DE2261670A1 - Rotationskolbenmaschine der trochoidenbauart mit einem die kolbenbewegungen erzwingenden, in geradfuehrungen laufenden nachfuehrgetriebe - Google Patents

Description

DORMIER SYSTEU GMBH Friedrichshafen

Rotationskolbenmaschine der Trochoidenbauart Bit einen die Kolbenbewegungen erzwingenden, in Geradführungen laufenden Nachfuhrgetriebe

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine der Trochoidenbauart. Bei diesen Maschinen stehen Drehzahl und/oder die Drehrichtung der Antriebs- oder Abtriebswelle und des Kolbens In einem bestimmten Verhältnis zueinander. Die Kolbenbewegung relativ zur Welle wird durch ein Führungsgetriebe erzwungen. Hierzu sind verschiedende Möglichkeiten bekannt. Meist wird ein Zahnradgetriebe verwendet, bei dem ein außenverzahntes Rad kleineren Durchmessers in einem innenverzahnten Radkranz größeren Durchmessers sich abwälzt. Dabei ist eines der Zahnräder fest mit dem Gehäuse verbunden und das andere Zahnrad am. Kolben angeordnet. Durch das Zahnradgetriebe sind aber die Abmessungen der, Triebwelle festgelegt und es ist nicht möglich, eine durchgehende Welle für mehrere Kolben einzusetzen. Um diesem Nachteil abzuhelfen, hat man schon besondere Führungsgetriebe mit Zahnrädern eingesetzt, die aufgeteilt waren in einen innerhalb und einen außerhalb der Seitenwände der Maschine befindlichen Teil. Hierzu sind spezifisch komplizierte Zahnradbrücken, Planetengetriebe und Hohlwellen notwendig. Diese zusätzlichen Tolle stellen einen hohen baulichen Aufwand dar und vergrößern durch die unvermeidlichen Spiele zwischen den Bauteilen die Ungenauigkeit erheblich.

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Bin· weitere Art von Nachführgetriebe für dl· Kolbenbewegung benutzt In Geradfübrungen bewegt« Tell·. DaIwI wird «In· In den Geradführungen hervorgerufene hin- und hergehende Bewegung In eine Drehbewegung umgesetzt. Ein solches NachfUhrget riebe beruht s.B. auf des Prinzip der Ellipeenerzeugung. MIt eines Nachführgetriebe der letztgenannten Art befasst sieh die Erfindung. Bei den bisher bekannten Nachführgetrieben war das Zentrum der Nachdreht ei Ie auf eines Kurbelzapfen angeordnet in einer ähnlichen ■eise wie das Pleuellager bei Kurbelwellen von Hubkolbenmaschlnen. Eine derartige Anordnung 1st aber fertigungstechnisch ungünstig und weist auch Schwierigkeiten binslohtlieh der Mechanischen Festigkeit der Welle auf. Für den Betrieb besteht die Forderung, die Festigkeit der Triebwelle nach Wunsch wählen zu können. Für die Fertigung andererseits stehen Einfachheit und Kostenersparnis im Vordergrund. Abkröpfungen der Triebwelle sollen vermieden, werden, üb eine durchgehende Welle zu erhalten, auf der la Baukastenprinzip auch sehrere Kolben angeordnet werden können. Ebenso sollen die für die Schmierung bestehenden Schwierigkeiten der abgekröpften Wellen beseitigt werden. Ein« weitere Forderung besteht darin, daft bezüglich des NachdrehwinkeIs des Kolbens zus Nachdrehwlnkel der Welle höchste Präziselon gewährleistet sein soll. Das Gleiche gilt für die genaue Lage des Kolbens zum Gehiuse, um die Bedingungen der Kolbenkl&ematik au erfüllen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Nachfuhrgetrlebe und die dazugehörige Triebwelle so su gestalten, daft die oben er-

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wähnten Nachteile vermieden «erden und daß die Welle bei einfacher Fertigung ganz nach den Erfordernissen hinsichtlich Festigkeit ausgelegt sein kann.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgenäß auf der Triebwelle der Maschine drehfest und exzentrisch zu ihr ua das Haß der Trocholdenexzentrizität versetzt ein zylindrischer Rotationskörper angeordnet ist und eine auf ihm drehbar gelagerte Hülse als Träger für die drehfest mit ihr verbundenen Teile des Nachführgetriebes und für den Kolben dient.. Vorteilhafterweise sind Triebwelle und zylindrischer Rotationskörper gemeinsam aus dem Vollen hergestellt. Es ist aber auch möglich, als Triebwelle z.B. ein durchgehendes Rohr oder dergleichen vorzusehen und darauf exzentrisch den Rotationskörper aufzustecken und auf dem Rohr zu befestigen. Der Vorteil dieser Anordnung mit Triebwelle und darauf sitzendem Rotationskörper liegt darin, daß die Triebwelle in ihren Abmessungen nicht mehr durch die Teilkreise von Zahnrädern begrenzt 1st. Die Abmessungen der Triebwelle und ihrer Lagerungen im Gehäuse können ganz den Erfordernissen der Festigkeit entsprechend gewählt werden. SIn weiterer wesentlicher Vorteil dieser Ausbildung liegt darin, daß jetzt auch durch eine zentrale Bohrung in der Triebwelle Schmieröl zugeführt und radial durch Fliegkraft verteilt werden kann. Auf die gleiche Weise 1st nicht nur Schmierung, sondern auch Kühlung durchführbar. Schmieröl bzw. Kühlöl sind bis zur Hülsenlagerung auf dem zylindrischen Rotationskörper sehr leicht zu führen. Durch Ringnuten auf der Innenseite der Hülse und von diesen Nuten auegehende Durchbohrungen der Hülse gelangt das Schmiermittel zu den mit der Hülse

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verbundenen Teile des Nachftthrgetrlebes und au deren Lagerstel· lon in den Bauteilen der Geradftthrungen.

Ein Auaführungsbeispiel der Erfindung 1st nachstehend an hand der Zeichnung erläutert. Der als Beispiel gewählten Rotations kolbenmaschine ist die einfachste Trocholde, eine Epltrochoide also eine Herskurve, für die Kolbenform zugrunde gelegt. Es zeigen:
Fig. 1 einen schenatischen Längsschnitt durch eine Rotations«

kolbenmaech ine,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II/II in Fig. 1 mit

den Teilen des Nachführgetriebes, Flg. 3 einen Querschnitt nach der Linie III/III in Flg. 1 mit

den Arbeitsraum und d«m Rotationskolben und Fig. 4 eine Weiterbildung der Flg. 1 mit zwei Rotationskolben.

Aus Flg. 1 ist die durchgehende Triebwelle 1 mit Ihrer Mittelachse M zu erkennen. Auf ihr 1st ein zylindrischer Rotationskörper 2 exzentrisch angeordnet. Die Mittelachse des Rotationskörpers 1st mit M. bezeichnet. Die beiden Mittelachsen von Triebwelle 1 und Rotationskörper 2, d.h. die Achsen M und Mj_c verlaufen parallel und sind gegeneinander um das eingezeichnete MaQ der Trocholdenexzentrlzlttt E versetzt. M^ stellt zugleich auch die Kolbenmitte dar. Die Triebwelle 1 ist in Gehäuse 10 an den beiden Lagerstellen 10* in nicht näher dargestellter weis· gelagert. Auf dem Rotationskörper 2 1st drehbar gelagert •ine Hülse 3. Auf ihr sitzen fest die Teile 4 und 5 des Nachfuhr getrlebes sowie der Rotationskolben 6. Diese TelIe,d.h. das Nach

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führgetriebe und der Rotationskolben können beispielsweise durch Keile 8 alt der Hülse 3 drehfest verbunden sein. Im Gehäuse 10 sind ferner noch die Radialdichtleisten 7 angedeutet, die sich dichtend gegen die Stirnseite des Rotationskolbens 6 anlegen. Außerhalb des Gehäuses 10 sind Schwungsoheiben 9 fest auf der Triebwelle angeordnet. Mit ihrer Hilfe ist eine einwandfreie Auswuchtung dee ganzen Gebildes ohne weiteres möglich. Dieses Auswuchten 1st aber nicht Gegenstand der Erfindung und daher nicht näher dargestellt.

Die triebwelle 1 enthält eine zentrale Bohrung 11, durch die Schmieröl bzw. Kühlöl zugeführt werden kann. Von dieser zentralen Bohrung 11 ausgehend führen radiale Abzweigungen 12 zu den Lager· stellen 10* in Gehäuse 10. In entsprechender Weise sind nicht nur Radialbohrungen bzw. Abzweigungen in der Triebwelle, sondern auch 1» Rotationskörper 2 vorgesehen, eodaß Schmieröl auch an die Lagerstelle zwischen Rotationskörper 2 und Hülse 3 gelangen kann. Durch;' Ringnuten 13 auf der Innenseite der Hülse 3 kann das Schmieröl auf den ganzen Umfang verteilt werden. Von der Ringnut 13 ausgehend führen weitere Durchbohrungen 12* durch die Hülse 3 hindurch und im Anschluß daran auch Radialbohrungen 12" durch die Exzenterscheiben 4 bzw. 5 des Nachführgetriebes hindurch bis zu deren Lagerungen in den Rahmen 4· bzw. 5* des Nachfuhrgetriebes. Auch an den Lagerstellen der Exzenterscheiben 4 bzw. 5 in ihren zugehörigen Rahmen 4* bzw. 5* können Ringnuten vorgesehen sein, die hier mit 13* bezeichnet sind. Wie am Beispiel der Exzenterscheibe 5 gezeigt ist, können auch noch die Rahmen 5» Bohrungen aufweisen, der Art, daß Schmieröl bis zu den Führungsstangen 15 gelangen kann.

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Auf diese Weise wird Schaieröl voa der zentralen Zufuhr über die Bohrung 11 durch Zentrifugalkraft bis zu den Gsradftthrungen des Naahftthrgetriebee gebracht. Ab Stelle von Ringnuten können bei des Geradftthrungen der Rahmen 4' bzw. 5* Spiralnuten vorgesehen sein, die eine glelchaJUUge Verteilung des Schalereles entlang der Führungsetangen 14 bzw. 15 ermöglichen. Ia ganzen Verlauf wird das Schaleröl nur durch Zentrifugal gefördert und aufl an keiner Stelle gegen die Zentrifugalkraft wirken.

Die Wirkungsweise des Nachführgetriebes ist nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 erläutert.

Auf der Hülse 3 sitzt drehfest alt ihr verbunden eine Exzenterscheibe 4 von kreisrunder Fora. Die Exzeaterechelbe 4 ist la eines zugehörigen Rahsen 4* drehbar gelagert. Entsprechend ist eine Exzenterscheibe 5 in einem zugehörigen Rahmen angeordnet. Der Rahmen 4* ist In einem Stangenpaar 14 verschiebbar gelagert. Die Richtung der Verschiebung ist in Flg. 2 durch einen Doppel- * pfeil beim Besugseeioheit 4^H angedeutet. Die Versohleberichtung liegt parallel zur Achsrichtung y„_n. Reobtwlakllg zur soeben genannten auf- und abgehenden Bewegung, also parallel zur eingezeichneten Acheenrlohtung x^, ist der Rahmen 5· in elnea Führung«- etangenpaar 15 hin und her verschiebbar. Diese Verschieberiohtung 1st wieder durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet. Die Acherlohtungen Xg„ und y_H(J bezeichnen die Acherlchtungen der BUllkurve zur Trochoide. Anstatt der Führungstangenpaare 14 bzw. 15 genügt unter Umständen jeweils auch eine Führungsstange 14 bzw. 15 allein für eine exakte Führung der hin- und her bewegten Teile. Selbstverständlich sind auch andere Ausbildungen der Geradführungen la Gehäuse aögHch, ohne das Wesen der Erfiaduag zu verlassen. Die Mitte1-

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punkte d»r Exzenterscheiben 4 und 5 sind gegenüber der Mittelache· hL· des Rotationskörpers 2 nach entgegengesetzten Richtungen hin um das Maß der Troohoidenexzentrizität E verschoben. Die Mittelpunkt· der Exzentersolie ib«n 4 bzw. 5 sind in der Zeichnung der übersichtlichkeitshalber nicht besonders dargestellt. Durch die geradlinig· Hin- und Herbewegung der Rahnen 4' bzw. 5^T in der x^. Richtung bzw. in der y„_ü-Richtung ergibt sich eine Drehbewegung des Rotations· körpers 2 und damit auch der Triebwelle 1. Die Rotation erfolgt im die Achse M.. in der eingezeichneten Pfeilrichtung Dl. Hierbei dreht

iff

sich die auf den Rotationskörper 2 drehbar gelagerte Hülse 3 mit den Exzenterscheiben 4 bzw. 5 in entgegengesetzter Richtung. Dies· Drehrichtung ist durch den Pfeil D2 angedeutet.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die Arbeitsräume VaI und Va2 einer Rotationskolbenmaschine mit dem darin befindlichen Kolben 6. Die äußere Begrenzung der Arbeitsräume wird durch die Hüllkurve 16 dargestellt. Ebenfalls eingezeichnet sind in Fig. 3 wieder die Achsrichtungen x^ und yjj_ü· In der y^- Achse sind die Radialdichtleisten 7 der Rotationskolbenmaschine angeordnet. Der Umriß der Triebwelle 1 ist gestrichelt innerhalb des Rotationskörpers 2 angedeutet. Die zentrale Schmierölbohrung 11 mit den radialen Abzweigungen 12 sind ebenfalls eingezeichnet. Der Kolben 6 ist drehfest mit der Hülse 3 verbunden. Die Verbindung ist hier durch einen Keil 8 hergestellt. Infolg· dieser festen Verbindung von Kolben und Hülse dreht auch der Kolben 6 in der gleichen Richtung D2 wie die Exzenterscheiben 4 und 3. FUr die hier als AusfUhrungsbeispiel gewählt· Trochoidenaaschln· mit Kämmeingriff und der ein-

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fachsten Trochoidenform, nämlich einer Herzkurve, stollen die eingezeichneten Drehbewegungen Dl der Triebwelle 1 und D2 des Kolbens 6 gerade die für diese Haschinenforra wichtige erzwungene Relativbewegung dar. Auch für andere Trochoidenformen, lassen sich die zugeordneten Nachführbewegungen in analoger Weise erreichen.

Die Ausbildungsform der Fig. 4 entspricht in wesentlichen der Fig. I₁ jedoch 1st hler auf der durchgehenden Triebwelle 1 eine längere Hülse 3 angeordnet und auf ihr ein weiterer Kolben 6' auf» gesetzt. Der Kolben 6' nimmt genau die gleiche Winkellage wie der Kolben 6 ein. Es lassen sich also mittels einer durchgehenden Triebwelle 1 und einem einzigen gemeinsamen Nachfuhrgetriebe mit den Exzenterscheiben 4 und 5, mit deren Rahmen 4' und 5' sowie ihren Geradführungen 14 bzw. 15 mehrere Rotationskolben steuern. Aus der Figur 4 ist ohne weiteres zu ersehen, daß mit der hier beschriebenen Ausbildung einer durchgehenden Triebwelle und einem aufgesetzten exzentrisch dazu angeordneten Rotationskörper in einfacher Welse mehrere Kolben nach dem Baukastenprinzip angeordnet sein und gesteuert werden können. Eine weitere Abwandlung der Fig. 4 besteht darin, daß die Führungsstangen 14 und 15 der Ger4dfUhrungen mit zentralen Bohrungen 14* bzw. 15* versehen sind. Durch diese zentralen Längsbohrungen kann Schmieröl zugeführt werden. Dieses Schmieröl tritt durch radiale Abzweigungen 15" aus und ermöglicht eine leicht« Schmierung der Geradführungen. Wichtig dabei 1st, daß die Abzweigungen 15" nur in dem stets von dem hin- und herbewegten Rahmen 4' bzw. 5* des Nachfuhrgetriebes umschlossenen Abschnitt der Führung»- stangen 14 bzw. 15 angeordnet sind.

Durch dl· obenbeschriebene Anordnung wird die Forderung nach

ausreichender Festigkeit der Triebwelle einwandfrei erfüllt. Dl·

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Well· kann praktisch ganz nach den speziellen Erfordernissen dee jeweiligen Rotationskolbenmotors gewählt werden. Die Fertigung der Triebwelle und des aufgesetzten Rotationskörpers ist außerordentlich einfach und es ist höchste PrIzission hinsichtlich des Nachdrehwiüt Jcels zwischen Kolben und Triebwelle sowie zwischen Kolben und Gehäuse erreichbar. Die Ungenauigkeiten durch das schädliche Spiel zwischen den Zähnen der verschiedenen Teile eines Zahn« radgetriebes sind völlig vermieden. Der Bauaufwand insgesamt ist wesentlich verringert. Auflerde« ist die Hontage von Triebwelle und Kolben in der Maschine wegen des möglichen Baukastenprinzips beträchtlich erleichtert.

12. Dez. 1972
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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. j Rotationskolbenmaschine der Trochoidenbauart alt einen die ^-^ Kolbenbewegungen erzwingenden, in Geradftthrungen laufenden Nachfuhrgetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Triebwelle i(l) der Maschine drehfest und exzentrisch zu ihr um das Haß der Trochoidenexzentrizität (E) versetzt ein zylindrischer Rotationskörper (2) angeordnet 1st und eine auf ihm drehbar gelagerte Hülse (3) als Träger für die drehfest mit ihr verbundenen Teile (4,5) des Nachfuhrgetriebes und für den Kolben (β) dient.

   2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zentrale, der Schmiermittelzufuhr dienende Bohrung (11) in der Triebwelle (1) mit zu den Lagerstellen führenden radialen Abzweigungen (12).

   3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Abzweigungen (12) Ringnuten (13) auf der Innenseite der Hülse (3) zugeordnet sind und von ihnen ausgehende Durchbohrungen (12*, 12**) der Hülse (3) und der mit ihr verbundenen Teile (4, 5) des Nachfttbrgetriebt· su deren Lagersteilen in den Bauteilen (4·,14 bzw. 5*,15) der GeradfUhrungen vorgesehen sind.

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   4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geradführungen als Führungsstangen (14,15) ausgebildet sind und die Durchbohrungen (12") der sie umschließenden Teile (4', 5') des Nachführgetriebes in spiralförmige Nuten Bünden.

   5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geradführungen als Führungsstangen (14,15) ausgebildet und mit zentralen Längsbohrungen (14·, 15') sowie mit davon ausgehenden radialen Abzweigungen (15") in dem stets vom hin- und herbewegten Teil (4*, 5*) des Uachführgetriebes umschlossenen Abschnitt versehen sind.

   6. Rotationskolbenmaschine nach einem der Aasprüeh 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (2) auf die Triebwelle (1) aufgeschoben und mit ihr drehfest verbunden ist.

   7. Rotationskolbenmaschine nach eimern der- Ansprteü» 1 - ©, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Hülse (3) mehrere Koiton (6, 6') in der gleichen Winkellage angeordnet sind.

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