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Exzenterantrieb für radial zur Antriebswellenachse gelagerte und belastete
Kolben Die Erfindung bezieht sich auf einen Exzenterantrieb für radial zur Antriebswellenachse
gelagerte und belastete Kolben, bei dem auf den Umfang des Exzenters ein Kugellager
aufgezogen und zwischen dem äußeren Kugellagerring und den Kolben ein System von
Kugeln oder Rollen vorgesehen ist. Diese Kugeln oder Rollen können einerseits auf
dem Kugellagerring und andererseits auf der Kolbengrundfläche abrollen.
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Bei bekannten Ausführungen dieser Art befindet sich auf dem äußeren
Umfang des Kugellageraußenringes ein Satz von Kugeln, die jedoch über ein Druckstück
auf die Kolbenflächen wirken. Für jeden Kugelsatz ist also je ein Druckstück notwendig.
Jeder Kolben muß mit einer solchen, verhältnismäßig komplizierten Vorrichtung versehen
werden. Mit der gewölbten Form der Druckstücke läßt sich ein Teil der Gleitreibung
ausschalten, die sich aus der translatorischen Bewegung der Kolben ergibt. Es ist
jedoch nicht möglich, mit der bekannten Vorrichtung eine völlige Ausschaltung der
Reibungskomponente zu erzielen. Es ist fernerhin eine Anordnung der bekannten Art
bekannt, bei der als Zwischenelemente Rollen verwendet werden, die auf die Kolben
wirken, wobei die Bewegungskopplung auf einer Welle über einen an der Welle fest
angebrachten Exzenterantrieb vorgenommen wird.
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Auch hierbei erfolgt lediglich eine Reduzierung der Gleitreibung zwischen
Exzenter und den Kupplungsteilen. Eine weitere Ausschaltung der Reibung ist nicht
möglich. Bei einer dritten Ausführungsform haben die Kolbenzapfen einen unmittelbaren
Kontakt mit dem Kugellageraußenring des exzentrischen Teiles, wobei die Stirnflächen
der Zapfen gerundet ausgebildet sind. Hierdurch wird jedoch eine verhältnismäßig
starke Gleitreibung verursacht.
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Die Erfindung bat eine weitere Ausgestaltung des Exzenterantriebes
der genannten Art zum Gegenstand. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß jede der Kugeln
oder Rollen einerseits auf der zylindrischen Oberfläche des auf dem Exzenter befindlichen
Kugellageraußenringes und andererseits auf einer gewölbten sphärischen oder zylindrischen
Kolbengrundfläche des zugehörigen Kolbens abrollt, die einen Krümmungsradius aufweist,
der dem Radius des Kugellageraußenringes entspricht. Hierbei sind die Kugeln oder
Rollen in radial gerichteten Taschen eines Käfigs angeordnet, der auf der Welle
auf einem zweiten Exzenter gelagert ist. Die Exzentrizität der zweiten Exzenteranordnung
ist nur halb so groß wie die des Exzenters, so daß eine Drehung des Käfigs relativ
zum Gehäuse vermieden wird. Bei Drehung der Welle führt der Käfig eine Kreisschiebung
aus, bei der die Mittelpunkte der Kugeln oder Rollen auf einer Geraden liegen, die
den Mittelpunkt des Exzenters mit den Krümmungsmittelpunkten der entsprechenden
gewölbten Kolbengrundfläche verbindet, so daß die Amplitude der Kreisschiebung des
Käfigs in bezug auf die entsprechenden Kolbenenden gleich dem Kurbelradius des Exzenters
ist.
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Eine solche Anordnung hat mehrere Vorteile. Der äußere Ring des Kugellagers
ist in seiner Bewegung vollkommen frei und führt keine Drehbewegung aus. Die Rollen
bzw. Kugeln rollen unmittelbar an der zylindrischen bzw. sphärischen Kolbenoberfläche
und dem Außenring des Kugellagers ab und sind in einem gemeinsamen Lager vorgesehen.
Auf diese Weise wird eine Ausschaltung der Reibungskomponenten erzielt. Dies ergibt
sich dadurch, daß der Radius der Wölbung der Kolbengrundfläche, die mit den Rollen
bzw. Kugeln Kontakt gibt, die gleiche Größe wie der Radius des äußeren Kugellagerringes
hat. Die Kugeln bzw. Rollen legen die gleichen Rollwege sowohl auf dem äußeren Kugellagerring
als auch auf der Kolbengrundfläche zurück.
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Der Käfig kann durch profilierte Aussparungen im Gehäuse ersetzt werden,
wobei in jeder dieser Aussparungen eine Kugel bzw. Rolle vorgesehen ist. Bei Wahl
einer relativ großen Exzentrizität des Exzenters kann der Käfig ferner durch eine
die Form einer geschlossenen Kurve aufweisende Führung ersetzt werden, wobei in
diese Rollenführung die an den Rollen befestigten Zapfen eingreifen.
Die
Erfindung und weitere Ausführungsformen werden an Hand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen erläutert.
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Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch eine Ebene senkrecht zur Welle des
Exzenterantriebes gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II
der Fig.1; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie III-III der Fig.4, der eine Ausführungsmöglichkeit
einer Führung für das exzentrische Lager veranschaulicht, bei der Zapfen innerhalb
einer Zapfenführung im Gestell der Maschine eingreifen; zur besseren Übersichtlichkeit
sind die unwesentlichen Teile des Führungsmechanismus (Kugeln, Rollen, Kolben) nicht
eingezeichnet; Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3 ; Fig. 5
stellt eine schematische Draufsicht auf eine Variante des Führungsmechanismus dar,
wobei das Rollen- bzw. Kugellager mittels Nocken, die in inneren Nockenführungen
an dem Lager angreifen, gelagert ist; Fig.6 ist ein Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel,
wobei Führungszapfen an dem Maschinengestell angebracht sind, die in Aussparungen
einer Platte eingreifen, die fest mit dem Kugellager verbunden ist; Fig. 7 ist ein
Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig. 6; Fig. 8 ist ein Schnitt längs der Linie
VIII-VIII der Fig. 6 ; Fig. 9 ist eine schematische Teilansicht einer dritten Ausführungsform,
bei der Rollen in den seitlichen Einkehlungen des Gehäuses vorgesehen sind; Fig.
10 ist ein Teilschnitt längs der Linie X-X der Fig. 11 und veranschaulicht eine
vierte Ausführungsform, bei der die Kugeln in Aussparungen gelagert sind, die sich
im Gestell der Maschine befinden; Fig. 11 ist ein Schnitt längs der Linie XI-XI
der Fig. 10; Fig. 12 ist ein axialer Teilschnitt, der schematisch eine Vorrichtung
veranschaulicht, in der die Kolben und Kugeln seitlich zueinander versetzt sind;
Fig. 13 ist ein der Fig. 12 entsprechender Schnitt, bei dem die Kolbenachsen gegenüber
der Mittelebene der Vorrichtung geneigt sind; Fig. 14 ist ein den beiden vorhergehenden
Figuren entsprechender Schnitt, wobei die Rollen konisch ausgebildet sind; Fig.
15 veranschaulicht schematisch eine Anwendung der Erfindung unter Verwendung eines
Generators und eines Motors; Fig. 16 ist ein Teilschnitt, der das Zusammenwirken
des Kolbens mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines hydraulischen Gegendruckes
erläutert.
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Gemäß der Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist,
besteht die Antriebsanordnung aus einem Gehäuse 1 mit einer kammerförmigen zentralen
Ausnehmung 2, in der die Welle 3 eingeführt ist. Die Kolben, von denen im vorliegenden
Beispiel zwölf verwendet werden, sind sternförmig innerhalb des Gehäuses 1 um die
Achse X der Welle 3 gelagert. Die sieben in der Fig. 1 erscheinenden Kolben sind
mit Bezugsziffern P1 bis P7 versehen.
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Die Welle 3 ist mit einem Exzenter 4 fest verbunden, um dessen Achse
Y der Innenring 5 eines Kugel- oder Rollenlagers vorgesehen ist. Der Außenring 6
dieses Kugel- bzw. Rollenlagers hat an seinem äußeren Umfang ebenfalls Rollen oder
auch Kugeln, deren Anzahl mit denen der Kolben übereinstimmt, an denen diese Kugeln
abrollen, die in der Fig. 1 mit den Bezugsziffern B1 bis B7 bezeichnet sind.
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Diese Kugeln sind in radialer Richtung sich erstreckenden Aussparungen
eines Käfigs 7 angebracht, der so geführt wird, daß im Betriebszustand der Vorrichtung
die Kugeln ohne merkliche Gleitbewegung sowohl auf dem Außenring 6 wie auf der Bodenfläche
der entsprechenden Kolben abrollen. Zu diesem Zweck wird der Käfig 7 über einen
ringförmigen Ansatz 8 an den Exzenter 9 der Welle 3 angebracht, wobei die Achse
Z des Exzenters genau in der Mittelstellung zwischen den Achsen X und
Y liegt. Um den Käfig 7 im Lauf der Bewegung zu drehen, sieht man auf dem
Flansch 10 mindestens einen Zapfen 11 (im vorliegenden Beispiel zwei Zapfen) vor,
der in eine Exzenterscheibe 12 eingreift, die vorzugsweise mittels Kugellager im
Gehäuse 1 gelagert ist und die dieselbe Exzentrizität wie der Käfig 7 hat. Auf diese
Weise wird jeder Punkt des Käfigs 7 gezwungen, einen kleinen Kreis vom Radius XY
zu beschreiben, während jede feste Gerade innerhalb des Käfigs eine Parallelverschiebung
ausführt.
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Die Zylinder der Antriebsanordnung sind mit automatisch oder von Hand
bedienten Ventilen versehen, die nicht gezeichnet sind. Ebenfalls sind die Kolbenstangen
nicht veranschaulicht. Die Wirkungsweise des Exzenterantriebes ergibt sich wie folgt:
Unter der Einwirkung der Welle oder der Kolben, je nachdem, ob die Antriebsanordnung
als Generator oder Motor arbeitet, führt der Außenring 6 des Kugellagers eine schwingende
Bewegung von der Amplitude XY aus. Jede der Kugeln B erfährt also eine radiale Verschiebung,
die gleich oder doppelt so groß wie die Exzentrizität ist, und legt somit den Kolbenhub
fest; außerdem führt sie natürlich zwischen dem Außenring 6 und der Bodenfläche
des entsprechenden Kolbens eine Rollbewegung aus. Aus dieser doppelten Bewegung
ergibt sich, daß die Mitte jeder Kugel, wie in Fig. 1 dargestellt, eine elliptische
Kurve entsprechend der gestrichelt gezeichneten Bahn E4 beschreibt. Die große Achse
der Ellipse liegt in radialer Richtung und hat eine Länge, die doppelt so groß ist
wie die Strecke XY; so daß die kleine Achse (tangentiale Richtung) halb so groß
wie die große Achse ist.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist somit die Exzentrizität des Käfigs
7 bezüglich der Exzenterachse Y ungefähr gleich der kleinen Halbachse der elliptischen
Kurve. Es genügt, einen kleinen Spielraum zwischen den Kugeln und dem Lagerring
zu lassen, damit sie ihre Drehbewegungen ohne gleichzeitige Gleitbewegung vollführen
und keine Reibung an den Lagerflächen erleiden. In der Praxis wird nun der Außenring
6 durch das Reibungsmoment der Kugeln mitgeführt. Aber die Erfahrung zeigt, daß
die tangentiale Kraft, bezogen auf die äußere Oberfläche des Außenringes 6, etwa
1000mal kleiner als die Gesamtkraft ist, die sich auf die Kolben auswirkt, so daß
die Adhäsionskraft der Kugeln auf der Küvette etwa ein Zwanzigstel dieses Druckes
beträgt. Irgendeine Gleitbewegung der Kugel B auf dem Lagerring 6 kann sich somit
kaum ausbilden, und es ist daher überflüssig, irgendeine Führung für diese vorzusehen,
wie dies bei dem Käfig 7 mittels Zapfenführung und Exzenter bewirkt wird.
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Vorzugsweise ist die innere Oberfläche der Kolben sphärisch ausgebildet,
wobei der Radius der sphärischen Fläche mit dem Außenradius des Außenringes 6 übereinstimmen
kann. Die Krümmungsmittelpunkte sind bei 01 bzw. 0, auf der Achse der entsprechenden
Kolben angedeutet. Unter diesen Bedingungen dient
jede Kugel oder
jede Rolle als Pleuelstange, deren Gelenk man sich in den Mitten 01 und 02 gelagert
denken kann, während sich das Kopfgelenk im Zentrum des Exzenters 4, also auf der
Achse Y, befindet. In der Zeichnung ist nur die imaginäre Pleuelstange b4 angedeutet,
die dem Kolben P4 zugeordnet ist.
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Die maximale Neigung der imaginären Pleuelstange beträgt nur wenige
Grad, was sehr vorteilhaft ist, da hierdurch der maximale seitliche Druck auf den
Kolben nur einige Hundertstel des Gesamtdruckes beträgt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 sind der Außenring 6 des
exzentrischen Kugellagers, der Käfig 7 und die zylindrische Innenwand des Gehäuses
1 dargestellt.
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Der Käfig hat am Innenumfang eine rinnenförmige Ausnehmung mit seitlichen
Ansätzen 7a und 7 b, wobei die Tiefe der Ausnehmung so im Hinblick auf den Durchmesser
des Außenringes 6 gewählt ist, daß gerade die reibungsfreie Bewegung des Außenringes
gesichert ist. In der in Fig. 3 sichtbaren Betriebsstellung greift der Außenring
6 in die innere Ausnehmung des Käfigs 7 unter einem Winkel CZD ein, der nur wenig
kleiner als 180° ist.
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Der mittlere Teil des Käfigs hat eine Ausdehnung, die so gewählt ist.
daß der Käfig 6 möglichst nahe an die innere zylindrische Oberfläche des Gestells
herankommt, wobei zwischen den drei genannten Teilen nur ein kleiner Spielraum besteht,
der aber genügt, daß unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte zwar eine Berührung
im Punkt B, aber keine Berührung im Punkt A stattfindet.
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Im Falle einer Berührung sowohl im Punkt A wie im Punkt B infolge
der exzentrischen Kreisbewegung der beiden Teile 6 und 7 würde eine Gleitbewegung
an diesen beiden Punkten entstehen, die die beiden Kräfte f1 und f2 erzeugen würde,
die auf das Lager in den Punkten A und B einwirken würden; infolge des kleinen Spielraums,
der bei A vorhanden ist, greift die Zentrifugalkraft den Käfig 7 bei B an, und es
entsteht nur eine Kraft f1. Hierbei ist der Energieverlust infolge des kleinen Unterschiedes
in der Größe des Durchmessers viel kleiner als im Falle des Exzenters 9 (Fig.2),
der notwendigerweise einen viel größeren Durchmesser hat als die betreffende Durchmesserdifferenz.
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Der Käfig darf den Bestrebungen der Kraft f1, die ein Drehmoment liefert,
nicht folgen. Zu diesem Zweck trägt einer der seitlichen Ansätze, z. B. 7 b, wenigstens
drei Zapfen 11 (im vorliegenden Beispiel sind vier Zapfen verwendet, jedoch ist
die Verwendung von sechs Zapfen ebenfalls vorteilhaft), die vorzugsweise mit Rollen
13 versehen sind und die bei dem an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Vorgang
eine kreisförmige Bewegung ausführen, die im Innern einer zylindrischen Ausnehmung
14 des Gestells 1 stattfindet Die Wirkungsweise ist wie folgt: Die Neigung des Käfigs
7, eine Drehbewegung um AB auszuführen, wird durch die Anschläge verhindert, die
bei E die Rollen 13 an den Wänden der Ausnehmung 14 zurückhalten.
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Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann man den Führungsmechanismus für den
Käfig auch am Umfang desselben anbringen. Zu diesem Zweck sieht man um den Käfig
herum zahnförmige Nocken 15 vor, die die Form von kreisförmig abgerundeten Zähnen
haben, welche in entsprechenden Nockenführungen 16 eingreifen, die in gleicher Anzahl
fest mit dem Gehäuse 1 verbunden sind und deren Oberflächen ebenfalls abgerundet
sind. Beim Betrieb gleiten die zylindrischen Teile der Nocken 15 über die entsprechenden
zylindrisch geformten Nockenführungen 16 hinweg, ohne eine Drehbewegung auszuführen.
Es erweist sich hierbei als notwendig, an den Nockenansätzen Abrundungen 15a anzubringen.
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Man kann ebenfalls eine Rotationsbewegung des Kugellageraußenringes
6 relativ zum Lagerring dadurch verhindern, daß man an der inneren Oberfläche des
Käfigs Nocken 17 anbringt, die im wesentlichen entsprechend den Nocken 15 angeordnet
sind und in Nockenführungen 18 eingreifen, die in dem Ring 6 angebracht sind.
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Vorzugsweise werden die Teile, wie Nocken, Nokkenführungen, mit Hilfe
von passend zurechtgeschnittenen Blechen ausgeführt. Man kann ebenfalls die Führung
des Käfigs dadurch bewirken, daß man die Zapfen und die Zapfenführungen vertauscht
(Fig.6 bis 8).
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In der Fig. 6 ist der Käfig 7 und der Kugellageraußenring 6 in derselben
Stellung wie in Fig. 3 veranschaulicht. Der Käfig 7 trägt einen äußeren flanschförmigen
Ansatz 19, an dem mindestens drei kreisförmige Zapfenführungen 20 angebracht sind.
Es können jedoch auch vier oder vorzugsweise sogar sechs Zapfenführungen 20 angebracht
werden, die sich während der beschriebenen Bewegungen auf einer Kreisbahn verschieben,
ohne sich um die festen Zapfen 21 zu drehen, die in gleicher Zahl wie die Aussparungen
vorhanden sind. Der Bahnradius der Zapfenführungen ist fest vorgegeben, da dieselben
mit den Zapfen in Berührung bleiben, wobei jeder Punkt des Käfigs eine kreisförmige
Bewegung mit dem Radius XZ=XYj'2 vollführt.
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In dem vorliegenden Beispiel findet nur eine Berührung des Käfigs
7 im Punkt A statt, während keine Berührung mit dem Kugellageraußenring im Punkt
B stattfindet. Der Käfig 7, der am Punkt A mitgeführt wird, kann infolge der vorgesehenen
Zapfen in den entsprechenden Führungen nur die erwähnten kreisförmigen Bewegungen
ausführen, ohne daß eine Rotation des gesamten Käfigs stattfinden kann. In diesen
Fall hat der kleine Spielraum im Punkt B den Zweck, eine schädliche Reibung zu verhindern.
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In der Fig. 7 sind schematisch die Kugeln B und die Kolben P in ihrer
Relativstellung veranschaulicht. Fig. 8 stellt einen Schnitt durch die Zapfen 21
dar, die in dem Gehäuse 1 mit Hilfe der Bunde 21 a fest eingeschraubt sind, so daß
sie die Bewegung des flanschförmigen Ansatzes 19 nicht behindern oder blockieren
können, da ein genügend großer Spielraum zwischen ihren Kopfstücken 21b und dem
Gehäuse vorgesehen ist, der in Wirklichkeit kleiner ist, als in der Figur aus Gründen
der Übersichtlichkeit gezeichnet ist.
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In dem beschriebenen Beispiel ist der Radius XZ sehr klein, so daß
auch die Zentrifugalkraft, die den Käfig 7 mitzuführen bestrebt ist, selber sehr
klein ist; so daß es überflüssig ist, die Zapfen 21 mit Rollen zu versehen: dies
würde jedoch anders sein, wenn der Radius XZ größer wäre.
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In diesem Fall kann eine andere Lösung vorgesehen werden, die es erlaubt,
auf den Käfig 7 ganz zu verzichten, indem Rollen an Stelle von Kugeln verwendet
werden (Fig.9).
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Die Rollen haben an beiden Enden axiale Zapfen 22, die auf dem Rollkörper
fest aufsitzen und die in diesem Falle in vorteilhafter Weise mit Rollen 22a versehen
sind, die auf den als Achsen ausgebildeten Zapfen drehbar befestigt sind.
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Diese Zapfen 22 greifen in Führungen 23 ein, die in passender Form
an den beiden Flanschen des Gehäuses
1 eingefräst sind. In der
Zeichnung sind vier verschiedene Positionen I, II, III und IV des Kugellageraußenringes
6 gezeichnet, denen die vier Rollen R1, R2, R3, und R4 entsprechen. Aus Gründen
der Übersichtlichkeit ist der Kolben P nur in der oberen Stellung der Rollen eingezeichnet.
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Die Vergrößerung der Exzentrizität bewirkt eine Verlängerung der elliptischen
Kurve, auf die in Fig. 1 hingewiesen wurde. Die maximale Neigung der imaginären
Pleuelstange b ist im vorliegenden Fall bedeutend vergrößert (s. Lage II-IV) ; der
eine Durchmesser d der Bahn, die die Achse der Rolle beschreibt, ist weit unterhalb
der mittleren Höhe der Bahn, die eine ovale Form annimmt. Man kann im übrigen diese
Bahnkurven auch dadurch verwirklichen, daß man auf eine Fräsmaschine einen Zahnradmechanismus
aufmontiert, dessen Grundkreise die Bewegung des Kugellagers beschreiben würden.
Die Führungen 23 müssen so ausgebildet sein, daß das Außenprofil geometrisch genau,
entsprechend der theoretischen Kurvenform, ausgebildet ist, während an der inneren
Oberfläche der Rollenzapfen ein kleiner Spielraum zwischen Rollen und Zapfen offen
gelassen wird. Somit beschreiben sowohl die Rollen als auch ihre Zapfen infolge
der Zentrifugalkräfte eine Bahn, die über der äußeren Oberfläche der Führungen hinweggleitet,
ohne daß die Rollen auf der inneren Oberfläche eine Reibung hervorrufen.
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Es ist vorteilhaft, daß die Kolben P in diesem Fall eine zylindrische
und nicht eine sphärische Bodenfläche haben, um eine Mitnahme des Käfigs zu vermeiden.
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Die gezeigte Lösungsmöglichkeit für große Exzentrizitäten stellt natürlich
nicht die einzige dar; man kann hierzu auch irgendeine der vorhergehenden Ausführungsformen
vorsehen, wobei die Kugeln bzw. Rollen einen Durchmesser haben, der mindestens gleich
der Ausdehnung des Käfigs ist, der um den Betrag der Exzentrizität des Kugellageraußenringes
6 vergrößert werden muß. der, wie in Fig.3 gezeigt, AB=XY beträgt.
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Gemäß der Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 sollen die Rollen oder
Kugeln einen Durchmesser haben, der den Betrag 2XY leicht übersteigt, oder es muß
der Käfig seinerseits eine Dicke haben, die wenig unterhalb des Betrages XY liegt;
in den Ausführungsformen der Fig.3 bis 8 soll der Durchmesser dem Betrag 2 XY gleich
sein. während AB ein wenig kleiner als XY sein soll.
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Wie in den Fig. 10 und 11 dargestellt, kann man noch einige Vereinfachungen
an dem Exzenterantrieb anbringen.
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Für die Verwendung von Kugeln oder Rollen kann das Gehäuse in seinem
zentralen Teil profilierte Aussparungen 24 aufweisen, deren äußeres Profil im wesentlichen
den Führungen 23 der Fig. 7 entspricht.
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Da die vorliegende Lösung keinen Käfig vorsieht, müssen die Aussparungen
24 über die ganze Länge der Kugel- bzw. Rollenlager vorgesehen werden, und zwar
derart, daß der Kugellageraußenring 6 bei ihrer Bewegung soeben an den Vorsprüngen
24a vorbeigleiten kann.
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Damit die Kugeln oder Rollen festgehalten werden, muß der Durchmesser
mehr als das Doppelte der Exzentrizität XY betragen. In der Fig. 8 beträgt der Kugeldurchmesser
vorteilhaft ungefähr 3 XY. Im Lauf ihrer Bewegung greift der Kugellageraußenring
6 zwischen den beiden Flanschen 1 a und 1 b ein, deren Abstände etwas größer als
der Durchmesser der Kugeln oder die Länge der Rollen gewählt ist. Während ihrer
Rollbewegung versuchen die Kugeln oder Rollen an den profilierten Aussparungen 24
vorbeizugleiten, wobei sie ein schwaches Reibungsmoment liefern, während sie sich
in den Aussparungen abstützen. Da aber die Radialkraft, bedingt durch den Adhäsionskoeffizienten,
bedeutend größer als die tangentiale Kraft ist, die die Rollen bzw. Kugeln auf der
äußeren Oberfläche des Kugellageraußenringes 6 ausüben, so kann sich dieselbe nicht
drehen. In der Praxis jedoch ergeben sich kleine Unvollkommenheiten in der Ausbildung
der Aussparungen 24, die ihrerseits Unregelmäßigkeiten in der Bewegung der Kugeln
und Rollen bedingen, was zur Folge hat, daß sich der Außenring 6 sehr langsam unter
den Kugeln oder Rollen dreht, so daß sich jedesmal neue Teile der Oberfläche unter
die Rollen schieben, was aus Gründen einer gleichmäßigen Beanspruchung vorteilhaft
ist.
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In der Ruhestellung können einige Rollen oder Kugeln infolge ihres
Gewichtes an eine Seite gelangen, die der vorgeschriebenen Lage entgegengesetzt
ist. Um dies zu vermeiden, wird die Getriebeanordnung erst dann mit dem normalen
Druck beaufschlagt, wenn dieselbe bereits eine Umdrehung ausgeführt hat, wodurch
die Kugeln bzw. Rollen durch eine Gleitbewegung während der ersteren Umdrehung an
ihre richtige Stelle gelangen. Dies wird leicht erhalten, wenn man jeden Kolben
P mittels einer Spannfeder 25, wie in Fig. 10 dargestellt, so lagert, daß eine dauernde
Kraft auf den Kolben in zentripetaler Richtung ausgeübt wird.
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Die am stärksten dem Druck ausgesetzten Kugeln nehmen während der
ersten Umdrehung ihre Stellung ein, was jede Beschädigung während des Gleitvorganges
verhindert. Befindet sich erst die Vorrichtung im Betriebszustand, so hält der Druck
der Federn 25 alle Rollen und Kugeln in ihrer richtigen Betriebsstellung, ungeachtet
des wirkenden Gewichtes derselben, welches sie in unerwünschte Lagen zu ziehen trachtet.
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Bei Verwendung von Kugeln ergibt sich eine vorteilhafte Ausbildung
der Vorrichtung dadurch, daß in der äußeren Oberfläche des Außenringes 6 Ausnehmungen
6a vorgesehen werden. Der Kugellageraußenring 6 ist hierbei vorteilhaft als T-förmiger
Ring ausgebildet, der mit einem innenliegenden Kugellager25 (gemäß Fig. 12) versehen
ist. Man legt nun die Symmetrieebene des Außenringes 6 durch entsprechende Maßnahmen
beim Zusammenbau etwas außerhalb der Ebenen, die durch die Achsen der Zylinder gehen,
und -zwar um einen Betrag s. Die Kugel B stützt sich jetzt einerseits auf den Kolben
und andererseits auf den äußeren Teil der Aussparungen des Ringes 6 ab, wobei die
Punkte M, M' so gelagert sind, daß eine Rotation der Kugel um die Achse
x, x' entsteht, die einen kleinen Winkel mit der Hauptachse X -X bildet.
Hieraus ergibt sich eine kleine Rotationskomponente um die Achse Y, die parallel
zur Ebene liegt, in der die Zylinderachsen enthalten sind, aber die um einen Betrag
s außerhalb der Ebene gelegen ist. Diese kleine Komponente bewirkt, daß der Berührungspunkt
M auf der Kugel eine zykloidenförmige Kurve c beschreibt, wobei sich der Berührungspunkt
M so auf der Oberfläche der Kugel verschiebt, daß jedesmal eine andere Stelle der
Oberfläche als Berührungsstelle benutzt wird, was sich dann nicht erreichen läßt,
wenn die Berührungspunkte sich genau auf dem Boden der Aussparungen befinden. Diese
Verschiebung des Berührungspunktes ist hinsichtlich des Verschleißes der Kugeln
sehr vorteilhaft, und außerdem bewirkt diese kleine Exzentrizität des Punktes M
am Kolben, daß
das gleiche vorteilhafte Resultat für die Kolbenbodenfläche
erzielt wird.
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Wenn das exzentrische Lager Rollen und nicht Kugeln trägt, kann man
die gleiche Wirkung erzielen, wenn die Kolbenachse leicht gegenüber der Rollenachse
geneigt wird. Man sieht aus Fig. 13, daß bei sphärischer Ausbildung der Kolbenbodenfläche
die Abstützung auf einem Punkt M erfolgt, der von der Polstelle des Kolbens etwas
seitlich versetzt liegt und somit auch eine seitliche Kraft auf die Rollen ausübt.
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Die Abrollbewegung übt auf die Rollen eine leichte Verschiebung aus,
die während der Halbperiode unter hohem Druck notwendigerweise eine stärkere Ausprägung
findet als während der Halbperiode niederen Druckes, so daß die Wirkung während
der ersteren Halbperiode überwiegt.
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Wie in Fig. 14 gezeigt, kann man auch konisch ausgebildete Rollen
verwenden, wobei man die Kolbenachsen in der Mittelebene des Rollenlagers beläßt;
die Wirkung ist in diesem Falle dieselbe wie vorher, da die Rollen R eine sehr genaue
definierte Bewegung relativ zum Käfig ausführen und der Kolben eine Rotationskomponente
entsprechend dem schon geschilderten Fall bei der Verwendung von seitlich versetzten
Kugeln erhält.
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Es muß die Oberfläche des Kugellageraußenringes, auf der die Rollen
R gehalten werden, ebenfalls konisch sein, wobei die Spitzen der durch die Konen
vorgegebenen Kegel auf der Hauptachse liegen. Die beschriebene Vorrichtung hat einen
sehr weiten Anwendungsbereich auf dem Gebiete der Rotationsmaschinen.
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Die Fig. 15 veranschaulicht schematisch die Anwendung einer Vorrichtung
mit einer hydraulischen Übertragung von einem Generator G auf eine Arbeitsmaschine
R, wobei beide Maschinen gemäß der Erfindung ausgebildet sind.
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Wenn die Vorrichtung nach der Erfindung an eine Saugpumpe angeschlossen
werden soll, so können die in Fig. 16 veranschaulichten Mittel vorgesehen werden,
welche die notwendige zentrifugale Kraft zu erzielen gestatten.
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Jeder der Kolben P trägt ein Kopfstück, dessen Durchmesser größer
als der Durchmesser der Kolbenstange t ist, wobei der entsprechende Zylinder so
abgestuft ist, daß eine ringförmige Hilfskammer C frei bleibt. Die Kammern C der
verschiedenen Maschinenkolben sind unter sich durch einen am Umfang angeordneten
Kanal c verbunden, in dem z. B. ein Druck aufrechterhalten wird, der groß genug
ist, um jeden Kolben an alle Stellen seiner Bewegung gegen die Kugel B zu pressen.
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Diese Vorrichtung ist insbesondere günstig bei der Verwendung von
Wasser, insbesondere von Meerwasser, denn wenn die Kammern C mit unter Druck stehendem
Öl angefüllt sind, bewirkt dieses nicht nur die Schmierung der beiden Kolbenabstufungen,
sondern auch eine sehr wirksame Dichtung mit geringsten Reibungen. Im Fall großer
Drücke und insbesondere bei Verwendung von komprimierten Gasen wird die Kammer C
direkt mit einem Raum V in kommunizierende Verbindung gebracht, wobei das Volumen
so gewählt ist, daß in der zurückgeschobenen Stellung des Kolbens das Öl durch den
wirkenden Druck einen höheren Druck erreicht, als die Flüssigkeit, die unterhalt>
der Kolben zusammengepreßt wird. Natürlich muß der Raum V mit dem Kanal c über ein
Ventil s verbunden werden, welches sich automatisch betätigt. Geht der Kolben P
nach unten, so sinkt der Druck in dem Raum V, wenn ein Ausströmen stattgefunden
hat, und wird kleiner als derjenige Druck, der in der ringförmigen Leitung c herrscht.
Der Verlust wird nachher durch das Ventil s ausgeglichen, was einen viel kleineren
Energieverlust bedingt, als wenn die Auffüllung bei hohem Druck stattfinden müßte,
da der in dem Raum komprimierte Ölrückstand bei der nach unten erfolgenden Bewegung
des Kolbens seine Kompressionsenergie wieder an den Kolben abgibt.
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Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung auf einem
Gaskompressor ist es möglich, auf den durch das Öl hervorgerufenen Gegendruck zu
verzichten und ihn durch einen entsprechenden Gasdruck zu ersetzen.