AT366781B

AT366781B - Kraft- oder arbeitsmaschine

Info

Publication number: AT366781B
Application number: AT0621477A
Authority: AT
Original assignee: Kroisel Norbert Dr
Priority date: 1977-08-26
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1982-05-10
Also published as: ATA621477A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraft- oder Arbeitsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit einer im feststehenden Gehäuse gelagerten Kurbelwelle, deren Achse im Bereich der Kolbenlängsachse liegt und die auf ihrem Kurbelzapfen einen drehbar angebrachten Exzenter trägt, auf dessen drehzylindrischer Aussenfläche der im Arbeitsraum hin-und hergehende Kolben vorzugsweise mittels eines Wälzlagers gelagert ist, und für welchen eine Führung vorgesehen ist.

Eine solche Maschine hat den Vorteil, dass eine einwandfreie Abdichtung des Kolbens gegen- über der ruhenden Gehäuse- bzw. Zylinderwand erzielt wird. Besteht die Führung aus einem mit dem Exzenter verbundenen Zahnkranz, der mit einem feststehenden Zahnkranz des Gehäuses in Eingriff steht, so hat diese Konstruktion den Nachteil, dass der Kolben nicht so nahe an die Kurbelwellenachse herangeführt werden kann.

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Kraft- oder Arbeitsmaschine der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, dass dieser Nachteil beseitigt wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, dass die Führung von zumindest einer mit dem Exzenter stirnseitig drehfest verbundenen Kurvenbahn in Form einer Herzkurve gebildet wird, die im Betrieb an ortsfesten Führungszapfen ständig gleitend anliegt und durch den Kurbelradius, den gegenseitigen Abstand der Führungszapfenmittelpunkte sowie Form und Grösse der Führungszapfen bestimmt ist, wobei der kurbelzapfennächste Punkt der Kurve in den Totpunktlagen des Kolbens auch der Kurbelwellenachse am nächsten liegt und die Achsen der Führungszapfen symmetrisch und parallel zur Achse der Kurbelwelle in einer Normalebene zur Längsachse des Kolbens liegen.

Ein Punkt auf der Peripherie eines Kreises, der ohne zu gleiten, auf einem festen Kreis seiner Ebene rollt, beschreibt eine Epizykloide, wenn die Berührung der Kreise aussen stattfindet.

Ist der Radius des festen Kreises gleich gross dem Radius des abrollenden Kreises, so entsteht eine Kardioide. Hiebei wird eine verlängerte oder verkürzte Kardioide gebildet, wenn der erzeugende Punkt ausserhalb bzw. innerhalb des abrollenden Kreises in Abstand r von dessen Mittelpunkt liegt.

Die bei der Erfindung verwendete Herzkurve ist eine Äquidistante einer verkürzten Kardioide, die durch den Kurbelradius, den gegenseitigen Abstand der Führungszapfen sowie deren Form und Grösse bestimmt wird. Der Radius des festen Kreises und der Radius des abrollenden Kreises entspricht hiebei einem Viertel des Abstandes der Führungszapfenmittelpunkte voneinander, der erzeugende Punkt für die verkürzte Kardioide liegt in einem dem Kurbelradius entsprechenden Abstand vom Mittelpunkt des abrollenden Kreises, während die Äquidistante der verkürzten Kardioide durch den Abstand des Radius der vorzugsweise rollenförmigen Führungszapfen bestimmt ist. Dementsprechend ist sowohl ein um diesen Radius erweiterter Kurvenring, als auch eine um diesen Radius verminderte Kurvenbahn möglich.

Durch die die Form einer Herzkurve aufweisende Kurvenbahn wird der Exzenter zu einer Drehbewegung gezwungen, sobald sich die Kurbelwelle dreht. Es kann daher nicht dazu kommen, dass der Exzenter stehenbleibt und die Kurbel leer durchdreht. Vorteilhaft ist es hiebei, dass die Konstruktion es ohne weiteres zulässt, den oder die Kolben nahe an die Kurbelwellenachse heranzuführen, so dass die Bauweise der erfindungsgemässen Maschine äusserst kompakt wird.

Es wäre im Prinzip möglich, die Kurvenbahn so auszubilden, dass sie die Führungszapfen aussen umschliesst, so dass also die Kurvenbahn etwa die Form eines Kurvenringes aufweist. Dadurch würde die Konstruktion aber voluminös werden. Günstiger ist es daher, wenn gemäss einer Weiterbildung der Erfindung die Führung eine Kurvenscheibe darstellt, die mit ihrem die Kurvenbahn bildenden Umfang an den Führungszapfen anliegt. Eine solche Konstruktion lässt sich platzsparend durchführen.

Aus Symmetriegründen und zur Vermeidung von Unwuchten ist es im Rahmen der Erfindung besonders günstig, zwei gleiche Kurvenscheiben zu beiden Seiten des Exzenters anzuordnen, deren jede an zwei gleichartigen und symmetrisch zur Kurbenwellenachse angeordneten Führungszapfen anliegt. Zur Vermeidung der Reibung zwischen der Kurvenscheibe und den Führungszapfen empfiehlt es sich erfindungsgemäss, dass jeder Führungszapfen einen auf ihm, vorzugsweise mittels eines Wälzlagers, drehbar gelagerten Ring trägt, an dem die Kurvenbahn anliegt. Ferner ist es erfindungsgemäss günstig, wenn jeder Führungszapfen im Gehäuse verstellbar und fixierbar

ist, da dadurch allfällige Herstellungs- bzw. Montageungenauigkeiten aufgenommen bzw. korrigiert werden können.

Die erfindungsgemässe Kraft- oder Arbeitsmaschine kann nicht nur als Brennkraftmaschine, sondern auch als Kompressor oder Pumpe Verwendung finden, wobei auch Kombinationen möglich sind.

Der Erfindungsgegenstand ist in den Zeichnungen an Hand eines Ausführungsbeispieles schema-
EMI2.1
nach den Linien II-II bzw. III-III der Fig. 1.

Die dargestellte Maschine ist als Paarkolbenmaschine ausgeführt. In einem feststehenden Ge- häuse --1-- ist eine Kurbelwelle --2-- zentrisch und normal zu zwei parallel zueinander angeordneten Gehäuseseitenwänden --1', 1"-- gelagert. Auf einem Kurbelzapfen --3-- der Welle --2-- ist ein Exzenter --4-- mittels eines Gleitlagers --5-- drehbar gelagert. Auf der drehzylindrischen Aussenfläche des Exzenters --4-- ist mittels eines Wälzlagers-6-ein Paarkolben-B-mittels Kolbenstangen --8'-- drehbar gelagert, wobei diese Kolbenstangen --8'-- mit dem Aussenring - des Wälzlagers --6-- fest verbunden sind.

Das Gehäuse hat im Querschnitt eine rechteckige Form und kann im Bereich derjenigen Gleitflächen, entlang welcher der Paarkolben --8-- in Zylindern --9, 10-- gleitet, abgerundete Innenkanten aufweisen. Der Paarkolben --8-- hat einen um das Kolbenspiel geringfügig kleineren Querschnitt als die Zylinder --9, 10-- und kann leicht durch Dichtleisten --15-- gegen die Zylinderwand abgedichtet werden.

Die Arbeitsräume sind mit --11, 12-- bezeichnet.

Selbstverständlich kann der Paarkolben auch eine von der Rechteckform abweichende Querschnittsform, z. B. eine kreiszylindrische Querschnittsform aufweisen.

Zur exakten Führung des Exzenters --4-- und damit zur Erzielung der oszillierenden Bewegung des Paarkolbens --8-- ist beiderseits des Exzenters --4-- je eine Kurvenscheibe --13-drehschlüssig mit dem Exzenter --4-- verbunden. Die beiden Kurvenscheiben --13-- sind einander gleich und haben etwa herzförmige Gestalt (Fig. 3). Jede Kurvenscheibe --13-- liegt mit ihrem Umfang --14-- an einem Ring --16-- an, der unter Vermittlung eines Wälzlagers --17-- auf einem Führungszapfen --18-- drehbar gelagert ist. Diese Führungszapfen --18-- sind mittels nicht dargestellter Einstellvorrichtungen im Gehäuse --1-- verstellbar und in der eingestellten Lage fixierbar. Ihre Achsen liegen auf der Höhe der Kurbelwellenachse.

Die genaue Form der Kurvenscheibe --13-- lässt sich rechnerisch sowie konstruktiv exakt darstellen. In der vorliegenden Ausführung ist die Kurve eine um den Radius s der Rolle - verminderte Äquidistante einer verkürzten Epizykloide mit dem Radiusverhältnis 1 : 1. Sie wird bestimmt durch den Kurbelradius sowie den Abstand und den Radius bzw. die Form der symme-
EMI2.2
Zahnlücke und jeder Führungszapfen als ortsfester Zahn aufgefasst werden. Da die Kurvenscheibe mit dem Exzenter stirnseits fest verbunden ist, vollführt auch sie eine volle Umdrehung, wenn der Kolben von einer Totpunktstellung wieder in diese zurückkehrt, wobei die Kurvenbahn ständig in linearer Berührung mit beiden Führungszapfen steht.

Dadurch wird der Exzenter --4-- gezwungen, sich zu drehen, sobald die Kurbelwelle - gedreht wird. Die beiden Kurvenscheiben --13-- bewirken hiebei lediglich eine Führung des Exzenters --4-- und damit des Paarkolbens --8-- und werden somit beim Betrieb der Maschine nicht oder kaum belastet, da die Leistungsübertragung (gesehen von der Kurbelwelle --2-- zum Paarkolben --8--) von der Kurbelwelle -2-- über den Kurbelzapfen --3--, das Lager --5--, den Exzenter --4--, das Wälzlager --6--, den Wälzlageraussenring --7-- über die Kolbenstangen - auf den Paarkolben --8-- führt.

Eine derartige Maschine hat einen sehr guten Wirkungsgrad bei einfacher Abdichtung der Kolben.

Es besteht die Möglichkeit eines Schwungmassenausgleiches. Eventuell auftretende Vibrationen können durch entsprechende Koppelung von zwei oder mehr Maschinen (etwa nach Art eines Motorblocks) ausgeglichen werden.

Gegebenenfalls kann der Exzenteraussenring --7-- eine zusätzliche Geradführung durch beidseitige Gleitschienen mit einstellbaren Flachnadellagern oder Gleitschuhführungen erhalten, um die Zylinder-Kolben-Führung zu entlasten.

Die Führungszapfen --18-- können, falls dies für eine bestimmte Form der Abrollkurve gewünscht oder erforderlich ist, auch elliptischen oder parabolischen Querschnitt haben, sollen jedoch stets symmetrisch zur Symmetrieebene durch die Kurbelwelle --2-- angeordnet sein.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Kraft- oder Arbeitsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit einer im feststehenden Gehäuse gelagerten Kurbelwelle, deren Achse im Bereich der Kolbenlängsachse liegt und die auf ihrem Kurbelzapfen einen drehbar angebrachten Exzenter trägt, auf dessen drehzylindrischer Aussenfläche der im Arbeitsraum hin-und hergehende Kolben vorzugsweise mittels eines Wälzlagers gelagert ist, und für welchen eine Führung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Führung von zumindest einer mit dem Exzenter (4) stirnseitig drehfest verbundenen Kurvenbahn (14) in Form einer Herzkurve gebildet wird, die im Betrieb an ortsfesten Führungszapfen (18) ständig gleitend anliegt und durch den Kurbelradius, den gegenseitigen Abstand der Führungszapfenmittelpunkte, sowie Form und Grösse der Führungszapfen bestimmt ist,

wobei der kurbelzapfennächste Punkt der Kurve in den Totpunktlagen des Kolbens (8) auch der Kurbelwellenachse am nächsten liegt und die Achsen der Führungszapfen (18) symmetrisch und parallel zur Achse der Kurbelwelle (2) in einer Normalebene zur Längsachse des Kolbens liegen.

Claims

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung eine Kurvenscheibe (13) darstellt, die mit ihrem die Kurvenbahn bildenden Umfang (14) an den Führungszapfen (18) anliegt.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleiche Kurvenscheiben (13) zu beiden Seiten des Exzenters (4) angeordnet sind, deren jede an zwei gleichartigen und symmetrisch zur Achse der Kurbelwelle (2) angeordneten Führungszapfen (18) anliegt.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Führungszapfen (18) einen auf ihm, vorzugsweise mittels eines Wälzlagers (17), drehbar gelagerten Ring (16) trägt, an dem die Kurvenbahn (14) anliegt.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Führungszapfen (18) im Gehäuse (1) verstellbar und fixierbar ist.