DE2306225B2 - Steuerung einer parallel- und innenachsigen Kreiskolbenmaschine - Google Patents

Description

Nabe (14) den Zahnkranz (13) und den Exzenter ist aus der US-PS 3 364 907 bekannt.

(18) aufnimmt. Zur Gewährleistung eines jederzeit vollständigen

3. Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 30 Anliegens der Steuerscheibe an ihrem Gleitspiegel zeichnet, daß die Einlaßleiti'ng(23) ringförmig ist kann eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung und von der Steuerscheibe (15) im Bereich der darin bestehen, daß die Steuerscheibe auf einer Nabe Grenzfläche zwischen Nabe (»4) und Steuerscheibe mit kugelförmiger Umfangsfläche geringfügig schwenk-(15) begrenzt ist und daß in der Grenzfläche durch- bar sowie mittels einer Gleitfeder drehfest angeordnet gehende Nuten (32) vorgesehen sind. 35 ist und daß die Nabe den Zahnkranz und den Exzenter

4. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- aufnimmt.

zeichnet, daß die Auslaßleitung (25) ringförmig ist Eine andere Weiterbildung der Erfindung kann

und von dem Umfang und teilweise von der dem darin bestehen, daß die EinlaiJleitung ringförmig ist

Kolben (2) abgewandten Seite der Steuerscheibe und von der Steuerscheibe im Bereich der Grenzfläche

(15) begrenzt ist. 40 zwischen Nabe und Steuerscheibe begrenzt ist und

5. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- daß in der Grenzfläche durchgehende Nuten vor-Eeichnet, daß die dem Kolben (2) zugewandte Ab- gesehen sind. Durch diese Maßnahme wird gewähr-Stützfläche der Steuerscheibe (15) an einem auf leistet, daß der Druck des von der Maschine kompridem Seitenteil (4) aufgebrachten Reibspiegel (16) mierten Gases oder des Antriebsmittels so auf die Nabe aus synthetischem Werkstoff auf der kombinierten 45 und die Steuerscheibe einwirken, daß diese ihrerseits Grundlage von Teflon und Graphit anliegt. gegen ihren Gleitspiege! gedrückt wird. Über die

6. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- durchgehende Nuten erfolgt der Eintritt des Arbeitszeichnet, daß ein Verteilergehäuse (22) die ring- mittels in den Arbeitsraum.

förmige Auslaßleitung (25) enthält, die konzen- Die Auslaßleitung wird zweckmäßigerweise ring-

trisch zur ringförmigen Einlaßleitung (23) verläuft, 50 förmig gestaltet und so angeordnet, daß sie von dem

die ihrerseits konzentrisch zu einem Wälzlager (7) Umfang und teilweise von der dem Kolben abgewand-

der Mittelwelle (S) angeordnet ist, wobei kreis- ten Seite der Steuerscheibe begrenzt ist. Auf diese

förmige Dichtungsringe (35) Einlaß- und Auslaß- Weise wird die Steuerscheibe gekühlt,

leitungen (23, 25) voneinander trennen. Um eine Schmierung des Gleitspiegels entbehrlich

55 zu machen, kann eine andere weiterbildende Maßnahme der Erfindung darin bestehen, daß die dem

_________ Kolben zugewandte Abstützfläche der Steuerscheibe

—·*·■—— an einem auf dem Seitenteil aufgebrachten Reibspiegel

aus synthetischem Werkstoff auf der kombinierten

60 Grundlage von Teflon und Graphit anliegt. Es hat

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung einer sich gezeigt, daß derartige Werkstoffe verwendet

parallel- und innenachsigen Kreiskolbenmaschine mit werden können, weil die ArbeitsmiUeltemperatur bei

Kämmeingriff zwischen einem Mantel, der von Ein- diesen Maschinen immer unterhalb von 200⁰C bleibt,

und Auslaßöffnungen aufweisenden Seitenteilen be* Eine besonders raumsparende Konstruktion kann

grenzt ist, und eitlem auf einem Exzenter einer Ex- 65 man dadurch erzielen, daß ein Verteilergehäuse die

zenterwelle drehbar gelagerten Kolben, dessen Um- ringförmige Auslaßleitung enthält, die konzentrisch

lauf* und Drehbewegung veranlaßt wird durch ein zur ringförmigen Einlaßleitung verläuft, die ihrerseits

Fühftingsgetriebej bestehend aus einem öiit dem konzentrisch zu einem Wälzlager der Mittelwelle an-

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geordnet ist, wobei kreisförmige Dichtungsringe Ein- Auf die Achse 0O₉ des Rotors ist das Ritzel / mit

laß- und Auslaßleitungen voneinander trennen. dem Teilkreishalbmesser 3 · E gekeilt. Dieses Ritzel

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist die kämmt mit dem Hohlrad g, dessen TeilkreisUlb-

Steuerscheibe vom Kolben unabhängig und einer messer 4 · E beträgt und der an dem Stator befestigt

kreisförmigen Schwingbewegung mit verhältnismäßig 5 ist. Es ist bekannt, daß die Drehung der Hauptwelle

kleiner Amplitude unterworfen. Der Hauptvorteil des a_s-a_t mit der Geschwindigkeit ω eine Drehung des

Erfindungsgegenstandes besteht somit darin, daß die Rotors um die Achse OO_t mit der Geschwindigkeit

Steuerscheibe eine halbmondförmige schwache Reib- ω/3 zur Folge hat, wodurch die Änderung des VoIu-

bewegung ausführt und nur wenig Reibungsenergie mens der Arbeitskammern C bestimmt wird,

verbraucht. io Die Achse OO_Z ist bis O₄ und das Ritzel / bis /,

Zur Erläuterung der kinematischen Verhältnisse verlängert; der Teilkreis des Ritzels /, hat somit den

wird folgendes ausgeführt: An dem Kolben ist ein gleichen Radius 3 · E wie der Teilkreis des Ritzels /

Ritzel mit KN Zähnen angebracht, wobei N die Zahl und die gleiche Keilverbindung, eben ein Parallel-

der achsfernen Bereiche des Kolbens bedeutet und K schnitt desselben Ritzels,

eine ganze Zahl ist, wobei das Ritzel mit einem am 15 Mit /, läßt man einen zweiten Zahnkranz g, von Seitenteil fest angebrachten Hohlrad von K-(N -\-I) gleichem Teilkreishalbmesserg, also A-E kämmen, Zähnen kämmt. Der Kolben hat gegenüber der ohne zunächst die Lage des Mittelpunkts / des Zahn-Mittelachse eine Exzentrizität mit dem Betrag kranzes zu definieren. Die Exzentrizität O₄/, des Zahnkranzes ist gleich E. wie auch 0₄α, und Oa, somit gilt £_= _M K-(N+I)-KN _ MK

2 " 2 ' O₄/, = E = O₄O₄ = Oa.

wobei M der Verzahnungsmodul ist. Die Versahnung In der zu der Achse a₅a„ senkrechten EL?ne kann

der KN Zähne des Kolbens ist verlängert, um sie mit O₄/, im Bereich von 360° jede Winkellage um O₄ an-

einem Zahnkranz gleichen Durchmessers wie das 2,5 nehmen; für den Winkel I₁O^₁ kann jeder Winkel

Hohlrad, jedoch mit K · (N + 1) Zähnen in Eingriff zwischen O und 360° gewählt werden; und in dem spe-

zu bringen. Wenn der Mittelpunkt des Zahnkranzes ziellen Fall eines gleichseitigen Dreiecks ΙιΟ_Λα_Α ergibt

auf der Maschinenachse gehalten wird, bleibt er wie sich

das Hohlrad, unbeweglich stehen. Wenn der Mittel- _ . * punkt des Zahnkranzes aber gegenüber der genannter 30 ^p " ^lü* ~ ^sin 2 ' Achse bei Aufrechterhaltung der Übersetzung verschoben wird, dreht er sich mit der Welle mit der Weiter dreht sich /,a₄ um die Achse a₄ mit der GeWinkelgeschwindigkeit ω, und alle Punkte des Zahn- schwindigkeit ω, ebenso wie das Dreieck /,O₄C₄ inskranzes beschreiben die gleichen kleinen Kreise mit gesamt, wobei es in einer senkrecht zu a_s-a_t verlauder Winkelgeschwindigkeit ω und einer Linearge- 35 fenden Ebene/verbleibt.

schwindigkeit, die um so geringer ist, je kleiner die Der Radius Z₁Zi oder jeder beliebige andere Radius

Verlagerung des Mittelpunktes ist. des Zahnkranzes g, bleibt während dieser Verlagerung

Der Zahnkranz führt eine Kreisbewegung aus. immer äquivalent zu sich selbst, so daß alie Punkte

Die Steuereinrichtung ist die Haltescheibe des Zahn- der (mit dem Zahnkranz g, starr verbundenen) Ebene/ kranzes. Sie wird ihrerseits in ihrem Mittelpunkt von +0 gleiche Kreise vom selben Radius mit ein und dereinem auf der Hauptwelle gelagerten Exzenter ge- selben Geschwindigkeit co beschreiben. Die Ebene/ halten, und da ihre Exzentrizität der genannten Ver- führt eine kreisförmige Translationsbewegung aus. Schiebung gleich in, führt sie die gleiche Kreisbewe- Für * =- O ist auch ρ = O, der Zahnkranz g, steht gung aus wie der Zahnkranz. fest wie das Hohlrad g und befindet sich in seiner Ver-

Die Steuereinrichtung besitzt (N + 1) Paare von 45 längerung. Die Ebene/ist unbeweglich. Wenn « = 180°

öffnungen — jeweils eine Eintrittsöffnung und eine ergibt sich ρ — IE, und die Amplitude der kreisför-

Austrittsöffnung — und jedes Paar befindet sich vor migen Translationsbewegung nimmt ebenso wie die

derjenigen Öffnung im Seitenteil, die die Verbindung Lineargeschwindigkeit ihren Höchstwert an. Aus der

mit der jeweiligen Arbeitskammer herstellt. F i g. 1 ergibt sich, daß der Wegfall der zweiten Ex-

Ein Ausführungsbeispiel der Steuerungseinrichtung so zentrizität mit dem Winkel * nur eine einzige Fxzen-

soll nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben trizität E eines einzigen, innerhalb eines ortsfesten

werden, die folgendes darstellt: Hohlrads bzw. Zahnkranzes (g, g,) rotierenden Ritzels

F i g. 1 ein perspektivisches schematisches Zerleg- (/, /,) herbeiführt. Die translatorische rotierende Be-

bild der Funktionskinematik der Steuerung, wegung der Ebene/ wird dann verschwinden.

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Ausf ührungs- 55 Man kann α so wählen, daß die Lineargeschwindig-

form einer Kompressoranordnung mit der Steuerungs- keit der Eben·, einen Kleinstwert erhält, wobei dann

einrichtung, eine Bewegungsamplitude beibehalten wird, die eine

F i g. 3 eine Ansicht der Steuerscheibe in F i g. 2 einwandfreie Steuerungswirkung gewährleistet, von

mit den Steueröffnungen. der weiter unten noch gesprochen wird.

F i g, 1 zeigt die Hauptachse ß_s-a_e der Maschine; 60 Da N = 3 und nachdem vier Arbcitskammern vordiese Achse ist gleichzeitig Achse der Antriebswelle handen sind, wird die Ebene/ in vier gleiche Sektoren

(Kompressor) oder Abnahmewelle (Motor) und Stator* aufgeteilt, deren jeder zwei Öffnungen Λ bzw. m auf* achse. Im vorliegendrn Fall ist beispielshalber eine weist, die ständig mit dem Fluideintritt bzw. dem

Vorrichtung mit N — 3 gewählt worden, das bedeutet, Fluidaustritt vor der Ebene in Verbindung stehet! und daß der Stator mit dem Mittelpunkt α vier Arbeits- 65 nacheinander die öffnung q der Leitung« der dem kammern C und der Kylben als Rotor mit dem Mittel- betrachteten Sektor der Ebene entsprechenden Ar* punkt O drei achsferne Bereiche d mit einer Exzen- beitskammer verschließen oder freigeben.

Oa = E besitzt. Gemäß F i g. 2 besteht der Kompressor aus einem

Mantel 1, der die in F i g. 1 mit C bezeichneten Ar- F i g. 2 zeigt die Arbeitskammer 27 in dem Zustand, beitskammern aufweist, einem als Kolben wirksamen in dem sie den maximalen Rauminhalt hat, nachdem Rotor 2, der die in F i g. 1 mit d bezeichneten achs- die Steuerscheibe 15 soeben die Verbindung der Ausfernen Bereiche aufweist, dem Seitenteil 3 und dem laßöffnung 28 mit einer Einlaßöffnung 29 (F i g. 3) Seitenteil 4. ^{5 vor} der Verdichtungs- und Förderphase verschlossen

Die Mittelwelle 5 mit der Achse a₆-a_e ist in Wälz- hat. Der diametral gegenüberliegende Raum, der volllagern 6 und 7 gelagert, die von dem Seitenteil 3 und kommen von dem Verdrängungskörper des Kolbens dem Verteilergehäuse 22 aufgenommen sind. Die erfüllt ist, und die Ausströmöffnung 30 werden abWelle trägt einen Exzenter 40 mit der Achse O₁O₂ gedeckt, um der benachbarten Einlaßöffnung 29 Platz (F i g. 1), um den der Rotor 2 mit seiner Lagerbüchse io zu machen. Die beiden anderen, senkrecht hierzu an-10 umläuft. An ihren beiden Enden weist die Mittel- geordneten Arbeitskammern, die in F i g. 2 nicht welle 5 Gegengewichte zum Massenausgleich des ex- erkennbar sind, sind spiegelgleich geregelt, der eine zentrischen Rotors auf. Ein Gegengewicht 8 ist in die in die Kompressions- und Ausstoßphase, der andere Antriebsscheibe eingebaut, das andere auf der Gegen- in die Einlaßphase. Die Verbindung der Einlaßöffnung seite ist mit dem Bezugszeichen 9 versehen. »5 29 mit der ringförmigen Einlaßleitung 23 erfolgt über

Das (in F i g. 1 mit /bezeichnete) Ritzel 11 mit dem einen Ringkanal 31 und durchgehende Nuten 32, die Radius 3 ■ E ist über die Lagerbuchse 10 mit dem in die Trennfläche zwischen Steuerscheibe 15 und Rotor 2 starr verbunden. Es kämmt einerseits mit dem Nabe 14 geschnitten sind. Die Verbindung der Aus-Hohlrad 112 vom Radius 4 · E (in F i g. 1 mit g be- sKrömöffnung 30 mit der ringförmigen Auslaßleitung25 zeichnet), der mit dem Seitenteil 4 starr verbunden ist ao erfolgt über eine ringförmige Umfangsnut 33 der und daher feststeht, und andererseits mit dem Zahn- Steuerscheibe 15.

kranz 13 vom Radius 4 · E (in F i g. 1 mit g_t be- Das öffnen und Schließen der öffnungen 29 und 30

zeichnet), der mit der Nabe 14 der Steuerscheibe 15 wird durch die relative Amplitude und Orientierung

starr verbunden ist, wobei die Steuerscheibe 15 mittels des Exzenters 18 und der Exzentrizität von Lager-

ihrer Gleitfeder 17 um den Exzenter 18 (mit der 15 büchse 10 und Ritzel 11 des Rotors 2 gegenüber der

Achse /,/, nach F i g. 1) der Welle 5 umläuft. Drehachse der Mittelwelle 5 geregelt.

Die Bewegung der Nabe 14 ist eine kreisförmige Das Auftreten einer Bewegung in zwei Dimensionen

Translationsbewegung; alle Punkte von 14 beschreiben und das Gewinnen der optimalen Amplitude durch

Kreise mit dem Radius l_xa_A. die Wahl des Winkels λ ergibt eine erhebliche Freiheit

Die Steuerscheibe 15 ist auf der Nabe 14 mittels 30 bei der Anordnung der Öffnungen, wodurch beste

einer Gleitfeder zwar drehfest, aber gleitbar gelagert, Verteilungseigenschaften bei minimaler Drosselwir-

was dieser Scheibe geringe Schwenkbewegung auf der kung erzielt werden.

kugelförmigen Umfangsfläche 20 der Nabe 14 ge- Die geringe Relativgeschwindigkeit der gegenseitig

stattet. Die Steuerscheibe 15 stellt das eigentliche Reibung ausübenden Flächen gestattet es, bei be-

Steuermittel dar. Ihre Anbringung auf der Nabe 14 35 stimmten Anwendungsfällen den Reibspiegel 16 aus

bezweckt, ihr die freie Anlage an dem starr mit dem synthetischem Material mit guten Reibungsverhält-

Seitenteil 4 verbundenen Reibspiegel 16 zu ermög- nissen, etwa auf der kombinierten Grundlage von

liehen. Natürlich ist, abgesehen von der ganz gering- Teflon und Graphit herzustellen; das gleiche gilt für

fügigen Hin- und Herbewegung in axialer Richtung, die verschiedenen seitlichen Dichtungen 34 zur Ab-

die Bewegung der Steuerscheibe 15 in der Radialebene 40 dichtung des Rotors 2 und die Dichtungsringe 35 zur

(Fig. 1) die gleiche wie die der Nabe 14, d.h. eine Abdichtung der Nabe 14, wodurch jegliche Schmierung

kreisförmige Translationsbewegung. dieser Bereiche und damit die Verunreinigung des

Ein Schutzkasten 21 deckt den Ausgang der Mittel- komprimierten Fluids entfällt,
welle 5 und das Gegengewicht 9 ab. Die kreisförmige Translationsbewegung, die einem

Auf dem gegenüberliegenden Seitenteil 4 ist ein 45 Schleifvorgang ähnlich ist, bietet die Möglichkeit, zu-

Verteilergehäuse 22 angeordnet, das eine ringförmige fällige Kratzer in dem Reibspiegel 16 /u beseitigen,

Einlaßleitung %3 und deren Einlaß 24 aufweist, wäh- die durch feste Verunreinigungen entstehen könnten,

rend eine konzentrische ringförmige Auslaßleitung 25 um auf diese Weise eine gute Abdichtung aufrecht-

vam Rand der Steuerscheibe 15 and von einem Teil verhalten.

ihrer Rückseite begrenzt wird, am deren Kühlung 5» Diese Dichtheit wird ebenfalls gewährleistet, indem

und den Andruck durch Ventilwirkung zu ermöglichen. die Steuerscheibe 15 durch Ventilwirkung gegen der

Gewindebolzen 26 halten die aufeinandergelegten Reibspiegel 16 gedrückt gehalten bleibt. Beim An

Teile 21,3,1,4 und 22 zusammen und ermöglichen ein laufen reicht der einfache Druck des dem Reibspiegel If

leichtes und schnelles Demontieren der ganzen Anord- gegenüberliegenden Dichtungsringes 35 auf die Steuerrrang, so daß alte Bauteile gut erreichbar sind. 55 scheibe 15 aas, um sein Anliegen aufrechtzuerhalten

Wenn die Anlage als Kompressor arbeitet, versetzt was anschließend durch den Förderdruck bewirk!

die Riemenscheibe die Mittelwelle 5 in Drehung. wird. Der Ausgleich dieses Drucks zur Herabsetzunj

Deren Exzenter und die Zahnradübersetzimg von der Reibungsverluste kann durch die Dimensionierunj

Hohlrad 12 und Ritzel 11 treiben den Rotor 2 in der Druckflächen herbeigefahrt werden,
seinem zugeordneten Lager innerhalb des Mantels 1. 60 Die Form der Ausströmöffnung 30 ist so gewählt

Die zu komprimierende Luft oder das zu komprimie- daß ihr Öffnen erst beginnt, wenn ein in der Nähe de

rende Fltrid wird nacheinander angesaugt, kompri- Förderdrucks liegender Druck in der Arbeitskamme

fliiert and aus jeder Arbeitskammer 27 innerhalb des 27 erreicht ist, um höchsten Wirkungsgrad zu erzielen

Mantels durch eine einzige Auslaßöffnang 28 ausge- Entsprechend wird die gleiche Ausströmöffnung 30 stoßen, cue das Seitenteil 4 und den Reibspiegel 16 65 wenn die Maschine als Motor arbeitet, so aasgelegt

durchsetzt. daß das gewählte Ausdehnungsverhältnis gesichert ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Kolben verbundenen Ritzel und einem mit einem Patentansprüche: Seitenteil verbundenen Hohlrad, wobei die Steuerung des Arbeitsmittelein- und -auslasses aber eine seitlich

1. Steuerung einer parallel- und innenachsigen vom Kolben angeordnete und Durchtrittsöffnungen Kreiskolbenmaschine mit Kämmeingriff zwischen s aufweisende, umlaufende Steuerscheibe erfolgt.
einem Mantel, der von Ein- und Auslaßöffnungen Eine derartige Steuerung einer parallel- und innenaufweisenden Seitenteilen begrenzt ist und einem achsigen Kreiskolbenmaschine ist aus der FR-PS Exzenter einer Exzenterwelle drehbar gelagerten 1 301 866 bekannt.

Kolben, dessen Umlauf- und Drehbewegung ver- Bei dieser bekannten Steuerung sind die Steueranlaßt wird durch ein Führungsgetriebe, bestehend 10 scheiben fest mit dem Kolben verbunden. Dadurch aus einem mit dem Kolben verbundenen Ritzel führen sie verhältnismäßig große Amplituden aus und und einem mit einem Seitenteil verbundenen Hohl- sind starkem Verschleiß unterworfen,
rad, wobei die Steuerung des Arbeitsmittelein- und Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auslasses über eine seitlich vom Kolben angeord- für eine Kreiskolbenmaschine obengenannter Art eine nete und Durchtrittsöffnungen aufweisende, um- 15 Steuerung vorzuschlagen, bei der unter Anwendung laufende Steuerscheibe erfolgt, dadurch ge- der speziellen Kinematik bei Kreiskolbenmaschinen kennzeichnet, daß die Steuerscheibe(15) zur Verschleißminderung die Amplitude aufeinander konzentrisch drehbeweglich auf einem zweiten, gleitender Teile möglichst klein ist
gegenüber dem ersten Exzenter (40) winkelver- Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, letzten Exzenter (18) gelagert und mit einem kon- 20 daß die Steuerscheibe konzentrisch drehbeweglich auf zentrisch angeordneten Zahnkranz (13) verbunden einem zweiten, gegenüber dem ersten Exzenter winkelist, der ebenfalls mit dem Ritzel (11) kämmt, versetzten Exzenter gelagert und mit einem konzen-

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- trisch angeordneten Zahnkranz verbunden ist, der zeichnet, daß die Steuerscheibe (15) auf einer ebenfalls mit dem Ritzel kämmt.

Nabe (14) mit kugelförmiger Umfangsfläche (20) 25 Die drehbewegliche Lagerung der Steuerscheibe

geringfügig schwenkbar sowie mittels einer Gleit- einer parallel- und innenachsigen Kreiskolbenma-

feder (19) drehfest angeordnet ist und daß die schine mit Kämmeingriff auf einem zweiten Exzenter