Auf dem Gebiet des Schienenfahrzeugbaus kommt in zunehmendem Maße Leicht- bau zur Anwendung. So werden Wagenkastenstrukturen aus Aluminium- Strangpressprofilen oder Trägerstrukturen aus Dünnblech eingesetzt, die jedoch häufig eine Anzahl von Eigenfrequenzen nahe der Drehzahl des Kolbenkompressors der Luftbeschaffungsanlage aufweisen, wobei über dabei auftretende Resonanzer- scheinungen größere Schwingungsamplituden in einem störenden, mit menschli- chen Sinnesorganen wahrnehmbaren Frequenzbereich entstehen. Häufig können mit herkömmlichen Kolbenkompressoren bestehende Spezifikationen über zulässige Körperschallpegel nicht eingehalten werden. In Folge dessen ist der Einsatz von Kolbenkompressoren oft kritisch, so daß bisher vermehrt andere, aufwendigere Ver- dichterarten-beispielsweise Rotationsverdichter-zum Einsatz gebracht werden mußten. Um einen ausgeglichenen, d. h. schwingungsarmen, Lauf des Kolbenkom- pressors zu erzielen, werden in der Praxis gewöhnlich Zusatzmassen verwendet, die auf der Kurbelwelle angeordnet sind, damit ein dynamischer Massenausgleich er- folgt.

Als Kolbenkompressor kommen in verschiedenen Industriebereichen vermehrt tro- ckenlaufende Kolbenkompressoren zum Einsatz, die daher allgemein bekannt sind.

Ein trockenlaufender Kolbenkompressor arbeitet in seiner Verdichtereinheit ohne ein im Gehäuse befindliches Schmieröl. Stattdessen wird die Schmierung an der Kol- benlaufbahn durch eine besonders reibungsarme dynamische Dichtungsanordnung ersetzt. Alle drehenden Bauteile sind üblicherweise wälzgelagert. Die gekapselten Wälzlager werden dabei mit einer temperaturbeständigen langlebigen Fettfüllung versehen. Im Ventilbereich werden gleitgeführte Bauteile weitestgehend vermieden.

Durch die Summe dieser Maßnahmen ist eine Olschmierung in der Verdichtereinheit entbehrlich. Folglich kann beispielsweise auch die Gefahr einer Verölung der von der Verdichtereinheit erzeugten Druckluft ausgeschlossen werden, was insbesondere im Schienenfahrzeugbau vorteilhaft ist. Durch den Wegfall eines Olkreislaufs und grö- ßerer zusätzlicher Ausgleichsmassen kann ein trockenlaufender Kolbenkompressor besonders leichtbauend ausgeführt werden.

Die vorliegende, eine dynamische Massenausgleichsanordnung für den Kurbeltrieb eines Kolbenkompressors beinhaltende Erfindung ist sowohl bei einem ölge- schmierten Kolbenkompressor oder insbesondere bei dem vergleichsweise leichte- ren, trockenlaufenden Kolbenkompressor anwendbar, der mit mehreren Zylindern ausgestattet ist, wie dies beispielsweise bei einem allgemein bekannten Kolbenkom- pressor mit Niederdruck-und Hochdruckstufe der Fall ist. Hierbei ist eine symmetri- sche Anordnung der bewegten Massen nicht möglich, so daß der überzählige Kur- betrieb durch weitere Zusatzmassen auszugleichen ist. Eine Anordnung dieser weiteren Zusatzmassen an der Kurbelwelle, d. h. in radialer Nähe zur Drehachse, ist aus dynamischen Gründen deshalb nachteilig, weil die Gesamtmasse des Kolben- kompressors dadurch unverhältnismäßig groß wird, was dem vorstehend erläuterten Leichtbautrend entgegensteht.

Es ist bereits versucht worden, einen Massenausgleich durch Generierung weiterer Kolbenvarianten zu schaffen, wodurch jedoch der Konstruktions-und Herstellungs- aufwand für den Kolbenkompressor in nachteiliger Weise ansteigt.

Es ist die daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dynamische Massenaus- gleichsanordnung für einen gattungsgemäßen Kolbenkompressor zur Minimierung der im Betrieb erzeugten Schwingungen zu schaffen, die auf einfache Weise einen wirksamen dynamischen Massenausgleich bei möglichst leichtbauender Ausführung gestattet.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Kolbenverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelost. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin- dung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß zum dynamischen Massenaus- gleich mindestens ein Ausgleichspleuel mit einer Zusatzmasse vorgesehen ist, des- sen auf der Pleuelachse gelegener Schwerpunkt gegenüber den übrigen, eine gera- de Anzahl ergebenden und leichteren Pleuel in Richtung des kolbenseitigen Endes hin verschoben ist.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß zum Massenausgleich bei einer aus mehreren, vorzugsweise ungeradzahligen Anzahl von Zylindern bestehenden Verdichtereinheit eine nur relativ geringe Zusatzmasse am überzähligen, d. h. an dem die Unsymmetrie verursachenden, Kurbeltrieb erforderlich ist, die in dynamisch vorteilhafter Weise am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels angeordnet ist, so daß durch diese örtlich kurbelwellenferne Konzentration der Masse der oszillie- rende Massenanteil des Pleuels stark erhöht wird.

Vorzugsweise liegt auf der Pleuelachse vom kolbenseitigen Ende her gesehen der Schwerpunkt des Ausgleichspleuels im Abschnitt von bis zu 55% der Pleuellänge. In diesem Abschnitt kann ein gut wirksamer Massenausgleich beobachtet werden. Der Wirkungsgrad des Massenausgleichs nimmt jedoch mit einer Konzentration der Zu- satzmasse zum kolbenseitigen Ende hin zu. Herkömmliche Pleuel weisen dagegen eine Massekonzentration von ca. 1/3 zum kurbelwellenseitigen Ende hin auf, da das Material eines herkömmlichen Pleuels an dieser Stelle eine im Durchmesser große Ausnehmung zur Aufnahme des kurbelwellenseitigen Wälzlagers umgibt. Dies führt zu einer kurbelseitigen Massekonzentration.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Zusatzmasse am Ausgleichspleuel durch die geometrische Gestalt bestimmende Materialanformungen ausgebildet. Insoweit ist eine einfache einstückige Herstellung des Ausgleichspleuels im Gußverfahren mög- lich.

Alternativ dazu kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Zusatzmasse am Ausgleichspleuel auch durch ein oder mehrere Zusatzmassenelemente gebildet werden, die lösbar oder unlösbar mit dem Ausgleichspleuel verbunden sind. Die Verbindung muß dabei den im Betrieb auftretenden hohen Wechselkräften stand- halten und ist gegebenenfalls gegen ein selbsttätiges Lösen zu sichern. Im Falle ei- ner lösbaren Verbindung kann diese kraftschlüssig mittels einer Verschraubung oder formschlüssig mittels einer Befestigung nach Art einer Verkeilung hergestellt werden.

Im Fall einer unlösbaren Verbindung eines Zusatzmassenelementes am Ausgleichs- pleuel eignet sich insbesondere eine Verschweißung oder gegebenenfalls auch eine Verklebung oder dergleichen. Es ist auch denkbar, das Ausgleichspleuel aus einem Leichtmetall-wie Aluminium-herzustellen, wobei hieran schwerere Massesstücken -beispielsweise Stahl-angeschraubt oder eingegossen oder in andere Weise be- festigt werden.

Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung weist das Ausgleichspleuel vorzugsweise einen im wesentlichen V-förmig ausgebildeten und sich kolbenseitig erweiternden sowie symmetrischen Schaftabschnitt auf. Um eine noch bessere dynamische Mas- severteilung zu erzielen, kann gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme der Schaftabschnitt mit einer kurbelwellennahen koaxialen Ausnehmung versehen werden. Vorzugsweise ist der zwischen der Pleuelachse und einer Pleuel- schaftseite des V-förmigen Ausgleichspleuels gebildete Winkel mit 10° bemessen.

In diesem Winkelbereich ergibt sich ein vorteilhafter Kompromiß zwischen dem Platzbedarf, der gegenüber benachbarter Bauteile für die Bewegung des Aus- gleichspleuels erforderlich ist und einer weitestgehend hohen Masse am kolbenseiti- gen Ende des Ausgleichspleuels. Das Ausgleichspleuel sollte mindestens in etwa doppelt so schwer sein, wie das mittlere Gewicht der an den übrigen Pleuel befes- tigten Kolben. Bei einem zweistufigen Kolbenkompressor ist die Masse des Aus- gleichspleuels vorzugsweise gleich der doppelten Masse der übrigen Pleuel plus der Masse des Kolbens der Hochdruckstufe.

In eine Durchgangsbohrung am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels ist ins- besondere für den Einsatz in einem trockenlaufenden Kolbenkompressor ein le- bensdauergeschmiertes Nadellager eingesetzt, welches eine Walzlagerstelle zu ei- nem Kolbenbolzen für die Kolbenbefestigung bildet. Es ist auch denkbar, an dieser Stelle im Falle eines ölgeschmierten Kolbenverdichters eine einfache Gleitlagerung zu verwenden. Das Ausgleichspleuel kann in vorteilhafter Weise über ein Wälzlager an der Kurbelwelle befestigt sein und zu diesem Zwecke über geteilte, miteinander verbindbare Halbschalenanordnung verfügen, die in ihrer Ausbildung eine beson- ders einfache Montage des erfindungsgemäßen Ausgleichspleuels durch die Zylin- deröffnung im Gehäuse hindurch ermöglicht.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden gemeinsam mit der Be- schreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figu- ren näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 eine Draufsicht in teilweiser Schnittdarstellung eines Kolbenkompressors mit drei Zylindern in 180° V-Bauweise, die eine Niederdruckstufe mit einer dar- auffolgenden Hochdruckstufe bilden und Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Pleuels und Fig. 3 eine Seitenansicht des Pleuels nach Fig. 2 mit auf der Pleuelachse verdeut- lichtem Masseschwerpunkt.

Gemäß Figur 1 besteht ein trockenlaufender Kolbenkompressor für Schienenfahr- zeuge im wesentlichen aus einer 2-stufigen Verdichtereinheit 1 mit angeflanschter Antriebseinheit 2. Die Antriebseinheit 2 ist als Elektromotor ausgeführt und ist am Gehäuse 3 der Verdichtereinheit 1 über eine Schraubverbindung lösbar befestigt.

Die Antriebseinheit 2 versetzt eine im Gehäuse 3 angeordnete Kurbelwelle 4 in eine Drehbewegung, welche in eine Hub-und Senkbewegung für drei Kolben 5a bis 5c umgesetzt wird, die innerhalb der am Gehäuse 3 befestigten topfartigen Zylinder 6a bis 6c zur Drucklufterzeugung untergebracht sind. Durch die Kolbenbewegung wird aus der Atmosphäre Luft über eine eingangsseitige hier nicht dargestellte Filter- anordnung angesaugt und verdichtet. Die Druckluft steht danach dem Druckluftsys- tem eines Schienenfahrzeuges-insbesondere für den Betrieb der Bremsanlage- zur Verfügung.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verdichtereinheit 1 als mehrstufiger Kolben- verdichter mit Niederdruckstufe und Hochdruckstufe ausgeführt. Der Niederdruck- stufe sind die beiden Zylinder 6a und 6c zugeordnet ; zur Hochdruckstufe gehört der Zylinder 6b. Die drei Zylinder 6a bis 6c sind am Gehäuse 3 der Verdichtereinheit 1 gegenüberliegend in der sogenannten 180° V-Bauweise angeordnet. Der lineare Antrieb der Kolbens 5a bis 5c erfolgt über eine Kurbeltriebanordnung mittels zuge- ordneter Pleuel 7a bis 7c, die je auf der dem Kolben 5a bis 5c gegenüberliegenden Seite mit der Kurbelwelle 4 verbunden sind. Die kolbenseitige Befestigung der Pleuel 7a bis 7c erfolgt über je einen Kolbenbolzen 8a bis 8c, der die Verbindung mit dem zugeordneten Kolben 5a bis 5c herstellt. Auf dem Kolbenbolzen 8a bis 8c ist das o- bere Ende des Pleuels 7a bis 7c je über ein lebensdauergeschmiertes Nadellager 9a bis 9c gelagert. Die kurbelwellenseitige Lagerung jedes Pleuels 7a bis 7c ist durch Wälzlager 10a bis 10c realisiert.

Für den Kolben 5a, dem zum Massenausgleich kein weiterer Kolben gegenüberliegt -wie das bei den übrigen Kolben 5b und 5c der Fall ist-ist das zugeordnete Pleuel als erfindungsgemaßes Ausgleichspleuel 7a ausgeführt. Das Ausgleichspleuel 7a ist mit einer Zusatzmasse ausgestattet, die den auf der Pleuelachse gelegenen Schwerpunkt gegenüber den übrigen beiden leichteren Pleuel (7b, 7c) in Richtung des Kolbens (5a) hin verschiebt, um einen dynamischen Massenausgleich herbei- zuführen.

Das Ausgleichspleuel 7a weist gemäß Figur 2 einen im wesentlichen V-förmig aus- gebildeten und sich in Richtung einer Durchgangsbohrung 11 erweiternden symmet- rischen Schaftabschnitt 12 auf. In die Durchgangsbohrung 11 am kolbenseitigen En- de des Ausgleichspleuels 7a ist das lebensdauergeschmierte Nadellager 9a einge- setzt, welches eine Walzlagerstelle zum-hier nicht weiter dargestellten-Kolbenbol- zen bildet. Kurbelwellenseitig verfügt das Ausgleichspleuel 7a über eine mittels Schrauben 13a und 13b verbundene Halbschalenanordnung 14a, 14b zur Aufnahme des hier ebenfalls nicht weiter dargestellten Wälzlagers auf der Kurbelwelle. Der Schaftabschnitt 12 des Ausgleichspleuels 7a ist mit einer kurbelwellennahen koaxia- len Ausnehmung 15 versehen, so daß sich in Summe der vorstehend beschriebenen Gestaltungsmerkmale die Masse des Ausgleichspleuels 7a im Bereich der Durch- gangsbohrung 11 am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels 7a konzentriert.

Gemäß Figur 3 gelangt hierdurch der auf der Pleuelachse 16 gelegene Schwerpunkt S in Richtung des kolbenseitigen Endes des Ausgleichspleuels 7a. Der zwischen der Pleuelachse 16 und einer Pleuelschaftseite 17 des V-förmigen Ausgleichspleuels 7a gebildete Winkel a beträgt in etwa 10°. Dieser Winkel ermöglicht eine ausreichende Bewegbarkeit des Ausgleichspleuels 7a gegenüber benachbarter Bauteile und ergibt eine genügend hohe Masse am kolbenseitigen Ende des Ausgleichspleuels 7a. Das Ausgleichspleuel 7a besteht aus Stahiguß und ist in etwa doppelt so schwer, wie das mittlere Gewicht der beiden übrigen Pleuel 7b und 7c.

Die erfindungsgemäße Massenausgleichsanordnung schafft auf einfache Weise ei- nen wirksamen dynamischen Massenausgleich bei möglichst leichtbauender Ausfüh- rung zur Minimierung der im Betrieb des gattungsgemäßen Kolbenkompressors er- zeugten Schwingungen.

Bezugszeichenliste 1 Verdichtereinheit 2 Antriebseinheit 3 Gehäuse 4 Kurbelwelle 5 Kolben 6 Zylinder 7 Pleuel 8 Kolbenbolzen 9 Nadellager 1 0 Wälzlager 11 Ausnehmung 12 Schaftabschnitt 13 Schrauben <BR> <BR> 14 Halbschalenanordnung 15 Ausnehmung 1 6 Pleuelachse<BR> 17 Pleuelschaftseite