (24) relativ starrer ausgebildet ist als das erste Kolbenkopfelement (22).

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kolbenkopfelement (24) geschlitzt ausgebildet ist.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilitätsunterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Kolbenkopfelement (22, 24) durch eine unterschiedliche Geometrie, Form und Abstützung dar Elemente erzeugt werden.

4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kolbenkopfelement (22) eine geringere Querschnittsfläche als das zweite Kolbenkopfelement (24) aufweist.

5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Kolbenkopfelement (22, 24) aus Kunststoff bestehen.

6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Polytetrafluorethylen ist.

7. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kolbenkopfelement (22) eine ringförmige Nut (36) zur Aufnahme eines Stützrings (18) aufweist.

8. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kolbenkopfelement (22) drehbar ausgebildet ist.

9. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kolbenkopfelement (24) an der dem ersten Kolbenkopfelement (22) entfernten Seite an seiner Ringinnenseite eine ringförmige Auflagefläche (46) zur Auflage eines ringförmigen Kragens (50) des Ventiltellers (16) aufweist.

10. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kolbenkopfelement (22) an der dem zweiten Kolbenkopfelement (24) entfernten Seite an seiner Ringinnenseite einen ringförmigen Begrenzungsflansch (48) aufweist.

11. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringaußenflächen (52, 54) des ersten Kolbenkopfelements (22) und des zweiten Kolbenkopfelements (24) gemeinsam eine nach außen gewölbte Mantelfläche ausbilden.