DE2261670C3 - Geradführungsgetriebe für eine parallel- und Innenachsige Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart mit Kammeingriff - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Geradführungsgetriebe für eine parallel- und innenachsige Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart mit Kämmeingriff zwischen einem auf einem Exzenter drehbar umlaufenden epitrochoidalen Kolben und einem der zugeordneten äußeren Hüllkurve nachgebildeten Gehäusemantel.

Ein derartiges Geradführungsgetriebe ist aus dem DT-Gbm 66 06 995 bekannt. Der Kolben der bekannten Maschine, der die Form einer Ellipse, also einer Hypoirochoide aufweisi, ist dabei auf einem Exzenter drehbar gelagert und wird durch sich kreuzende Geradführungen und darin geführte Gleitelemente nachgeführt. Die nutenförmigen Geradführungen sind dabei seitlich in der Kolbenstirnwand und die Gleitsteine fest in der Gehäuseseitenwand angeordnet. Durch diese Ausbildung des Führungsgetriebes werden aber gleichsinnige Drehbewegungen von Kolben und Exzenterwelle hervorgerufen. Für einen Maschinentyp mit epitrochoidalem Kolben, bei dem entgegengesetzte Drehrichtungen gefordert werden, ist ein solches Führungsgetriebe nicht geeignet. Sollen bei der bekannten Maschine mehrere Kolben parallelgeschaltet werden, so ist als Lagerung für den Kolben kein Exzenter mehr möglich, sondern es müssen sich dann, wie in der Beschreibung der DT-Gbm ausgeführt;ist, die Nuterikreüze über die ganze Kolbcnlänge erstrecken und die Gleitstcine müssen hindurchgesteckt werden. Auch eine solche Ausbildung ist für den der Erfindung zugrundeliegenden Maschinenlyp nicht brauchbar.

Bei diesem bekannten Führungsgetriebe ist das Zentrum der Nachdrehteile auf einem Kurbelzapfen angeordnet in einer ähnlichen Weise wie das Plcüellager bei Kurbelwellen von Hubkolbenmaschinen. Eine derartige Anordnung ist aber auch fertigungstechnisch ungünstig und weist Schwierigkeiten hinsichtlich der mechanischen Festigkeit der Welle auf. Abkröpfungen der Triebwelle sollen vermieden werden, um eine durchgehende Welle zu erhalten, auf der nach dem Baukastenprinzip gegebenenfalls auch mehrere Kolben angeordnet werden können. Festigkeit und Präzision für den Betrieb einerseits und Einfachheit bzw. Kostenersparnis für die Fertigung andererseits sind wichtige Forderungen.

Ausgehend von den bekannten Geradfü!.rungsgetrieben für Rotationskolbenmaschinen lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem eingangs genannten Maschinentyp mit einem auf einem Exzenter drehbar umlaufenden epitrochoidalen Kolben das Führungsgetriebe und die zugehörige Triebwelle so zu gestalten, daß die oben erwähnten Nachteile vermieden und die einander entgegengerichteten Drehbewegungen von Kolben und Welle sichergestellt werden. Dabei soll die Welle bei einfacher Fertigung ganz nach üen Erfordernissen hinsichtlich Festigkeit ausgelegt werden können.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß bei einer Rotationskolbenmaschine in 2 :1-Trochoidenbauart auf dem Exzenter eine Hülse drehbar gelagert ist, welche den Kolben und zwei in axialem Abstand voneinander exzentrisch drehfest angeordnete Scheiben des Geradführungsgetriebes aufnimmt, welche drehbar in Gleiielementen gelagert sind, die in jeweils einer Radialebene bewegbar sind und deren beide Bewegungsbahnen in einem Winke! zueinander verlaufen. Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Geradführungen als Führungsstangen ausgebildet, die durch die Gleitelemente hindurchführen.

Nach dem Buch von F. Wankel »Einteilung der Rotationskolbenmaschinen«, 1963, bedeutet die Bezeichnung 2 :1 das Übersetzungsverhältnis des innenliegenden, also kleineren Eingriffskörpers zum außenliegenden, also größeren Eingriffskörper. Das bedeutet im vor'iegenden Fall, daß der inne.iiiegende Eingriffskörper, also der Kolben, einer Epitrochoide nachgebildet ist, bei der das Radienverhältnis von Grundkreis zu Rollkreis 1 :1 beträgt.

Eine derartige Rotationskolbenmaschine ist z. B. in der DT-OS 14 5i 76i beschrieben.

Ein ähnliches Führungsgetriebe ist auch aus der US-PS 2 98 952 bekannt. Diese Patentschrift beschreibt eine Rotationskolbenmaschine, deren Gehäuseinnenform einer Epifochoide 1 :1 entspricht. Der Kolben stellt die innere Hüllkurve zur Trochoide dar. Er ist drehbar auf einem Exzenter gelagert und erhält seine Nachdrehbewegung durch kreuzförmige Geradführungen in Verbindung mit Gieitelementen. Bei dieser bekannten Ausführungsform sind die Gleitelemente am Gehäuse angeordnet und die Geradführungen drehen sich mit dem Kolben und bringen, sobald höhere Drehzahlen erf· Jerlich sind, ganz erhebliche Auswuchtprobleme mit sich. Ferner sind auch bei diesem Getriebe Drehrichtung von Exzenterwelle und Kolben gleichsinnig. |Ein solches Getriebe kann daher bei Maschinen mit, eirtem Kolben von der Form einer Epitrochoide'i : 1, wie sie für die Erfindung vorausgesetzt wird, nicht verwendet werden.

Aus der DT-PS 8 83 540 ist ein Getriebe zur Umsetzung von geradlinig hin und hergehenden Bewegungen in eine rotierende Bewegung bekannt, bei dem vom Prinzip der Ellipsen- bzw. Hypozykloiden-Er-

zeugung Gebrauch gemacht wird. Es werden dabei in den geradgeführten Getriebeteilcn gelagerte, gegeneinander versetzte und umgekehrt zum Drehsinn der Welle rotierende Scheiben verwendet. Die beiden Bewegungsbahnen des Geradführungsgelriebes brauchen dabei 5 bekanntlich nicht unbedingt senkrecht aufeinander zu stehen. Wichtig ist die Tatsache, daß ein derartiges Getriebe die für den der Erfindung zugrundeliegenden Maschinentyp nötigen entgegengesetzten Drehbewegungen liefert. In der Praxis wurden derartige Getriebe bei F'ibkolbenmaschinen eingesetzt, um die geradlinigen Kolbenbewegungen in eine Drehbewegung umzusetzen.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die als Exzenterwelle ausgebildete Ts icbwHie in ihren Abmessungen nicht mehr durch die Teilki '·■ von Zahnrädern begrenzt ist. Die Abmessiing.n di ilxzenterwelle und ihrer Lagerungen im ίiehat' ■<· können ganz den Erfordernissen der Festic'.cL entsprechend gewählt wurden. Ein weiterer tvcsenilicher Voncil dieser Ausbildung liegt Jjrin, daß jetzt auch durch eine zentrale Bohrung !.. der Exzenterwelle Schmieröl zugeführt und radial durch Fliehkraft verteilt werden kann. Auf die'-e Weise ist nicht nur Schmierung, sondern auch Kühlung durchführbar. Schmieröl bzw. Kühlöl sind bis zu den Lagerstellen der Hülse und des Geradführungsgetriebes durch eine zentrale Bohrung mit radialen Abzweigungen sehr leicht zu führen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Rotationskolbenmaschine,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 11/11 in Fi g. I mit den Teilen des Nachführgeiricbes.

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie lll/lll in F i g. 1 mit dem Arbeitsraum und dem Kolben und

F i g. 4 eine Weiterbildung der F i g. I mit zwei Kolben.

Aus Fi g. 1 ist die durchgehende Exzenterwelle I mit ihrer Mittelachse M_w zu erkennen. Auf ihr ist als Exzenter 2 ein zylindrischer Rotationskörper angeordnet. Die Mittelachse des Exzcnlers 2 ist mil Mk bezeichnet. Die beiden Mittelachsen von Exzenterwelle 1 und Exzenter 2, d. h. die Achsen M_v und M_k verlaufen parallel und sind gegeneinander um das eingezeichnete Maß der Trochoidenexzentrizität H versetzt. Mk stellt zugleich auch die Kolbenmitic dar. Die Exzenterwelle ist im Gehäuse 10 an den beiden 1 .agerstelien 10' in nicht näher dargesteü'er Weise gelagert. Auf dem Exzenter ist eine Hülse 3 drehbar gelagert. Auf ihr sitzen fest die Scheiben 4 und 5 des Geradführungsgetricbes sowie der Kolben 6. Der Kolben hat die form einer Epitrochoide 1 · 1. Diese Teile, d.h. das Geradführungsgeiriebe und

der KOIDCn Können uciapiciavvui-»- uuim rv*.n\. ^ ,,,.ι v.w.

Hülse J drehfest verbunden sein. Im Gehäuse 10 sind ferner noch die Radialdichtleistcn 7 angedeutet, die sich dichtend gegen die Stirnseite des Kolbens 6 anlegen. Außerhalb des Gehäuses 10 bind Schwungschcibcn 9 fest auf der Exzenterwelle 1 angeordnet.

Die Exzenterwelle 1 enthält eine zentrale Bohrung 11, durch die Schmieröl bzw. Kühlöl zugeführt werden kann. Von dieser zentralen Schmiermittelbohrung ausgehend führen radiale Abzweigungen 12 zu den Lagerstein 10' im Gehäuse 10 und an die Lagerstein zwischen Exzenter 2 und Hülse 3. Von Ringnuten 13 auf der Innenseite der Hülse 3 ausgehend führen weitere Durchbohrungen 12' und 12" durch die Hülse 3 und durch die Scheiben 4 bzw. 5 des Geradführungsgetriebes hindurch über Ringnuten {3' bis zu deren Lagerungen in den Gleitelementen 4' bzw. 5' des Geradführungsgetriebes. Wie am Beispiel der Scheibe 5 gezeigt ist, können auch noch die Gleitelemente 5' Bohrungen aufweisen, der Art, daß Schmieröl bis zu den Führungsstangen 15 gelangen kann.

Die Wirkungsweise des Geradführungsgelriebes ist nachstehend anhand der F i g. 1 und 2 erläutert.

Auf der Hülse 3 sitzt drehfest mit ihr verbunden eine Scheibe 4 von kreisrunder Form. Die Scheibe 4 ist in einem zugehörigen rahmenförmigen Gleitelement 4 drehbar gelagert. Entsprechend ist eine Scheibe 5 in einem zugehörigen Gleilelement 5' angeordnet. Das Gleitelement 4' ist in einem Führungsstangenpaar 1" verschiebbar gelagert. Die Verschieberichiung liegt parallel zur Achsrichtungyn_u. Beispielsweise rechtwinklig zur soeben genannten auf- und abgehenden Bewegung, also parallel zur eingezeichneten Achsenrichtung ahu. ist das Gleitciement 5' in einem Führungsstangenpaar 15 hin und her verschiebbar. Diese Verschieberichtunf ist wieder durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet. Die Achsrichiungen .Μmund >-_Mu bezeichnen die Achsrichtungen der Hüllkurve zur Trochoidc. Anstalt der Führungsstangenpaare 14 bzw. 15 genügt unter Umständen jeweils auch eine Führungsstange 14 bzw. 15 allein für eine exakte Führung der hin- und her bewegten Teile. D'e Mittelpunkte der Scheiben 4 und 5 sind gegenüber der Mittelachse M_k des Exzenters 2 nach entgegengesetzten Richtungen hin um das Maß derTrorhoidenexzentnzität E verschoben. Die Mittelpunkte der Scheiben 4 bzw. 5 sind in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nicht besonders dargestellt. Duch die geradlinige Hin- und Herbewegung der Gleitelemente 4' bzw. 5' in der ΛΗ,,-Richtung bzw. in der j^,_ü-Richtung ergibt sich eine Drehbewegung des Exzenters 2 und damit auch der Exzenterwelle 1. Die Rotation erfolgt mn die Achse M» in der eingezeichneten Pfeilrichtung DX. Hierbei dreht sich die au! dem Exzenter 2 drehbar gelagerte Hülse 3 mit den Scheiben 4 bzw. 5 in entgegengesetzter Richtung. Diese Drehrichtung ist durch den Pfeil D/ angedeutet.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die Arbeilsraume^ K₁1 und Ku' einer Rotationskolbenmaschine mit dem darin befindlichen Kolben 6. Die äußere Begrenzung der Arbeitsräume wird durch die Hüllkurve 16 dargestellt. Der Umriß der Exzenterwelle 1 ist gestrichelt innerhalb des Exzenters 2 angedeutet. Infolge der festen Verbindung von Kolben 6 und Hülse 3 mittels Keil 8 dreht auch der Kolben 6 in der gleichen Richtung Dl wie die Scheiben 4 und 5. Die eingezeichneten Drehbewegungen Dl der Exzenterwelle 1 und Dl des Kolbens 6 stellen gerade die für den hier betrachteten Maschip.entyp vichiigf pr/wungenc Relativbewegung dar.

Die Ausbildungsform der Fig.4 entspricht im wesi.itlichen der Fig. 1. jedoch ist hier auf der durchgehenden Exzenterwelle 1 eine längere Hülse angeordnet und auf ihr ein weiterer Kolben 6' aufgesetzt. Der Kolben 6' nimmt genau die gleiche Winkellage wie der Kolben Q ein. Es lassen sich also mittels einer durchgehenden Exzenterwelle 1 und einem einzigen gemeinsamen Geradführungsgetriebe mit den Scheiben 4 und 5, mit deren Gleitelementen 4' und 5' sowie ihren Führungsstangcn 14 bzw. 15 mehrere Kolben steuern. Eine weitere Abwandlung der F-ig.4

besteht darin, daß die Führungsstangen 14 und 15 der Geradluhrungen 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 leichte Schmierung der Geradführungen. Wichtig dabei ist. daß die Abzweigungen f 5" nur in dem stets von dem hin- und herbewegten Glcilclcmcnt 4' bzw. 5' des Nachfuhrgctriebe.v umschlossenen Abschnitt der Föhrungsstangcn 14 bzw. 15 angeordnet sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Geradführungsgetriebe für eine parallel- und innenachsige Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart mit Kämmeingriff zwischen einem auf einem Exzenter drehbar umlaufenden epitrochoidalen Kolben und einem der zugeordneten äußeren Hüllkurve nachgebildeten Gehäusemantel, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Rotationskolbenmaschine in 2 : I-Trochoidenbauart auf dem Exzenter (2) eine Hülse (3) drehbar gelagert ist, welche den Kolben (6) und zwei in axialem Abstand voneinander exzentrisch drehfest angeordnete Scheiben (4, 5) des Geradführungsgetriebes aufnimmt, welche drehbar in Gleitelementen (4^f, 5') gelagert sind, die in jeweils einer Radialeben° bewegbar sind und deren beide Bewegungsbahnen in einem Winkel zueinander verlaufen.

2. Geradführungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geradführungen als Führungsstangen (14,15) ausgebildet sind, die durch Gleitelemtnte (4'. 5') hindurchführen.

3. Geradführungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Hülse (3) mehrere Kolben (6, 6') in der gleichen Winkellage angeordnet sind.

4. Geradführungsgetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zentrale. c¹ .*r Schmiermittelzufuhr dienende Bohrung (11) in der Exzenterwel-Ie (1) mit zu den Lagerstellen der Hülse (3) und des Geradführungsgetriebes (4, 4'. 5, 5') führenden radialen Abzweigungen (12).