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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenmaschine mit im Bereich der Verbindung des bzw. jedes Kolbens mit der Kurbelwelle vorgesehenen zusätzlichen Führungseinrichtungen zur Aufnahme von bei der Schwenkbewegung des Pleuels auftretenden Querkräften.
Kolbenmaschinen mit einem oder mehreren Zylindern, deren Kolben über Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden sind, sind in verschiedensten Ausführungen im Einsatz. U. a. sind entsprechende Kolbenmaschinen als Kühlmaschinen, Kompressoren, Pumpen, Heissgasmotoren (Stirlingmaschinen) und Brennkraftmaschinen bekannt.
Bei der Kraftübertragung zwischen dem bzw. den hydraulischen oder thermodynamischen Einflüssen ausgesetzten Kolben und der Kurbelwelle schwenkt das Pleuel ausserhalb der beiden Totstellungen gegenüber der Kolbenachse, und es entstehen Querkräfte, für deren Aufnahme Führungsflächen am Kolben notwendig sind oder eben zusätzliche Einrichtungen erforderlich werden. Nach einer Ausführung werden Führungen in Form eines Kreuzkopfes vorgesehen. Abgesehen von einem unvermeidlichen Verschleiss durch die Querkräfte, die beträchtliche Werte annehmen können, leidet der Wirkungsgrad der jeweiligen Maschine durch die Reibungsverluste zwischen den meist in gleitendem Eingriff stehenden Flächenpaarungen, wobei diese Reibung zwar durch Flüssigkeitsschmierung verringert, aber nicht vermieden werden kann.
Bei einer weiteren bekannten Kolbenmaschine der eingangs genannten Art wird ein sogenanntes Knickpleuel verwendet, das zwischen dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle und dem Kolbenbolzen mit einem Gelenk versehen ist, an dem ein etwa senkrecht zur Zylinderachse angelenkter und im Abstand von dieser Zylin-
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derachse im Kurbelgehäuse drehbar gelagerter Lenkarm angreift, der die Quer- kräfte des der Kurbelwelle zugewandten Pleuelteils zum Teil aufnimmt. Eine voll- ständige Aufnahme ist nicht möglich, da das Gelenk zwischen Lenkarm und Knick- pleuel wegen der ortsfesten Lagerung des Lenkarmes einem Bogenweg folgt, der von der Zylinderachse abweicht, so dass trotz dieser Konstruktion Restkräfte übrig bleiben, die Verlustleistung und zusätzliche Reibung verursachen.
Aufgabe der Erfindung ist demnach die Schaffung einer Kolbenmaschine der eingangs genannten Art, bei der die erwähnten Querkräfte praktisch vollständig und unter geringstmöglichen Reibungsverlusten aufgenommen werden können.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die zusätzlichen Führungseinrichtungen zumindest zur Aufnahme der bei den Kolbenhüben zwischen den beiden Totpunktstellungen an der einen Seite stärkeren Querkräfte aus je einem am Kolbenbolzen gelagerten Lenkarm bestehen, der sich an einer seitlichen Führung z.
B. der Zylinderwand oder des Kurbelgehäuses mit einer einem zur Achse des Kolbenbolzens konzentrischen Kreisabschnitt folgenden Abstützung abwälzt.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass bei den meisten Kolbenmaschinen die nach der einen Seite wirkenden Querkräfte wesentlich, oft vielfach höher sind als die nach der anderen Seite zur Wirkung kommenden Querkräfte, wobei z. B. bei Kompressoren bei der Kompression die Kurbelwelle das Pleuel und damit den Kolben schiebt, beim Ansaugen aber zieht, so dass die Hauptquerkräfte eben nur nach einer Seite zur Wirkung kommen. Zur Aufnahme dieser Kräfte wird die erfindungsgemässe Einrichtung vorgesehen, welche die Kräfte reibungsarm bei gleichbleibendem Stützabstand aufnimmt, da sich die Abstützungen an den Führungen abwälzen.
Die Lagerung des Lenkerarmes am Kolbenbolzen kann, nach Art der Maschine, über dem Verbindungslager zwischen Pleuel und Kolben entsprechende Lager, also Gleitlaer oder Wälzlager erfolgen, wobei lebensdauergeschmierte Wälzlager bevorzugt werden, wodurch u. a. die Voraussetzung für einen ölfreien Betrieb des Kurbeltriebes geschaffen wird, was besonders im Bereich der Kompressortechnik, aber auch bei Pumpen, Stirlingmotoren und Kältemaschinen neue Gestaltungsmöglichkeiten erlaubt. Die seitliche Führung bzw. Führungen kann
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bzw. können, wie noch zu beschreiben ist, auch aus gesonderten Einbauteilen bestehen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind zusätzliche form- oder kraftschlüssige
Führungen zur Einhaltung gleichbleibender Eingriffslagen der Abstützung mit ihrer
Führung in den jeweiligen Kolbenstellungen vorgesehen. Hier bieten sich ver- schiedene Möglichkeiten an. Nach einer dieser Möglichkeiten weisen die Abstüt- zung und die Führung ineinander eingreifende Verzahnungen auf.
Um eine genaue Einstellung der bewegten Teile zueinander zu gewährleisten und bei einem allfälligen Verschleiss eine Ausgleichsmöglichkeit zu schaffen, können die Führung und Abstützung über Schrauben zueinander einstellbar sein. Konstruktiv wird dabei nach einer bevorzugten Konstruktion die Führung in einer Ausnehmung der Zylinderwand bzw. des Kurbelgehäuses angeordnet und ist durch wenigstens eine rückseitige Stellschraube einstellbar.
Es wurde schon erwähnt, dass je nach der Art der Maschine auch an der anderen Seite wirkende Querkräfte auftreten können. Diese Querkräfte können durch Massenkräfte oder bei Kompressoren durch den Kolben belastende Restdrücke nach Überwindung der jeweiligen Totpunktlage sowie auch durch Gasschwingungen initiiert werden. Sollten aufgrund der Maschinenkonstruktion in Ausnahmefällen, z.
B. bei Kolben-Brennkraftmaschinen, an beiden Seiten der Totpunktlage erhöhte Querkräfte auftreten, kann man einfach die erfindungsgemässe Ausführung verdoppeln und statt einem zwei, dann gegengleich angeordnete Lenkarme verwenden. Bei den üblicherweise auftretenden kleineren Querkräften wird erfindungsgemäss demgegenüber einfach dadurch Abhilfe geschaffen, dass eine oder mehrere zusätzliche, den Lenkerarm oder die Abstützung im Andrücksinn der Abstützung an die Führung beaufschlagende Federn vorgesehen sind. Die im Andrücksinn der Abstützung vorgesehenen Federn wirken logischerweise diesen kleineren Querkräften im Aufnahmesinn entgegen.
Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.
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Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen in jeweils schematisch vereinfachter Darstellungsweise Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemässen Maschine bei nur teilweise dargestelltem Kurbelgehäuse im Längsschnitt nach der Linie ! der
Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie il-li der Fig. 1, Fig. 3 und 4 in Teilseitenansicht und Draufsicht eine erste Ausführungsvariante und die Fig. 5 und 6 wieder in Teilseitenansicht und im Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig.
5 eine zweite Ausführungsvariante.
Die gezeigte Maschine besitzt ein Kurbelgehäuse 1, an das ein oder mehrere Zylinder 2 - beim Ausführungsbeispiel der oder die Zylinder eines Kompressors oder einer Stirlingmaschine - anschliessen, wobei in dem bzw. jedem Zylinder ein Kolben 3 arbeitet, dessen Kolbenbolzen 4 über ein Pleuel 5 mit einem Kurbelzapfen 6 der Kurbelwelle 7 verbunden ist.
Im Kurbelgehäuse 1 ist eine zur Zylinderachse und zum Kolbenbolzen 4 parallele Führungsfläche 8 vorgesehen, an der sich ein Lenkarm 9 mit einer verbreiterten Abstützung 10 abwälzt, wobei die für den Eingriff mit der Führung 8 bestimmte Seite der Abstützung 10 einem zur Achse des Kolbenbolzens 4 konzentrischen Kreisbogen folgt. Es wurde angedeutet, dass die Abstützung 10 und die Führung 8 ineinandergreifende Verzahnungen 11,12 aufweisen können. Der Lenkarm 9 ist zwischen einem geteilten Pleuel 5 am Kolbenbolzen 4 mit Hilfe von Lagern 13,14 zwischen den Kolbenaugen 15 gelagert.
Nach den Fig. 1 und 2 sowie 5 und 6 ist im Kurbelgehäuse 1 vor der Führung 8 ein Vorsprung 16 ausgeformt, durch den der Lenkarm 9 hindurchgeführt ist und es sind Federn 17 vorgesehen, die als Druckfedern am Vorsprung 16 abgestützt werden und die Abstützung 10 gegen die Führung 8 drücken.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsvariante, bei der die Druckfedern 17 nach den Fig. 1 und 2 durch zwei Zugfedern 18 ersetzt sind. Schliesslich ist nach den Fig. 5 und 6 der Vorsprung 16a nur in Form eines Querträgers vorgesehen, der durch eine Öffnung 19 des hier eine Sonderform aufweisenden Lenkarmes 9 hindurchragt und wieder zur Abstützung einer Druckfeder 20 dient. Zusätzlich ist hier als Ausführungsvariante veranschaulicht, dass ein gesonderter Teil 8 die Seitenführung bildet, wobei dieser Teil 8 in einer Ausnehmung des Kurbelgehäuses 1 geführt und durch eine von hinten in diese Ausnehmung eingeschraubte Stellmutter 21 bei Verschleiss oder zur Justierung verstellt werden kann.