-
Die
Erfindung betrifft eine Maschine mit einem Gehäuse, in dem eine Kurbelwelle
drehbar gelagert ist, an der zumindest eine einen Kolben tragende
Koppelstange angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem
Zylinderkopf abgedeckten Zylinder unter Bildung eines Arbeitsraums
bewegbar ist und wobei die Kurbelwelle über ein Getriebe mit einer
Arbeitswelle verschaltet ist.
-
Eine
derartige als Luftkompressor ausgebildete Maschine ist aus der
DE 41 13 098 A1 bekannt. Diese
Maschine weist einen Kurbeltrieb auf, der so ausgelegt ist, dass
der Kolben angehalten werden kann, wenn er sich in eine obere Totpunktposition und
eine untere Totpunktposition bewegt hat. Dadurch soll ausreichend
Zeit zum Ansaugen und Kühlen
von Luft geschaffen werden und somit die Volumenleistung erhöht werden.
Um den Kolben anhalten zu können,
ist die den Kolben tragende Kurbelwelle in einer schwalbenschwanzförmigen Führungsplatte gelagert
und kann in dieser Führung
zwischen zwei Endpositionen verschoben werden. Dies wird dadurch
erreicht, dass die Arbeitswelle als Arbeitskurbelwelle ausgebildet
und deren Kurbelzapfen über Verbindungsstangen
mit der Kurbelwelle verbunden ist. Bei einer Drehbewegung der Arbeitskurbelwelle wird
folglich die Kurbelwelle auf und ab bewegt und durch deren Drehbewegung
ergeben sich überlagerte
Auf- und Ab-Bewegungen des Kolbens.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine bereitzustellen,
bei der der Antrieb oder Abtrieb über eine Arbeitswelle erfolgt,
die aber insgesamt einfacher als der bekannte Stand der Technik
aufgebaut ist.
-
Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die Kurbelwelle und die Arbeitswelle zueinander ortsfest in
dem Gehäuse
gelagert sind. Durch diese zueinander ortsfeste Lagerung kann die
Maschine einen bekannten Aufbau insbesondere bezüglich der ortsfesten Lagerung
der Kurbelwelle und demzufolge einer konventionellen Bewegung des
Kolbens in dem Zylinder aufweisen. Die Maschine kann daher für alle denkbaren
Einsatzzwecke einer bekannten Hubkolbenmaschine verwendet werden.
Der besondere Vorteil dieser Maschine liegt darin, dass der Antrieb oder
der Abtrieb über
die Arbeitswelle erfolgt und dadurch die Kurbelwelle deutlich weniger
belastet ist als bei konventionellen Hubkolbenmaschinen, bei denen der
Antrieb oder der Abtrieb über
die Kurbelwelle selbst erfolgt.
-
In
Weiterbildung der Erfindung weist die Kurbelwelle Wellensegmente
auf, an denen zumindest einseitig eine Hubscheibe angeordnet ist,
wobei benachbarte Hubscheiben zweiter Wellensegmente über einen
Hubzapfen verbunden sind. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass
die Kurbelwelle baukastenartig aufgebaut werden kann und nicht mehr
aufwändig
gegossen oder geschmiedet werden muss. Dadurch, dass der Antrieb
oder der Abtrieb über
die Arbeitswelle erfolgt, ist die Belastung, insbesondere die Torsionsbelastung
der Kurbelwelle, deutlich reduziert. Die Verbindung der Wellensegmente
mit den Hubscheiben und den Hubzapfen kann beispielsweise durch
eine Pressverbindung oder Schweißverbindung erfolgen. Bei einer
derartigen Ausgestaltung ist die Kurbelwelle als solche – wie nachfolgend
noch detailliert ausgeführt
wird – in
dem Gehäuse
drehgelagert. Es ist im Rahmen der Erfindung aber ausdrücklich auch
vorgesehen, die Kurbelwelle bzw. deren Wellensegmente in dem Gehäuse drehfest
zu lagern und stattdessen die Hubscheiben auf den Wellensegmenten
drehbar zu lagern. Diese Ausgestaltung erfordert dann aber, dass jeder
Zylindereinheit zumindest eine der beiden Hubscheiben mit einem Hubscheibenzahnrad
versehen ist, das mit einem auf der Arbeitswelle angeordneten Arbeitswellenzahnrad kämmt.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Hubscheibe ein Hubscheibenzahnrad
auf. Entsprechend weist die Arbeitswelle ein mit dem Hubscheibenzahnrad
kämmendes
Arbeitswellenzahnrad auf. Diese Ausgestaltung gewährleistet, dass
die Kurbelwelle auch bei einer mehrzylindrigen Ausführung zumindest
nahezu frei von Torsionsbeanspruchungen ist, wenn je Zylinder zumindest
ein Hubscheibenzahnrad mit einem Arbeitswellenzahnrad kämmt. Daher
können
zumindest die Wellensegmente und die Hubscheiben weniger massiv
als bei einer herkömmlich
aufgebauten Kurbelwelle ausgestaltet sein. Wie zuvor schon ausgeführt, ist
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass zumindest eine der beiden über
einen Zapfen verbundenen einem Zylinder zugeordneten Hubscheiben
ein Hubscheibenzahnrad aufweist, das mit einem Arbeitswellenzahnrad
kämmt.
Bevorzugt weisen aber beide über
den Hubzapfen verbundene Hubscheiben ein Hubscheibenzahnrad auf,
die beide mit entsprechenden Arbeitswellenzahnrädern kämmen. Das Hubscheibenzahnrad
kann einstückig
mit der Hubscheibe ausgebildet sein oder aber auch als gesondertes
Bauteil durch ein geeignetes Befestigungsverfahren an der Hubscheibe
befestigt sein. Die Verzahnung des Hubscheibenzahnrads und des Arbeitswellenzahnrads sind
entsprechend den auftretenden Kräften
ausgelegt und weisen insbesondere (nur) eine solche Breite auf,
dass neben dem Hubscheibenzahnrad noch Raum für eine Lagerfläche auf
der Hubscheibe vorhanden ist. Dazu kann die Hubscheibe in dem das Hubscheibenzahnrad
und das Lager aufnehmenden Bereich mit einer gegenüber dem
weiteren Tragbereich der Hubscheibe seitlich auskragenden Zylinderfläche ausgebildet
sein. Das auf der Lagerfläche
zu montierende Lager kann beispielsweise als Tonnenlager ausgebildet
sein. Die Anordnung der Lagerfläche
auf der Hubscheibe hat unter anderem den Vorteil, dass die Biegebeanspruchung
der Kurbelwelle beispielsweise bei Ausübung einer Druckkraft der Kurbelstange
auf den Hubzapfen geringer ist als bei einer Lagerung des Kurbelwellensegments
im Bereich neben einer Hubscheibe. Am geringsten ist die auftretende
Biegekraft, wenn die Lagerfläche
direkt angrenzend an die montierte Kurbelstange auf der Hubscheibe
angeordnet ist.
-
Selbstverständlich kann
die Kurbelwelle – wie
zuvor schon erwähnt – auch in
dem Bereich eines Kurbelwellensegments zwischen zwei Hubscheiben in
dem Gehäuse
gelagert sein.
-
In
Weiterbildung der Erfindung weist das Getriebe ein übersetzungsverhältnis von
2:1 auf, das heißt,
die Arbeitswelle dreht mit doppelter Kurbelwellendrehzahl. Das Übersetzungsverhältnis ist
aber nicht auf diesen Wert festgelegt, sondern ist im Wesentlichen
von dem notwendigen Durchmesser der Hubscheibe für den geforderten Kolbenhub
und der zu berechnenden Verzahnung abhängig.
-
Im
Rahmen der Erfindung ist es auch vorgesehen, die Hubscheibe abgestuft
auszubilden und auf dem abgestuften Bereich das Hubscheibenzahnrad
aufzusetzen. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, ein
umgekehrtes Übersetzungsverhältnis von
1:2 zu realisieren. Bei einer solchen Auslegung kann die Arbeitswelle
zusätzlich
Nocken zur Betätigung
eines Ventiltriebs, der zur Betätigung
der Gaswechselventile einer als Brennkraftmaschine ausgebildeten
Maschine aufweisen. Bei einer solchen Ausbildung ist die Arbeitswelle
bevorzugt seitlich neben der Kurbelwelle in dem Gehäuse angeordnet.
-
Ansonsten
ist die Arbeitswelle unterhalb der Kurbelwelle angeordnet und für den Fall,
dass die Maschine als Brennkraftmaschine ausgebildet ist, ist eine
zusätzliche
Nockenwelle zur Betätigung
der Gaswechselventile vorgesehen.
-
In
Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse der Maschine zylinderbezogene
Gehäusesegmente
auf. Diese Ausgestaltung weist einen weiteren wesentlichen Vorteil
zur vereinfachenden Gestaltung der Maschine auf, da eine beliebige
Anzahl von solchen Gehäusesegmenten
beispielsweise zu einer 4-, 6- oder 8-zylindrigen Maschine, beispielsweise
in Reihenbauart zusammengesetzt werden können. Auch ist es vorgesehen,
die Gehäusesegmente
so auszubilden, dass diese zu einer Maschine in V-Bauart mit beliebigen
Zylinderzahlen zusammengesetzt werden können. Die Gestaltung des Gehäuses aus Gehäusesegmenten
hat weiterhin den Vorteil, dass diese Gehäusesegmente wesentlich einfacher
hergestellt, beispielsweise gegossen, werden können als dies bei einer vielzylindrigen
Maschine der Fall ist. Wie schon zuvor ausgeführt worden ist, kann die Maschine
als Kompressor oder als Brennkraftmaschine ausgelegt sein.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung
zu entnehmen, in der ein in der Figur dargestelltes Ausführungsbeispiel
näher beschrieben
ist.
-
Die
einzige Figur zeigt einen teilweisen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Maschine,
die ohne Zylinderkopf und sonstige Anbauteile dargestellt ist. Das
Gehäuse 1 der
Maschine weist in dem dargestellten Ausschnitt zwei vollständig dargestellte Gehäusesegmente 1a auf,
die im Ausführungsbeispiel
identisch aufgebaut sind. In jedes Gehäusesegment 1a ist
eine Zylinderlaufbuchse 2 unter Bildung eines Kühlmittelraumes 3 eingesetzt,
wobei die Zylinderlaufbuchse 2 bei montiertem Zylinderkopf
auf die Auflagefläche 4 gedrückt wird.
-
Die
Gehäusesegmente 1a weisen
einseitige Lagerstege 5 auf, die sich bis zu einer Kurbelwelle 6 erstrecken
und zur Lageraufnahme im Bereich der Kurbelwelle 6 mit
einer sich bis unter das benachbarte Gehäusesegment erstreckten Breite
ausgebildet sind. Die Lagerstege 5 sind zur Montage der
Kurbelwelle 6 geteilt beziehungsweise mit Lagerstegausnehmungen
ausgestattet, in die die Kurbelwelle 6 unter Einfügung von
entsprechenden Kurbelwellenlagerschalen eingesetzt werden kann Die
Kurbelwelle 6 wird in den Lagerstegausnehmungen von passenden
Deckeln drehbar gehalten.
-
Die
Kurbelwelle 6 weist Wellensegmente 6a auf, wobei
endseitig zweiter benachbarter Wellensegmente 6a an diesen
Scheiben 7 befestigt sind, die wiederum über einen
Hubzapfen 8 miteinander verbunden sind. Auf den Hubzapfen 8 ist
eine Koppelstange 9 aufgesetzt, die wiederum mit einem
Kolben 10 über
einen Kolbenbolzen 11 verbunden ist. Der Kolben 10 wird
folglich bei einer Drehbewegung der Kurbelwelle 6 in der
Zylinderlaufbuchse 2 auf und ab bewegt. Die Kurbelstange 9 kann
im Übrigen
einstückig
ausgebildet sein und auch dementsprechend auf dem kurbelwellenseitigen
Ende ein Auge aufweisen, durch das der Hubzapfen 8 nachträglich zu
einer Verbindung mit der Kurbelwelle 6 zusammen mit den Hubscheiben 7 eingesetzt
wird.
-
Die
Hubscheiben 7 weisen weiterhin Hubscheibenzahnräder 12 auf,
die wiederum mit Arbeitswellzahnrädern 13 einer Arbeitswelle 14 kämmen. Die
Arbeitswellenzahnräder 13 übertragen
die Drehbewegung der Kurbelwelle 6 mit einem Übersetzungsverhältnis auf
die Arbeitswelle 14. An der Arbeitswelle 14 können bevorzugt
im Bereich neben den Arbeitswellenzahnrädern 13 Nocken zur
Betätigung
einer Gaswechselventileinrichtung angeordnet sein, wenn das Übersetzungsverhältnis der
Kurbelwelle zur Arbeitswelle 2:1 beträgt. Die Arbeitswelle 13 ist
im Übrigen
in geeigneter Weise ebenfalls in dem Gehäuse 1 gelagert und
dieses ist unterhalb oder neben der Arbeitswelle 14 durch
einen geeigneten Deckel 15 verschlossen.
-
- 1
- Gehäuse
- 1a
- Gehäusesegment
- 2
- Zylinderlaufbuchse
- 3
- Kühlmittelraum
- 4
- Auflagefläche
- 5
- Lagersteg
- 6
- Kurbelwelle
- 6a
- Wellensegmente
- 7
- Hubscheibe
- 8
- Hubzapfen
- 9
- Koppelstange
- 10
- Kolben
- 11
- Kolbenbolzen
- 12
- Hubscheibenzahnrad
- 13
- Arbeitswellenzahnrad
- 14
- Arbeitswelle
- 15
- Deckel