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Kolbenmaschine, insbesondere Motorkompressor für hermetisch gekapselte
Kleinkältemaschinen Die Patentanmeldung D 35144 I c/27 b betrifft eine Kolbenmaschine,
insbesondere einen Motorkompressor für hermetisch gekapselte Kleinkältemaschinen,
mit einer einstückigen, zu beiden Seiten der Kurbel gelagerten Kurbelwelle, die
von außen durch das ungeteilte erste Hauptlager eingeführt wird, deren Kennzeichen
es ist, daß die Kurbelwelle zwischen dem Kurbelzapfen und den zentrischen Lagerzapfen
exzentrisch zu letzterem angeordnete Zwischenabschnitte aufweist, die in Axialrichtung
mindestens so lang sind wie das erste Hauptlager und deren Querschnittsfläche innerhalb
der Projektion des Kurbelzapfenquerschnitts auf dem Querschnitt der Lagerzapfen
liegt, wobei die Kurbelwellen-Querschnittsfläche an keiner Stelle den Bohrungsquerschnitt
des ersten Hauptlagers überschreitet.
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Zweck vorliegender Erfindung ist es, die axiale Länge der Zwischenabschnitte
zu verkürzen, um auf diese Weise die axiale Gesamtlänge der Konstruktion zu verringern.
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Die Erfindung besteht darin, daß wenigstens eine der Lagerflächen
einseitig, nämlich bei den Hauptlagern auf der dem Kolben zugewandten Seite und
beim beweglichen Lager auf der dem Kolben abgewandten Seite, in ihrer axialen Länge
verkürzt ist und daß mindestens ein Zwischenabschnitt eine Länge besitzt, die größer
ist als diejenige der verkürzten Lagerfläche, aber kleiner als diejenige der unverkürzten
Lagerfläche.
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Insbesondere soll der dem Kolben zugewandte Teil der Lagerfläche des
ersten Hauptlagers durch eine Aussparung verkürzt sein, die zusammen mit der Bohrung
des ersten Hauptlagers mindestens der Hüllkurve der Projektion der Kurbelwelle entspricht.
Auf diese Weise läßt sich, wie später noch genauer erläutert wird, der dem ersten
Hauptlager benachbarte Zwischenabschnitt der Kurbelwelle verkürzen.
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Des weiteren kann man das bewegliche Lager auf dem dem Kolben abgewandten
Teil der Lagerfläche mindestens über 180° auf der gleichen Seite verkürzen wie das
erste Hauptlager. Auf diese Weise läßt sich auch der dem zweiten Hauptlager benachbarte
Zwischenabschnitt der Kurbelwelle verkürzen.
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Oftmals empfiehlt es sich, das bewegliche Lager auf beiden Seiten,
und zwar möglichst gleichmäßig zu verkürzen, damit eine unsymmetrische Belastung
dieses beweglichen Lagers vermieden wird.
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Das erfindungsgemäße Vorgehen bringt nicht nur Vorteile hinsichtlich
einer Gesamtverkürzung der axialen Länge. Infolge der verkürzten Zwischenabschnitte
werden auch die Biegebeanspruchungen kleiner. Dies wiederum ermöglicht es, den Querschnitt
der Zwischenabschnitte noch weiter herabzusetzen. Unter Ausnutzung dieser Tatsache
und bei Verwendung des gleichen Durchmessers von zentrischen Lagerzapfen und Kurbelzapfen
erhält man den größtmöglichen Hub. Außerdem kann durch die Verkürzung die Eigenfrequenz
der Kurbelwelle auf einen nicht störenden Wert angehoben werden.
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Die Erfindung basiert auf der bekannten Tatsache, daß bei einfach
wirkenden Kolbenmaschinen die Druckverteilung derart ist, daß die dem Kolben zugewandten
Lagerflächen eine andere Druckbelastung erfahren als die dem Kolben abgewandten
Lagerflächen. Man kann daher, wie ebenfalls bekannt, ungefährdet auf den dem geringeren
Lagerdruck ausgesetzten Lagerflächen eine Verkürzung vornehmen, ohne daß hierdurch
die Betriebsfähigkeit der Anordnung gestört wird.
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Weitere Merkmale vorliegender Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch Lager und Kurbelwelle nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, F i g. 2 Lager und Kurbelwelle nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie IH-III in F i g. 2, F
i g. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV der F i g. 2 und
F
i g. 5 in schematischen Darstellungen a bis f das Einführen der Kurbelwelle
in die beiden festen und das bewegliche Lager der Ausführungsform nach Fig.2.
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In nachstehender Beschreibung werden für entsprechende Elemente die
gleichen Bezugszeichen wie in der Patentanmeldung D 35144 I c-/27 b verwendet. Es
wird angenommen, daß die Ausführungsbeispiele der F i g. 1 und 2 in Verbindung mit
dem in der Hauptpatentanmeldung veranschaulichten gekapselten Motorverdichter benutzt
werden.
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In F i g. 1 weist der zusammenhängende Bauteil 3 das erste Hauptlager6,
das zweite Hauptlager? sowie den nicht veranschaulichten Verdichterzylinder auf.
Die Motorkurbelwelle 8 besitzt die beiden zentrischen Lagerzapfen 15 und 16 sowie
den Kurbelzapfen 13 zum Antrieb der Kolbenpleuelstange 14 oder eines entsprechenden
Gleitsteingelenks. Der Kurbelzapfen 13 ist mit den zentrischen Zapfen 15, 16 über
die Zwischenabschnitte 17 bzw. 18 verbunden.
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Das erste Hauptlager 6 ist auf dem dem Kolben zugewandten Teil der
Lagerfläche, und zwar auf der dem zweiten Hauptlager 7 zugewandten Seite, also der
Innenseite, durch eine Aussparung 21 verkürzt. Lagerbohrung 6 und Aussparung 21
haben zusammen einen Umriß, der mindestens der Hüllkurve der Projektion der Kurbelwelle
entspricht. Das Lager trägt in diesem Bereich nur noch über die verkürzte Fläche
22. Infolge dieser Aussparung 21 kann der Zwischenabschnitt 17 verkürzt werden.
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In F i g. 2 ist der Aufbau recht ähnlich. Nur ist hier zusätzlich
auch bei dem beweglichen Kurbellager 14 auf dem dem Kolben abgewandten Teil der
Lagerfläche über l80° auf der dem zweiten Hauptlager 7 zugewandten Seite, also an
der Stelle 23, Material entfernt, so daß auf dieser Seite lediglich die LaQerfläche24
verbleibt. Die Folge davon ist, daß nicht nur der Zwischenabschnitt 117,
der dem ersten Hauptlager 6 benachbart ist, sondern auch der Zwischenabschnitt 118,
der dem zweiten Hauptlager 7 benachbart ist, verkürzt werden kann. Infolge dieser
Verkürzung kann bei sonst gleichbleibender Belastung auch der Querschnitt der Zwischenabschnitte
117. 118 in F i g. 2 gegenüber dem Querschnitt der Zwischenabschnitte
17, 18 in F i g. 1 vermindert werden. Dies wiederum ermöglicht es, die Exzentrizität
des Kurbelzapfens 13 noch mehr zu vergrößern, also den dem Kolben mitzuteilenden
Hub zu erhöhen. Der größte Hub ergibt sich unter diesen Umständen, wenn die beiden
zentrischen Zapfen 15, 16 und der Kurbelzapfen 13 den gleichen Durchmesser
besitzen.
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Aus F i g. 3 ist die Form der Aussparung 21 zu ersehen. Der von der
Bohrung 6 und der Aussparung 21 begrenzte Umriß besteht aus zwei im Abstand voneinander
angeordneten Halbkreisen 25, 26, die durch zwei Geraden 27,28 miteinander
verbunden sind. Diese Begrenzungskurve 25 bis 28 entspricht der Hüllkurve
der Projektion der Kurbelwelle. Selbstverständlich kann die Aussparung 21 auch über
die durch die Hüllkurve gegebene Begrenzung hinausreichen.
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Aus F i g. 4 ergibt sich, daß das Kurbelzapfenlager der Pleuelstange
14 an der Stelle 23 eine Aussparung über l80° besitzt.
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Das Einführen der Kurbelwelle nach F i g. 2 wird nunmehr an Hand der
schematischen Darstellun-gen a bis f der F i g. 5 erläutert. Zunächst
wird die Kurbelwelle 8 mit dem Lagerzapfen 16 in das erste Hauptlager
6 eingeführt (a). Alsdann wird die Kurbelwelle in dieser Stellung um ein
Stück nach links geschoben, bis der Kurbelzapfen 13 an dem ersten Hauptlager 6 anschlägt.
Die Länge des Zwischenabschnitts 118 und der gekürzten Lagerfläche
22
müssen hierbei so gewählt sein, daß die Kurbelwelle 8 in dieser Stellung
(b) abgesenkt werden kann, wobei der Lagerzapfen 16 in die Aussparung 21 gelangt.
Hierauf kann die Kurbelwelle ohne weiteres nach links geschoben werden, wobei der
Lagerzapfen 16
in das bewegliche Lager 14 eingeführt wird. Der Kurbelzapfen
13 ruht dabei im ersten Hauptlager 6 (c). Nunmehr wird die Kurbelwelle im Lager
6 um 180° gedreht (d). Der Lagerzapfen 16 hebt hierbei das bewegliche Lager 14 an.
Nunmehr kann wiederum die Kurbelwelle nach links verschoben werden, bis der Lagerzapfen
15 am ersten Hauptlager 6 anschlägt. Wiederum sollten Zwischenabschnitt 117 und
verkürzte Lagerfläche 22 so bemessen sein, daß in dieser Stellung der Kurbelzapfen
13 in die Aussparung21 abgesenkt werden kann (e). Die günstigste Bemessung ergibt
sich, wenn in diesem Augenblick auch der Lagerzapfen 16 gerade an der Wand des Hauptlagers
7 anliegt. Infolge des Absenkens der Kurbelwelle steht nunmehr der Zapfen
16 genau vor der Bohrung des Lagers 7. Des weiteren sollte die verkürzte
Lagerfläche 24 des beweglichen Lagers 14
mit dem Zwischenabschnitt
118 so abgestimmt sein, daß beim übergang von der Stellung d in die Stellung e das
bewegliche Lager auf den Zwischenabschnitt 118 herabfallen kann. Schließlich wird
die Kurbelwelle nochmals ein Stück nach links geschoben, bis der Lagerzapfen 16
im Hauptlager 7, der Kurbelzapfen 13 im beweglichen Lager 14 und der
Lagerzapfen 15 im Hauptlager 6 angeordnet ist (f).
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Da die Druckverhältnisse bei einfach wirkenden Kolbenmaschinen so
beschaffen sind, daß die höheren Drücke von der unteren Lagerfläche des beweglichen
Lagers 14 auf die Kurbelwelle und von der Kurbelwelle auf die oberen Lagerflächen
der Hauptlager 6
und 7 abgeleitet werden, können die jeweils gegenüberliegenden
Lagerflächen (24 beim beweglichen Lager und 22 beim ersten Hauptlager) ohne weiteres
so weit verkürzt werden, wie es den in dieser Richtung wirkenden Kräften unter Berücksichtigung
aller übrigen Belastungen entspricht.