DE2248137C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelschleifengetriebe für Kolbenkompressoren mit schräg zur Kolbenachse angeordneter Gleitsteinführung.

Ein Kurbelschleifengetriebe der eingangs angegebenen Art ist insbesondere aus der US-PS 17 10 721 bekannt Die Gleitsteinführung ist dort unmittelbar im Kolben und schräg zur Kolbenachse angeordnet. Der Zweck dieser Anordnung liegt darin, am oberen Totpunkt eine Kraftkomponente in einer Drehrichtung in Richtung Saughub zu erzeugen. Außerdem ergibt sich dadurch in der einen Drehrichtung ein längerer und in der anderen Richtung ein kürzerer Saughub bzw. ein kürzerer oder längerer Kompressionshub. Insofern ist die Hubcharakteristik einer solchen Maschine vorgegeben. Änderungen bzw. Anpassungen an bestimmte Betriebsbedingungen lassen sich nicht erzielen. Nur durch Austausch der Gleitsteil ührung mit anderer Neigung ließe sich eine Anpassung erzielen.

In der DE-AS 12 84 798 ist ein Kurbelschleifengetriebe insbesondere für Werkzeugmaschinen beschrieben. Dieses Getriebe hat eine starr rechtwinklig an Hubstangen befestigte Gleitsteinführung und eine unabhängig von dieser im Maschinenständer verschwenkbar und einstellbar gelagerte Schwinge. In diese greift ein Gleitstein, welchem ein Lagerbolzen zugeordnet ist, der in den Gleitstein der Gleitsteinführung eingreift. Mit diesem Lagerbolzen steht eine gelenkige Antriebskurbel in Verbindung. Bei dieser bekannten Ausführung wird der Hub geändert, wobei eine stufenlose Hubverstellung bis zum Hub 0 möglich ist. Dabei liegt ein Merkmal der bekannten Ausführung darin, daß ein Umkehrpunkt der Hubbewegung immer in der gleichen Höhe. d. h. auch an der gleichen Stelle liegt. In der eineii Drehrichtung ist die Zeit für den Rückhub kleiner als die Zeit für den Arbeitshub. Bei Drehrichtungsumkehr ändern sich die Zeiten für den Rückhub und für den Arbeitshub entsprechend.

In der US-PS 23 53 285 ist ein Kurbeltrieb beschrie ben, der mit einer verhältnismäßig komplizierten Ausführung eine verbesserte Totpunktüberwindung bezweckt. Dem Kurbelzapfen üblicher Art ist exzentrisch eine Nockenscheibe zugeordnet, die innerhalb «ines besonderen Käfigs umläuft, der an der Kolbenstange befestigt ist. Diese ist darüber hinaus um den Kolbenbolzen schwenkbar gelagert, wodurch sich auch der Antrieb der Nockenscheibe in dem Käfig ergibt. Die ichräg zur Kurbelstange gerichtete Erstreckung des Käfigs bleibt in der zugeordneten Lage zur Kurbelstange, irgendeine besondere Hubcharakleristik wird dabei nicht erreicht,· sondern lediglich eine kellartige Wirkung beim Durchgang durch den Totpunkt bezweckt. Dabei sind die bekannten Federn zwischenziischäilen, Um eine

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^tl5 Dämpfung der Kolbenbewegung herbeizuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kurbelschleifengetriebe der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das je nach gewählter Drehrichtung und Drehzahl ermöglicht, die Hubcharakteristik in Abhängigkeit von der Schrägstellung der Kurbelschleife zu wählen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schräglage der Gleitsteinführung einstellbar ist Die dadurch erzielte Anpassung gestattet gerade für den Antrieb des Kompressors die Anpassung der Hubcharakteristik, wobei in den verschiedenen Bewegungsrichtungen des Kolbens unterschiedliche Charakteristika in bezug zu den Umkehrpunkten entstehen. Dadurch ergibt sich in einer Richtung ein längerer und in der anderen Richtung ein kürzerer Hub mit verschiedenen Geschwindigkeitsbildcrn bei gleichbleibender Antriebsdrehung. In Verbindung mit einer Änderung der Drehrichtung lassen sich einstellbar längere Ansaug- und kürzere Kompressionshübe, oder umgekehrt, wählen, wobei insbesondere die verschiedenen Hubcharakteristika auf das Kompressionsmedium abgestimmt werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung unter Verwendung von Federn ϊ ·π Stoßdämpfung ist dabei vorteilhaft die schräg angeordnete Gleitsteinführung hinsichtlich der Schrägeinstellung federnd abgestützt Dadurch liegt die Nachgiebigkeit nicht in einer Veränderung der Hubgröße, sondern in einer Ausweichmöglichkeit hinsichtlich der Hubcharakteristik.

Bei der Erfindung ergibt sich dabei auch jeweils eine Verlagerung der Umkehrpunkte. Die Schräglage der Gleitsteinführung kann auch während des Betriebs der Maschine eingestellt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Dabei werden z. T. auch Maschinen gezeigt, an denen die Erfindung anwendbar ist In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Drehkolbenmaschine mit vier Zylinderkolbenanordnungen im Schnitt.

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II durch Fig. 1.

F i g. 3 eine Darstellung von Herzkurven zur Erläuterung der Funkti« men einer bestimmten Betriebsweise,

Fig.4 eine Teildarstellung aus Fig. I mit abgewandelten Merkmalen zur Erläuterung einer besonderen Ausführungsform,

Fig. 5 eine dei Fig. 4 entsprechende schematische Teildarstellung zur Erläuterung einer noch weiteren Ausführungsform, jeweils im Schnitt.

In diesem Zusammenhang wird bemerkt, daß die Maschinen nach den Fig. 1,2 und 4 keine Schräglageneinstellung der Gleitsteinführung zeigen, aber eine an sich schräge Gleitsteinführung. Diese Figuren dienen dazu, mögliche Anwendungsfälle von Maschinentypen deutlich zu machen, die an sich, soweit sie in den Figuren gezeigt sind, mit der bekannten Ausführung nach der US-PS 17 10 72! übereinstimmen.

Die Erfindung läßt sich auch auf eine Maschine mit beispielsweise nur einem über eine Gleitsteinführung angetriebenen Kolben anwenden* Das ist aus Fig.5 Verständlich, wenn diese Figur auch an sich als Teil der als bevorzugte Ausführungsförm dargestellten Drehkolbenmaschine gezeichnet ist Bei der Ausführungsförm nach Fig.5. wäre in der Ausbildung als stehende Maschine der Zylinder als Stator fest ausgeführt, und in der Zylinderabdeckung, die oben angeordnet ist, wären Änsaug* Und Ausstoßventile vorgesehen, die entweder "druckabhängig öder in Abhängigkeit von einer Steuer-

welle arbeiten. Die Kolbenstange nach Fig.5 wäre in diesem Fall von einer Kurbelwelle angetrieben, deren Kurbelzapfen erkennbar ist

Die Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 zeigt die bevorzugte Ausbildung als Drehkolbenmaschine mit einem Stator 1, welcher eine nach innen zylindrische Wand 2 hat, die außen mit Kühlrippen versehen sein kann. In diesem Stator ist ein im ganzen mit 3 bezeichneter Rotor verdrehbar, und zwar um eine zentrisch zur innen zylindrischen Wand des Stators angeordnete Lagerung aus den Lagern 4, 5. An einem durch die Lagerung 4 herausgeführten Wellenzapfen 6 ist ein Antriebsmittel, beispielsweise ein Zahnrad 7, angeordnet

Durch den hohl ausgeführten Lagerzapfen 8 am ^ Lager 3 ist zentrisch eine Achse 9 geführt die an der Außenseite des Stators 1 durch Verriegelungsmittel 10 drehfest angeordnet ist Die Achse ist im Inneren abgekröpft und bildet eine exzentrisch zu den Lagern 4, 5 angeordnete feststehende Achse 11, ?.if weicher Gleitsteine 12,13 angeordnet sind, die in Gleitsteinführungen 14, 15 geführt sind. An diesen Gleitsteinführungen sind starr Kolbenstangen 16, 17 bzw. 18, 19 von Kolben 20, 21, 22, 23 angeordnet In der Zeichnung ist angedeutet, wie die Gleitsteinführungen durch die ^ Kurbelzapfen und die Steine geschmiert werden können. In Fig. 1 ist eine bestimmte Stellung der Kolben in den Zylinderräumen innerhalb der zylindrischen Wand gezeigt Diese Zylinderräume werden durch Wandteile 24,25,26,27 des Rotors 3 gebildet. Be'. J» der gezeigten Stellung in F i g. 1 ist erkennbar, daß der Kolben 20 etwa in seinem oberen und der Kolben 21 etwa in seinem unteren Umkehrpunkt angeordnet sind. Dieses trifft wie noch anhand der F i g. 3 beschrieben wird, nicht genau den Zustand. Anhand der Kolben 22, ¹^ 23 ist aber weiterhin erkennbar, daß bei der gezeichneten Mittelstellung der Kolben 23 weiter in seinem Z; 'inderraum nach außen geführt ist als der Kolben 22. Diese Unterschiede ergeben sich aufgrund der schrägen Anordnung der Gleitsteinführungen 14,15. ■"'

In F i g. 3 ist eine Herzkurve gezeigt, welche von einer wirksamen äußeren Kolbenfläche durchlaufen wird. Wäre die Gleitsteinführung senkrecht zur Kolbenstange angeordnet, dann ergäbe sich eine symmetrische Her/kurve 28. weiche für die zugeordneten Quartale ⁴^ gleich ist. Mit zunehmender Schrägneigung der Gleitsteinführung, und zwar entsprechend den Stellungen I, II, III, ergäbe;? sich dann die abweichenden Her/.kurven 29,30,31, wobei anhand der zu den Linien I bis III. deren Durchsetzrng des Umkreises 32 zugleich ^r'" die Lageverschiebung des oberen Totpunktes gegenüber der Vertikalen 33 anzeigt, gehörenden Senkrechten P. IP. IIP die abweichenden Quartale in der Hubcharakteristik in bezug zur Drehung des Rotors erkennbar sind. Dabei ist zu entnehmen, daß bei einer ■ ■ Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn mit zunehmender Neigung der Gleitsteinführung der sich anschließende Hubabschnitt des Kolbens verkürzt. Während sich der vor dem oberen Tötpunkt befindliehe iHubabschnitt mit zunehmender Gleitsleinführungsnel· ^b< > güng verlängert Dieses wird durch die Verschiedenen Ausbauchungen gezeigt.

Die Fig.3 zeigt an sich die Darstellung für eine kolbenfläche, wogegen in den F ί g. 1 und 2 zu berücksichtigen ist, d?Ä mehrere in bezug zueinander &5 arbeitende Kolben vorgesehen sind, durch weiche die Wirkung Vermehrfacht wird.

Der Rotor 3 ist a« seinem äußeren Umfang mit Dichtungen 36, 37 versehen. Die Kolben sind mittels nicht näher bezeichner.er selbstschmierend ausgeführter Kolbenringe geführt Die Zylinder sind nach unten durch Zylinderböden 38,39,40,41 abgeschlossen, durch welche mit Dichtungsanordnungen versehene Durchführungen 42, 43, 44, 45 mit Gleitbuchsen für die Kolbenstangen geführt sind.

Durch die Zylinderböden 38 bis 41 bilden sich zusätzliche Kompressionsräume, welche entweder durch die Durchführungen zugänglich sein können, oder, wie noch anhand der F i g. 4 erläutert wird, durch ein beispielsweise in den Zylinderboden 38 eingesetztes als Rückschlagventil ausgeführtes Saugventil 46, das unter Federbelastung zum Zylinderraum 2 öffnet Solche Ventile können an jedem Zylinderboden jeder Ausführung angeordnet sein. Sie sind jedoch nur einmal in F i g. 4 dargestellt.

Bezüglich der F i g. 1 wird bemerkt, daß die zylindrische Wand 2 in einem Bej „ich bei 47 über den Winkel von 90° offen ist und in eine duch die Wand 48 nach außen abgeschlossene Kammer 49 mündet, an der ein Ansaugstutzen 50 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine große Saugzeit Diese Bemessung ist bei einer Vielki>!ben- oder Zylindermaschine zweckmäßig. Bei einer entsprechend ausgeführten Maschine, beispielsweise mit sechs Zylindern und Kolben, würde eine solche Erstreckung etwa 50° max. betragen.

In F i g. 1 oben ist links von der Mitcelsenkrechten der Ausstoßstutzen 51 angeordnet. Unter Bezugnahme auf F i g. 3 wird bemerkt, daß nach F i g. 1 eine Rotordrehrichtung im Uhrzeigersinn vorgesehen ist. Der Ausstoß wird dabei verhältnismäßig kraftig eingeleitet. Die Ausstoßöffnung 51 ist im Sinne der Verlagerung des oberen Umkehrpunktes oder Totpunktes versetzt, also um einen anderen Winkel als 90° zur Mittelachse der Ansaugkammer 49 angeordnet. Je stärker die Neigung der Gleitsteinführung zu den zugeordneten Koiaenstangen ist, ein um so schnellerer Ausstoß findet statt. Entsprechend ergeben sich auch Änderungen der Kompressions- und Ansaughübe gemäß den Charakteristiken in F i g. 3, d. h. bei einer stärkeren Gleitsteinführungsneigung findet eine ruhigere Ansaugung statt

Obige Verhältnisse werden bei einer umgekehrt gewählten Drehrichtung weitgehend umgekehrt, wobei gerade durch die schräg zur Kolbenbewegung angeord neten Gleitsteinführungen in neuartiger Weise Arbeitscharakteristiken erzielbar sind, welche bei bekannten Kompressoren nicht vorhanden sind.

Fig. 4 zeigt beispielsweise eine unter Bezugnahme auf F i g. 1 vergleicnbare Anordnung der Gleitsteinführungen 14, 15, jedoch in einer etwas anderen Beifiebsstellung. wobei aber gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführung ist gezeigt, daß der Kolben 20 ein Ventil 52 auf veist, das als Rückschlagventil ausgeführt ist und dessen Ventilteller 53 in den Aroeitsraum des Zylinders 24 gegen die Wirkung einer Feder 54 öffnet. Die Feder ist auf einem Ventilkörperzapfen 55 bzw. auf einem an diesem angeordneten Widerlager 56 einerseits und einem als j Speichenkreuz ausgeführten Widerlager 57 andererseits abgestützt Dadurch kann der Raum unter den Kolben als zusätzlicher Kompressionsraum benutzt werden,

Gleiches gilt, für die Kolbendarstellung auch des Kolbens 20 hi F i g, 5, wobei allerdings andere Mittel zur Ausnutzung eines Zusatzkompressionsraumes über dem Zylinderboden 38 vorgesehen sind. Diese ähderen Mittel bestehen aus einem Überströmkanal 58 zwischen dem Zylinderraum Über dem Zyliftderboden 38 und

einer Öffnung 59, deren Abstand vom Zylinderboden 38 größer als die Höhe des Kolbens 20 ist. Der Kolben 20 ist zweckmäßig in seinem unteren Bereich bei 60 ausgespart, damit auch die unter dem Kolben komprl· mierte Luft ausgestoßen werden kann_f wenn sich der Kolben in seiner am weitesten eingezogenen Stellung befindet.

Fig.5 zeigt noch eine zusätzliche Ausgestaltung dahingehend, daß die an sich schräg zur Kolbenstange 16 angeordnete Gleitsteinführung 61, in welcher — unter Verwendung bisheriger Bezugszeichen — die Achse 11 mittels des Steins 12 geführt ist, in ihrer Neigung verstellbar zur Kolbenstange 16 angeordnet ist. Starr an der Kolbenstange 16 bzw. auch an der gegenüberliegenden Kolbenstange 17 ist ein Führungsring 62 angeordnet, in dem eine Scheibe 63 verdrehbar gelagert ist, in Welcher die GleitsteinführUrtg 61 angeordnet ist.

Es versteht sich, daß zwischen dem Ring 62 und der Scheibe 63 mechanische Einstellmittel zur Festlegung einer bestimmten Neigung vorgesehen sein können. Solche Mittel können durch Splinte oder Zapfenverbindungen ausgeführt sein. Weiterhin versteht sich, daß Einstellmotoren angeordnet sein können, welche mit pneumatischen, mechanischen oder elektrischen Mitteln arbeiten, indem beispielsweise für den letzteren Fall an einem aus dem Ring 62 herausgeführten und als Zahnkranz ausgebildeten Umfangsabschnitt der Scheibe 63 ein Ritzel kämmt, das im Ring 62 gelagert ist, und an dem ein Antriebsmotor angeordnet ist. Für eine hydraulische Ausführung könnten zwischen Ring und Scheibe Zyliriderräürrte ausgebildet sein, die wechselweise beaufschlagbar sind.
Figv5 zeigt eine Lösung mit einer Vorgewählten

ιό Schräglage der Gleitsteinführung 61 und Federnden Abstützmitteln, um Belastungsspitzen aufzunehmen. Die Scheibe 63 ist mit zwei als Federwiderlager ausgebildeten Aussparungen 64, 65 versehen, in die Federn 66, 67 eingreifen, die andererseits in als Widerlager ausgeführten Ausnehmungen 68, 69 des Rings 62 abgestützt sind. An diesen befindet sich ferner ein Anschlag 70, der in eine Umfangsausnehmung 71 der Scheibe 63 eingreift, um den größten Anschlag zu begrenzen. Wenn der Anschlag 7Ö bis auf den Boden der Ausnehmung 71 geführt würde_t ergäbe sich ein Beispiel für zwei wechselweise beaufschlagte Zylinderräume für eine hydraulische Betätigung. Eine verschieden starke Einstellung der Federn 66, 67 bleibt unter obiger Begründung vorbehalten.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche;

1. Kurbelschleifengetriebe für Kolbenkompressoren mit schräg zur Kolbenachse angeordneter Gleitsteinführung, dadurch gelcennzeichnet, daß die Schräglage der Gleitsteinführung(61) einstellbar ist

2. Kurbelschleifengetriebe nach Anspruch 1 mit Federn zur Stoßdämpfung der Kolbenbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg angeordne- '° te Gleitsteinführung (61) hinsichtlich der Schrägeinstellung federnd (66,67) abgestützt ist