DE2419581C2 - Kolbenmaschine mit einer Ausgleichsmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einer derartigen, aus der DE-PS 5 69 217 bekannten Kolbenmaschine wird ein Massenausgleich für die Masse eines mittleren Kolbens dadurch angestrebt, daß symmetrisch zum mittleren Kolben zwei außen liegende Kolben vorgesehen sind. Die drei Kolben sind jeweils über eine Kolbenstange mit einem eigenen Gleitstück verbunden, und die drei Gleitstücke sind über Verbindungshebel sowie zweiarmige Hebel

■»5 derart miteinander synchronisiert, daß sich die beiden äußeren Kolben jeweils gegenläufig zu dem mittleren Kolben bewegen. Die an den äußeren beiden Gleitstükken in der Praxis auftretenden Schwingungen und Kippbewegungen führen zu Querkriften bezüglich der

■io stationären Führungen der Gleitstücke, die ihrerseits in Reibungsverlusten resultieren. Da die drei Gleitstücke abgesehen von der Hebelverbindung unabhängig voneinander sind, werden ferner die an den beiden äußeren Gleitstücken beim Betrieb auftretenden Schwingungen und Kippbewegungen nicht vollständig symmetrisch sein, so daß die verursachten unterschiedlichen Reibungskräfte zu einer dynamischen Asymmetrie führen, die den angestrebten vollständigen Masseausgleich stört.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß die an den äußeren Gleitstücken angreifenden Reibungskräfte und die dadurch bewirkten Verluste in den zwischen dem mittleren Kolben und den äußeren Ausgleichskolben übertragenen Kräfte erheblich sein können. Die Werte hängen vom Verhältnis der Hublünge des jeweiligen äußeren Kolbens zum Radius des zugehörigen Hebels ab. Ist dieses Verhältnis größer als 1, so können sehr erhebliche Seitenkräfte und Reibungsverluste auftreten.

Um solche Kräfte bei der bekannten Maschine zu vermeiden, dürfen daher die zweiarmigen Hebe! nicht zu kurz und gleichzeitig die Hublängen nicht zu groß sein. Beide Forderungen stellen konstruktionsmäßige Beschränkungen dar, weil sie trotz verhältnismäßig geringer Hublänge die äußeren Abmessungen der Maschine erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenmaschine mit konstantem Hub der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei kompakter Bauweise einen praktisch vollständigen Ausgleich sämtlicher innerhalb der Maschine auftretender Kräfte und Momente erreicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Danach enthalten sowohl das einzige vorhandene Gleitstück als auch die Ausgleichsmasse jeweils ein einheitliches starres Verbindungsteil, an dem Paare von symmetrischen Kraftübertragungselementen eines Getriebes angreifen. Auf diese Weise wirken die Querkräfte, die in dem die Ausgleichsmasse mit dem Gleitstück und gegebenenfalls dem oder den Kolben verbindenden Getriebe auftreten, jeweils symmetrisch auf das gleiche Bauelement ein, so daß die bei der oben erläuterten bekannten Maschine an den äußeren Gleitstücken unvermeidbaren Schwingungen und Kippbewegungen bei der erfindungsgemäßen Maschine vermieden sind. Dies hat zur Folge, daß mit relativ kurzen Übertragungselementen verhältnismäßig große Hublängen bewältigt werden können, so daß sich die erfindungsgemäße Maschine zusätzlich zu dem Vorteil eines verbesserten Massenausgleichs auch kompakter bauen läßt.

Aus der US-PS 35 01 088 ist eine Freikolbenmaschine bekannt, bei der ein Massenausgleich über ein in der Maschine vorgesehenes Getriebe erreicht wird. Freikolbenmaschinen der dort gezeigten Art weisen jedoch weder eine Kurbelwelle noch ein Gleitstück auf, so daß die Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt und die aus dem Vorhandensein eines Gleitstücks bei einer Kolbenmaschine mit festem Hub resultieren, dort nicht auftreten. Diese Druckschrift vermag daher keine Anregung für die erfindungsgemäße Lösung zu geben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsforni einer Kolbenmaschine mit konstantem Hub mit einem Ausgleichs- und Antriebsmechanismus, bei dem innere und äußere Zahnstangen und entsprechende, zwischen beiden liegende Zahnräder das Gleitstück und die Ausgleichsmasse verbinden und die äußeren Zahnstangen starr miteinander und schwenkbar mit dem Gleitstück verbunden sind und sich als Einheit in Längsrichtung mit diesem bewegen.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig.l.

Fig. 3 ist eine Darstellung ähnlich wie Fig.l und zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei &o der die inneren Zahnstangen schwenkbar mit dem Gleitstück verbunden sind und die äußeren Zahnstangen ein Teil der Ausgleichsmasse darstellen.

Fig. 4 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1 und zeigt eine Ausführungsform, bei der die Kurbelwelle zwi- t>5 sehen der Schwenkverbindung des Pleuels mit dem Gleitstück einerseits und den inneren und äußeren Zahnstangen und der Ausgleichsmasse andererseits liegt.

Fig. 5 ist eine teilweise schematische Darstellung eines Zweikammer-Kompressors mit dem Ausgleichsund Antriebsmechanismus, bei dem die Kompressionskammern in Längsrichtung auf entgegengesetzten Seiten der Kurbelwelle im Abstand liegen und da;. Gleitstück als Einheit mit beiden Kolben hin- und hergeht, wobei die Ausgleichsmasse lediglich einen Ausgleich an einem Punkt zwischen der Kurbelwelle und einem der Kolben schafft.

Fig.6 ist eine Darstellung ähnlich wie Fig.5 und zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein ausgeglichener Zweikammer-Kompressor einen einzelnen Kolben aufweist, der mit zwei entgegengesetzten Arbeitsflächen versehen ist, die einen einzigen Kompressionszylinder in zwei Kompressionskammern unterteilen, wobei der Kolben als Gleitstück dient und direkt durch das Pleuel der umlaufenden Antriebswelle angetrieben wird, die im Abstand auf einer Seite des Kolbens liegt, während die Ausgleichsmasse im Abstand auf der anderen Seite der Anordnung aus Kolben und Gleitstück jenseits des Kompressorzylinders liegt.

F i g. 7 ist eine teilweise schematische Darstellung mit einigen im Schnitt gezeigten Teilen und veranschaulicht einen ausgeglichenen Mehrkammerkompressor und einen Antriebsmechanismus mit einer Ausführungsform eines Getriebes zwischen dem Gleitstück und der Ausgleichsmasse.

F i g. 8 ist ein Schnitt entlang der Linie 8-8 in F i g. 7. F i g. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie 9-9 in F i g. 7. Fig. 10 ist eine Darstellung ähnlich Fi g. 7 und zeigt eine andere Ausführungsform ei;ies ausgeglichenen Mehrkammerkompressors.

Fig. 11 ist eine teilweise schematische Darstellung ähnlich Fig. 7 und zeigt eine andere Ausführungsform eines Getriebes zwischen dem Gleitstück und dem Ausgleichsgewicht.

Fig. 12 ist eine Teilansicht einer abgewandelten Ausführungsform im Vergleich zu F i g. 10.

Die Erfindung ermöglicht eine große Anzahl von Ausführungsformen mit einer Form eines verbesserten Ausgleichgewichts- und Antriebsmechanismus für Kolbenmaschinen mit konstantem Hub. die in verschiedenen schematischen Variationsformen in Fig.l bis 4 gezeigt ist.

Fig. 1 zeigt einen ausgeglichenen Antriebsmechanismus 101, bei dem ein erstes bewegliches Glied, das als Gleitstück 58 dient, im Sinne einer geradlinigen Längsbewegung entlang einer gewünschten Achse innerhalb eines Längs-Führungsgehäuses 42 gehalten ist, das ebenfalls als Kompressor- oder Antriebs-Zylinder 104 dienen kann. Das Gleitstück 58 ist über einen Pleuel 67 mit einem Kurbelzapfen 71 verbunden. Ein Ende 69 des Pleuels ist auf dem Kurbelzapfen 71 der ausgeglichenen Kurbelwelle 72 schwenkbar gelagert, und das andere Ende 68 ist schwenkbar auf der Achse 57 an dem Gleitstück 58 befestigt. Die Kurbelwelle 72 weist ein Ausgleichsgewicht 75 auf, dessen effektives Massenzentrum im Winkelabstand von 180° gegenüber dem Einfachhub-Kurbelzapfen 71 liegt. Als Einheit mit dem Gleitstück 58 bewegt sich in Längsrichtung ein erstes Teil eines Getriebes 31, das das Gleitstück 58 und ein entgegengesetzt bewegliches zweites Teil verbindet, das als Ausgleichsmasse dient und wenigstens eine AcIi^e 29 umfaßt. Dieses erste Teil des Getriebes umfaßt einen äußeren Zahnstangenbereich mit äußeren Zahnstangen 48 und 49, die starr miteinander durch einen Rahmen bzw. Wände 51 und 52 (F i g. 2) verbunden sind

und mit dem Gleitstück 58 durch Ansätze oder Platten 56 und die Achse 57 in Verbindung stehen.

Die Wände 51 und 52 bilden eine starre Verbindung zwischen den äußeren Zahnstangen 48 und 49 an einer Stelle, die unmittelbar angrenzend und seitlich neben zwei drehbaren oder hin- und hergehenden Zahnrädern 34 und 36 liegt, die drehbar auf Achsen 37 und 38 gehalten werden, die sich etwa quer zur Bewegungslängsachse des Gleitstücks 58 und der Achse 29 der Ausgleichsmasse erstrecken. Die durch die vorderen und hinteren Wände 51, 52 gebildete starre Rahmenkonstruktion hat zur Folge, daß eine Kraft, die bestrebt ist, die Zahnstange 58 nach links in Fig. I zu bewegen und dadurch entstehen kann, daß beispielsweise die Zähne des Zahnrades 34 in die Zähne der Zahnstange 48 eingreifen, durch Eingriff zwischen den in entgegengesetzte Richtung vorspringenden Zähnen der anderen Zahnstange 49 in die nach außen vorspringenden Zähne des anderen Zahnrades 36 neutralisiert oder ausgeglichen wird. Auf diese Weise bilden die Zahnstangen 48 und 49 eine Art von schwimmender Eingriffshalterung für die Zahnräder (beispielsweise Ritzel) 34 und 36 und erfordern keine Reibungsabstützung an den inneren Oberflächen des Zylinders oder Führungsgehäuses 42. Andererseits ist ein bestimmter Abstand vorgesehen zwischen den Zahnstangen und dem Führungsgehäuse, wie aus Fig. 2 hervorgeht, so daß die schwimmende Halterung in geeigneter Weise frei beweglich ist.

Wie weiter aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, sind die Wände 51 und 52 mit Längsschlitzen 53 versehen, die eine hin- und hergehende Bewegung der Wände und der diesen zugeordneten Zahnstangen in bezug auf die Achsen 37 und 38 gestatten, die sich nach außen durch die jeweiligen Platten 51 und 52 hindurch in geeignete Querstege 39 und 41 erstrecken (F i g. 2).

Auf diese Weise werden die Achsen 37 und 38 in geeigneten Öffnungen in den vorderen und hinteren Querstegen 39 und 41 gehalten, die sich von einer seitlichen Wand des Führungsgehäuses zur anderen erstrecken. Das Führungsgehäuse 42 weist weiterhin -to Öffnungen 54 auf, die mit den Achsen 37 und 38 ausgerichtet sind, so daß diese Achsen während der Montage oder Demontage des Getriebes, das die verschiedenen Zahnstangen und Zahnräder 34 und 36 umfaßt, ein- und ausgebaut werden können.

Das Getriebe weist weiterhin einen inneren Zahnstangenbereich 30 am unteren Ende der in Längsrichtung hin- und hergehenden Achse 29 auf, der im ßeispielsfall als Doppel-Zahnstange mit zwei entgegengesetzt nach außen gerichteten Zahnstangen 32 und 33 so dargestellt ist. die in die nach innen vorspringenden Zähne der beiden seitlich im Abstand liegenden "7 η \λ rt r-H A at· ΊΑ iir»i-i *?A oinrrroifon

Dieser Ausgleichs- und Antriebsmechanismus ist derart aufgebaut, daß die jeweiligen inneren und äußeren Zahnstangenbereiche und die jeweiligen Gleitstück- und Ausgleichsteile, die einander zugeordnet sind uiid sich in Längsrichtung als eine Einheit wenigstens als ein Teil der Zahnstangenbereiche bewegen, stets in genau entgegengesetzte Längsrichtung entlang der Längsachse der Maschine und mit gleichen Schritten in jedem Falle während des Betriebes der Maschine bewegt werden.

Wenigstens ein Kolben mit wenigstens einer Arbeitsfläche, der als Arbeits- oder Antriebsglied dient, kann dem Gleitstück 58 oder der Achse 29 oder beiden zugeordnet sein, wie beispielsweise in gestrichelten Linien unier der Bezugsziffer 102 und 103 gezeigt ist.

Wenn die Teile 102 oder 103 die Kolben der Kolbenmaschine bilden, kann der Zylinder 104 geeignete Ventile, Durchlässe oder andere notwendige Elemente aufweisen.

In F i g. 1 ist das Teil 102 als Kolben gezeigt mit einer oberen Kolbenfläche 102;j. Der Kolben ist mit Ansätzen 46 und 47 mit dem äußeren Zahnstangenbereich und den Wänden 51 und 52 verbunden. Das Teil 103, das in Fig. 1 ebenfalls als Kolben dargestellt ist, weist Kolbenflächen 103a und 1036 auf und ist insgesamt an der Achse 29 befestigt.

Die Kolben 102 und 103 bilden einen Zwischenraum, der als Kompressionskammer 17 dienen kann, wobei die Kolbenflächen 102a und 1036 die unteren und oberen Wände der Kompressionskammer bilden und sich jeweils in entgegengesetzte Richtungen aufgrund der Wirkung des zuvor beschriebenen Getriebes bewegen. Wenn ein Zweikammerkompressor gebildet werden soll, kann der Raum oberhalb der oberen Kolbenfläche 103a durch einen geeigneten Zylinderkopf geschlossen werden und eine zweite Kompressionskammer 18 bilden. Auf diese Weise bildet die in F i g. 1 schematisch dargestellte Anordnung einen Kolben oder ein Arbeitsglied, das sich in Längsrichtung als Einheit aus Gleitstück und Ausgleichsmasse bewegt.

Es können auch andere Arten von Arbeitsgliedern verwendet werden, und der Ausgleichs- und Antriebsmechanismus, der im wesentlichen in durchgezogenen Linien in F i g. 1 gezeigt ist, kann Antriebskräfte in jeder Richtung übertragen, das heißt von der Kurbelwelle 72 auf einen oder mehrere der angetriebenen Kolben 102 und 103 oder von einem oder mehreren hin- und hergehenden Kolben 102 oder 103 auf eine umlaufende Kurbelwelle 72. In jedem Falle ist der ausgeglichene Antriebsmechanismus geeignet, sowohl die Längs- als auch die Umlaufkomponenten auszugleichen. Die Längskomponenten werden insbesondere genau dadurch ausgeglichen, daß das Gleitstück 58 und die Ausgleichsmasse der Achse 29 und ihre zugehörigen Teile in bezug auf eine geradlinige, hin- und hergehende Bewegung zu jeder Zeit in entgegengesetzten Richtungen geführt werden. Weiterhin sind die jeweiligen Massen, die mit dem Gleitstück und den Gegengewichtsteilen verbunden sind, untereinander gleich, wobei ein angemessener Anteil der Masse des schwingenden Pleuels 67 berücksichtigt ist.

Die Gesamtheit der Ausgleichsmasse und der Masse der zugehörigen Teile überschreitet die Gesamtmasse des Gleitstücks und der mit diesem verbundenen Teile, ausgenommen der Pleuel, um einen Betrag, der nur einem Teil der Pleuelmasse entspricht. Außerdem überschreitet die effektive Masse des Ausgleichsge-

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die zum Ausgleichen des Kurbelzapfenbereiches zur Verfügung steht, die zum Ausgleichen nur des Kurbelzapfens erforderliche Masse um einen Betrag, der gleich einem Teil der zum Ausgleichen der gesamten Pleuelmasse erforderlichen Masse ist. Im Idealfall sollte der gemeinsame Schwerpunkt der Masse aller Teile der Kolbenmaschine und ihres Antriebsmechanismus im wesentlichen an einem festen Punkt entlang der Längsachse der Bewegung des Gleitstücks und der Ausgleichsglieder bleiben, in der Praxis sind einige Abweichungen von dem Idealfall jedoch unbedenklich oder sogar notwendig, sofern sie durch die besondere Form, die Abmessungen und die Masse beispielsweise des schwingenden Pleuels verursacht werden.

Eine weitere Ausführungsform des ausgeglichenen

Antriebsmechanismus der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 mit 106 bezeichnet. In diesem Falle ist das Gleitstück 58 mit einer umlaufenden, ausgeglichenen Kurbelwelle 72 auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform verbunden, und das Getriebe zwi- ■> sehen dem Gleitstück 58 und einer geeigneten Ausgleichsmasse umfaßt wiederum innere und äußere Zahnstangen und in diese eingreifende Zahnräder 34. In diesem Falle jedoch werden die inneren Zahnstangen 32 und 33, die die inneren Zähne der Zahnräder 34 und 36 iu erfassen, durch eine zentrale, in Längsrichtung bewegliche Achse 107 getragen, die am unteren Ende 108 schwenkbar mit der Achse 57 des Gleitstücks 58 verbunden ist. Die Schwenkverbindung gestattet es, daß die Zahnstangen 32 und 33 in gewissem Umfang schwimmend die Zahnräder 34 und 36 abstützen oder führen, während sie sich im wesentlichen als Einheit mit dem Gleitstück 58 in Längsrichtung bewegt. Das obere Ende 109 der zentralen Achse 107 kann mit einem geeigneten Arbeits- oder Antriebsglied im Sinne einer geradlinigen, hin- und hergehenden Bewegung mit dem Gleitstück 58 verbunden sein.

Bei dieser Ausführungsform bilden die Zahnslangen 48 und 49 und die zugehörigen Teile, wie die Wand 51, wenigstens zum Teil die Ausgleichsmasse, wobei die Gesamtmasse aller zugehörigen Teile genau ausgeglichen ist, indem die geradlinige Längsbewegung zu allen Zeiten in entgegengesetzten Richtungen erfolgt in bezug auf die geradlinige Bewegung des Gleitstücks 58, der Achse 107 und der zugehörigen Teile einschließlich so eines Teils der Pleuelmasse.

Eine spezielle Form eines ausgeglichenen Antriebsmechanismus der vorliegenden Erfindung ist unter der Bezugsziffer Ul in Fig.4 gezeigt. In diesem Falle verbindet der Pleuel 67 wiederum den Kurbelzapfen 71 J> mit dem in senkrechter Richtung oder Längsrichtung beweglichen Gleitstück 58, das Führunggsflächen 59 und 61 aufweist, die eine geradlinige, hin- und hergehende Bewegung des Gleitstücks sicherstellen. Bei dieser Ausführungsform liegen die Zahnräder 34 und 36 und die entsprechenden inneren und äußeren Zahnstangen, die das Getriebe zwischen dem Gleitstück und dem Ausgleichsgewicht bilden, auf der gegenüberliegenden Seite der Kurbelwelle 72 in bezug auf das Gleitstück 58. Daher erstrecken sich starre Verbindungsglieder 112, 113 von dem Gleitstück 58 an der Kurbelwelle 72 vorbei zu den äußeren Zahnstangen 48 und 49 und ihren zugehörigen Rahmenteilen, etwa der Wand 51. In diesem Falle ist der innere Zahnstangenbereich 30 und die zugehörigen Ausgleichmassen-Achse 29 so gerichtet, daß die Achse 29 in die von der Kurbelwelle und dem Gleitstück 58 abgewandte Richtung verläuft. Es ist daher möglich, eines oder mehrere Kraft- oder Arbeits-Elemente vorzusehen, die schematisch in gestrichelten Linien unter den Bezugsziffern 114 und '5 116 dargestellt sind und sich als Einheit mit dem Gleitstück 58 bzw. der Achse 29 bewegen. Auf diese Weise wird eine besonders kompakte Anordnung erzielt, bei der die in entgegengesetzte Richtung bewegten Elemente 114 und 116 auf entgegengesetzten Seiten der Kurbelwelle 72 angeordnet sind und in entgegengesetzte Richtungen mit einer Phasenverschiebung von 180° arbeiten.

Der in Fig.4 gezeigte Antriebsmechanismus ist insbesondere für einen zweistufigen Kompressor 117 geeignet, der in F i g. 5 dargestellt ist Bei dieser Ausführungsform wird die ausgeglichene Kurbelwelle 52 in einem Rahmen oder Gehäuse 121 getragen, das im wesentlichen waagerecht liegt. Zweckmäßigerweise kann sich das Gehäuse auf der Oberseite eines Antriebsmotors 77 über einen Zwischenrahmen 119 abstützen. Der Antriebsmotor 77 ist seinerseits auf einer geeigneten Basis oder einem Fuß 118 befestigt. Der Antriebsmotor 77 treibt die Kurbelwelle 72 über einen Treibriemen 74 zwischen einer treibenden Riemenscheibe 76 und einer angetriebenen Riemenscheibe 73 an. Unabhängig von der jeweiligen Lage des Antriebsmotors 77 umfaßt der Kompressor 117 einen ersten Kompressorzylinder 122 am rechten Ende in Fig.5. Der Kompressorzylinder 122 weist eine erste Kompressionskammer 123 auf, in der ein Kolben 124 geradlinig hin und zurück entlang einer horizontalen Bahn bewegt wird. In diesem Falle dient der Kolben 124 als Gleitstück und ist verbunden mit und wird angetrieben durch den Pleuel 67, dessen eines Ende schwenkbar auf der Achse 126 des Kolbens 124 gelagert ist. Die Kompressionskammer 123 weist ein Einlaßventil 127 und ein Auslaßventil 128 auf, die als solche bekannt sind.

Der Kompressor 117 weist weiterhin einen zweiten Kompressorzylinder 129 auf der entgegengesetzten Seite in bezug auf den Kompressorzylinder 122 auf. Der Kompressorzylinder 129 bildet eine zweite Kompressionskammer 131, in der ein zweiter, in Längsrichtung beweglicher Kolben 132 für die gewünschte Kompressorfunktion sorgt. Der Kolben 132 bildet ebenfalls ein Teil des Gleitstücks und ist mit dem ersten Kolben 124 über eine Mittelachse 133, ein Joch 137 und obere und untere starre Verbindungsstangen 138 und 139 verbunden, so daß alle diese Teile geradlinig als Einheit hin und zurück bewegt werden.

In diesem Fall trägt die Mittelachse 133 innere Zahnstangen 134 und 136, die die inneren Zähne der Zahnräder 34 und 36 erfassen, die in dem Gehäuse 121 auf die zuvor beschriebene Weise gehalten werden. Auch in diesem Falle weist ein Ausgleichsgewicht 141 äußere Zahnstangen 48 und 49 auf, wie die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, die die äußeren Zähne der Zahnräder 34 und 36 erfassen und die miteinander durch einen Rahmen oder Wände 51 und 52 starr verbunden sind, wie dies in ähnlicher Weise in bezug auf Fig.2 beschrieben wurde, so daß die Ausgleichsmasse 141 durch die Zahnräder 34 und 36 schwimmend geführt und abgestützt wird und keine Reibungsberührung zwischen dem Ausgleichsgewicht und stehenden Teilen des Gehäuses 121 entsteht, da zwischen diesen Teilen ein vorgeschriebener Abstand vorgesehen ist.

Die Ausführungsform der F i g. 5 hat den besonderen Vorteil, daß die jeweiligen Kompressorzylinder 122 und 129 an gegenüberliegenden Enden der Anordnung liegen und daß übliche Kornpressorzylinder und Zylinderköpfe herkömmlicher Konstruktion ohne weiteres verwendet und in den gewünschten Größen an den Enden der Anordnung befestigt werden können, so daß sich ein großer Bereich von Konstruktionsmöglichkeiten für unterschiedliche Anwendungszwecke ergibt. Alle Teile des ausgeglichenen Antriebsmechanismus einschließlich der ausgewuchteten, umlaufenden Kurbelwelle 72 und des Gleitstücks und der Ausgleichsmasse sind im Zwischenbereich der Anordnung vorgesehen, während die Kompressorzylinder einschließlich der Einlaß- und Auslaßventile 127, 128 der Kompressorzylinder 122 und der Einlaß- und Auslaßventile 142 und 143 des Kompressorzylinders 129 an den äußeren Enden der Anordnung angebracht sind und bei einem Austausch oder einer Reparatur leicht zugänglich sind.

Ein weiterer ausgeglichener Zweikammer-Kompressor ist unter der Bezugsziffer 144 in Fig.6 gezeigt. In diesem Falle ist das Gleitstück 146 mit einer Querachse 147 versehen, die schwenkbar das obere Ende des Pleuels 67 trägt. Das Gleitstück 146 bewegt sich entsprechend der Drehbewegung der Kurbelwelle 72 hin und her. Das Gleitstück umfaßt in diesem Falle wenigstens den Randbereich eines abgesetzten Kolbens, der in einer geradlinigen, hin- und hergehenden Bewegung innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 148 der Vorrichtung geführt wird. Der Kolben 149 weist eine obere Fläche 151 und eine ringförmige, untere Fläche 152 auf und bewegt sich in Längsrichtung innerhalb des Zylinders 153, so daß der Zylinder in eine obere, erste Kompressionskammer 154, und eine zweite, untere Kompressionskammer 156 unterteilt wird. Die obere Kammer weist ein Einlaßventil 157 und ein Auslaßventil 158 auf. Der Auslaß steht über einen geeigneten Zwischenkühler 159 mit dem Einlaßventil 161 der zweiten Kompressionskammer in Verbindung. Das Auslaßventil 162 der zweiten Kompressionskammer 156 steht mit der Austrittsleitung 153 in Verbindung, die das komprimierte Fluid an einen Behälter 164 abgibt, von dem es im Bedarfsfalle durch einen Auslaß 166 entnommen werden kann, der durch einen geeigneten, nicht gezeigten Ventilmechanismus gesteuert wird.

In diesem Falle ermöglichen es das Arbeitsglied oder der Kolben 149 und die in F i g. 6 gezeigte stufenförmige Anordnung, die Kompressionskammer 154 als Kompressionskammer der ersten Stufe und die Kompressionskammer 156 für die zweite Stufe zu verwenden.

Die erforderliche Ausgleichsmasse für das Gleitstück 146 und den zugehörigen Kolben-Anteil 149 in bezug auf die Längsrichtung wird durch einen Mechanismus gebildet, der oberhalb des Zylinderkopfes angeordnet ist. Eine Verbindungs-Achse 167 ist mit dem unteren Ende starr bei 168 an dem Kolben 149 befestigt und ragt nach oben durch eine Dichtung 169 in einer zentralen Bohrung 171 des Zylinderkopfes in einen oberen Gehäuseabschnitt 172 für das Ausgleichsgewicht hinein. Das obere Ende der Achse 167 ist mit einer doppelten Zahnstangenanordnung versehen, die innere Zahnstangen 32 und 33 umfaßt, die in die inneren Zähne der Zahnräder 34 und 36 eingreifen, die durch querliegende Achsen in einer festgelegten Stellung in dem Gehäuseabschnitt 172 getragen werden. In diesem Falle ist die Ausgleichsmasse allgemein mit 173 bezeichnet. Sie umfaßt zwei äußere Zahnstangen 48 und 49, die durch einen Rahmen mit einer Wand 51 verbunden sind, die sich zwischen den Zahnstangen unmittelbar angrenzend an die Zahnräder 34 und 36 erstreckt, wie es bei den zuvor beschriebenen Ausführun^sformcn der Erfindun⁰ der Fall ist. Die Anordnung aus äußeren Zahnstangen und zugehörigen Rahmenteilen sollte eine ausreichende Masse haben, um einen Gewichtsausgleich für die Anordnung zu bewirken, da keine weiteren Arbeitsglieder bei dieser Ausführungsform als Teil der Ausgleichsmasse mitbewegt werden.

Ein weiterer ausgeglichener Zweikammer-Kompressor und dessen Antriebsmechanismus 211 ist in Fig.7 gezeigt. Der Kompressor weist einen Rahmen oder ein Gehäuse 212 auf, das einen Kompressorzylinder 213 umfaßt, in dem ein Kolben 214 in Längsrichtung entlang einer senkrechten Achse beweglich ist, wie in F i g. 7 gezeigt ist, der den Kompressorzyiinder 213 in eine untere Kompressionskammer 217 der ersten Stufe und eine obere Kompressionskammer 218 der zweiten Stufe unterteilt. Der Kolben 214 umfaßt obere und untere Arbeitsflächen 214a und 2146. Die erste Kompressionskammer 217 weist ein Einlaßventil 219 und ein Auslaßventil 221 auf, während die zweite Kompressionskammer 218 einen Einlaß 222 und einen Auslaß 223 besitzt. Das Auslaßventil 221 der ersten Stufe steht über einen geeigneten Zwischenkühler 226 mit dem Einlaß

222 der Kompressionskammer 218 der zweiten Stufe in Verbindung, wie schematisch unter der Bezugsziffer 224 dargestellt ist.

Wie aus F i g. 7 hervorgeht, wird das obere Ende der oberen Kompressionskammer 218 durch einen Zylinderkopf begrenzt, der den Einlaß 222 und den Auslaß

223 aufnimmt. Das untere Ende der unteren Kompres-'5 sionskammer 217 wird in diesem Falle durch einen zweiten beweglichen Kolben 216 begrenzt, der eine obere Arbeitsfläche 2163 aufweist, die in Richtung auf die Arbeitsfläche 2146 des Kolbens 214, der die Kompressionskammer 217 nach oben begrenzt, und in entgegengesetzte Richtung beweglich ist und dessen Bewegungsrichtung stets derjenigen des Kolbens 214 entgegengensetzt gerichtet ist.

Der Kolben 214 ist mit geeigneten Dichtringen 227 versehen, und ähnliche Dichtringe 228 sind an dem Kolben 216 angeordnet, so daß die Kompressionskammern in geeigneter Weise druckdicht abgeschlossen sind.

Der Ausgleichs- und Antriebsmechanismus 211 umfaßt eine Kolbenstange 229, die im Punkt 231 starr an dem oberen Kolben 214 befestigt ist. Die Kolbenstange 229 weist eine Zahnstange 230 am unteren Ende auf, die als innerer Zahnstangenbereich dargestellt ist und zwei entgegengesetzt nach außen gerichtete innere Zahnstangen 232 und 233 umfaßt, die jeweils in die Zähne zweier seitlich im Abstand liegenden Zahnräder 234 und 236 eingreifen, die drehbar auf Achsen 237 und 238 gelagert sind, die in dem Gehäuse 212 befestigt sind, wie F i g. 8 zeigt.

Die Achsen 237 und 238 werden in geeigneten Öffnungen in vorderen und hinteren Querstegen 239 und 241 getragen, die sich quer von einer Wand des Gehäuses zu der anderen erstrecken. Dieser Gehäuseteil ist in Fig.8 mit 242 bezeichnet und kann eine einstückige oder getrennte Verlängerung des Kompressorzylinders 213 darstellen.

Der Kolben 216 weist eine mittlere Bohrung 243 auf sowie eine geeignete Dichtung 244, durch die sich die Kolbenstange 229 des oberen Kolbens 214 durch den Kolben 216 hindurch erstrecken kann, so daß der obere Kolben 214 mit der Zahnstange 230 im Bereich der Zahnräder 234 und 236, die die Zahnstange in Längsrichtung bewegen, verbunden ist.

Dsr untere Kolben 216 umfaßt z\v°* »-»i^v, ■ *»*»» vorspringende Zahnstangenhalter 246 und 247, die nach innen einen Abstand von den Wänden des Gehäuseteils 242 aufweisen, und die mit nach innen vorspringenden äußeren Zahnstangen 248 und 249 versehen sind, die in die äußeren Zähne der hin- und hergehenden Zahnräder 236 und 237 eingreifen. Die äußeren Zahnstangen 248 und 249 sind unmittelbar angrenzend an die Zahnräder 234 und 236 mit Hilfe einer hinteren Verbindungs-Platte 251 und einer vorderen Verbindungs-Platte 252 starr verbunden, wie im einzelnen in F i g. 7 und 8 gezeigt ist. Diese Platten bilden eine starre Rahmenkonstruktion, so daß eine Kraft, die bestrebt ist, die Zahnstangen 248 nach links in F i g. 7 zu bewegen und beispielsweise dadurch entstehen kann, daß die Zähne des Zahnrades 234 in die Zähne der Zahnstangen 248 eingreifen,

neutralisiert und ausgeglichen wird, indem die gegenüberliegenden Zähne der äußeren Zahnstange 249 in die Zähne des anderen Zahnrades 236 eingreifen. Auf diese Weise werden die Zahnstangen 248 und 249 gewissermaßen schwimmend durch die Zahnräder 234 und 236 geführt, so daß ein Reibungseingriff mit der inneren Oberfläche des Gehäuseteils 242 nicht erforderlich ist. Andererseits ist ein vorgegebener Abstand vorgesehen zwischen den Zahnstangen und dem Gehäuse, wie bereits festgestellt wurde, so daß die notwendige Bewegungsfreiheit besteht.

Wie weiterhin aus Fig. 7 und 8 hervorgeht, sind die Platten 251 und 52 mit geeigneten senkrechten Schlitzen 253 versehen, die eine senkrechte, hin- und hergehende Bewegung der Platten und der zugehörigen Zahnstangenteile mit dem Kolben 216 in bezug auf die Achsen 237 und 238 gestatten, die sich nach außen über die jeweiligen Platten 251 und 252 hinaus in die Querstege 239 und 241 erstrecken (F i g. 8). Das Gehäuseteil 242 ist in der Wand mit weiteren geeigneten öffnungen 254 versehen, die mit den Achsen 237 und 238 ausgerichtet sind, so daß diese Achsen während der Montage oder Demontage des Getriebes, das die inneren und äußeren Zahnstangen und die Zahnräder 234 und 236, die als drehbare Verbindungsglieder dienen, umfaßt, ohne weiteres eingefügt oder entfernt werden können.

Wie weiterhin in Fig. 7 und 9 gezeigt ist, sind der Kolben 216 und seine Zahnstangenhalter 246 und 247 mit Ansatzplatten 256 versehen, die nach unten schräg zusammenlaufen und Lagerbohrungen für eine Querachse 257 oder einen Gelenkstift aufweisen, der durch das Gleitstück 258 getragen wird, das in dieser Ausführungsform als Querhaupt mit gleitenden Lagerflächen 259 und 261 dargestellt ist, die gegen die in Längsrichtung verlaufenden inneren Führungsflächen des Gehäuseteils 242 anliegen. Wie in Fig.9 im einzelnen gezeigt ist, umfaßt das Gleitstück einen hinteren Quersteg 262 und einen Abstand voneinander aufweisen und einen Ausschnitt oder eine Öffnung 264 in dem Gleitstück bilden, die durch eine dünnere und leichtere Wand 266 als Teil der Gleitstück-Lagerfläche begrenzt wird. Innerhalb der Öffnung 264 ist die Querachse 257 nicht nur schwenkbar mit den Ansatzplatten 256 verbunden, sondern sie dient auch als ein Teil der Schwenkverbindung mit einem Pleuel 267. Ein drehbarer oder schwenkbarer Lagerabschnitt 268 an einem Ende des Pleuels 267 wird zwischen den Ansatzplatten 256 auf der Querachse 257 getragen.

Das andere Ende des Pleuels 267 weist ein Kurbellager 269 auf, das schwenkbar mit dem Kurbelzapfen 271 einer einfach gekröpften Antriebskurbelwelle 272 verbunden ist, die sich quer durch das Gehäuse 212 erstreckt, Die Kurbelwelle 272 weist ein Ausgleichsgewicht 275 auf, dessen Massenzentrum um 180° gegenüber dem Kurbelzapfen 271 versetzt ist. Eine Antriebs-Riemenscheibe 273 wird durch einen Treibriemen 274 angetrieben, der seinerseits durch eine Riemenscheibe 276 einer umlaufenden Antriebsquelle, wie etwa eines Elektromotors 277 in Bewegung gesetzt wird. Der Elektromotor 277 ist über ein Gelenk 278 schwenkbar an dem Gehäuse 212 angebracht und im Punkt 279 einstellbar mit einem mit einem Schlitz versehenen Einstellarm 261 versehen, der über das Gelenk 282 am Gehäuse 212 befestigt ist. Durch Einstellung der Verbindung im Punkt 279 kann der Elektromotor 277 in unterschiedlichen Stellungen in bezug auf das Gelenk 278 befestigt werden, so daß der Treibriemen 274 die geeignete Spannung erhalten kann.

Ein nicht gezeigtes Schwungrad ist an der Kurbelwelle 272 auf bekannte Art befestigt.

Daher bildet die in F i g. 7 bis 9 gezeigte Konstruktion einen ausgeglichenen Zweikammer-Kompressor, bei dem ein Pleuel die Antriebskraft einer umlaufenden Antriebswelle auf ein hin- und hergehendes Gleitstück überträgt, und bei dem eine bevorzugte Ausführungsform eines Getriebes 31 Zahnräder 234 und 236, äußere Zahnstangen 248 und 249 mit zugehörigen Rahmenteilen, die mit dem Gleitstück 258 verbunden sind, und innere Zahnstangen 232 und 233 umfaßt, die mit einem weiteren beweglichen Kolben 214 verbunden sind, der stets geradlinig und hin- und hergehend in entgegengesetzten Richtungen zu dem Gleitstück 258 und dessen zugehörigen Teilen angetrieben wird. Die Teile 214,229 und 231 dienen als Ausgleichsmasse für das Gleitstück, und die oberen und unteren Kolben 214, 216 bewegen sich als Einheit in Längsrichtung als Teile der Ausgleichsmasse und des Gleitstücks und sorgen somit für eine zweistufige Kompression. Da die obere Kompressionskammer 218 nur eine bewegliche Kolbenfläche 214a aufweist, während die untere Kompressionskammer 217 zwei entgegengesetzt gerichtete bewegliche Kolbenflächen 214a und 216a besitzt, ist die Volumenänderung während des Kompressionsvorganges in der unteren Kompressionskammer 217 größer als in der oberen Kompressionskammer 218. und diese Beziehung ist der Schaffung einer Kompression in einer ersten und zweiten Stufe in der unteren und oberen Kompressionskammer angepaßt. Bei einem vorgegebenen, gewünschten Kompressionsgrad in der unteren Kompressionskammer 217 ist die relative Geschwindigkeit der Bewegung der Kolben 214 und 216 wesentlich geringer als die erforderliche Geschwindigkeit eines

!5 einzelnen Kolbens in einer Kompressionskammer, in der die gegenüberliegende Wand feststehend ist, da sich sowohl die obere als auch die untere Wand der unteren Kompressionskammer 217 in entgegengesetzten Richtungen aufeinander zu und auseinander bewegen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 10 gezeigt. In diesem Falle umfaßt der Kompressor 286 einen Kompressorzylinder 287, der auf der oberen Seite durch einen Zylinderkopf ähnlich wie bei der Ausführungsform der Fi g. 7 verschlossen ist und an der unteren Seite durch eine feste Trennwand 288 begrenzt ist, die eine Mittelbohrung mit einer geeigneten Dichtung 289 aufweist, durch die die Kolbenstange 229 des Kolbens 214 hindurchbewegt werden kann. Der Kolben 214 und seine obere und untere Arbeitsfläche 214a, 2146 unterteilen den Kompressionszylinder in eine erste Kompressionskammer 291 und eine zweite Kompressionskammer 292. In diesem Falle ist die Komnressionskammer 291 mit einem Einlaß 293 und einem Auslaß 294 versehen, während die obere Kompressionskammer 292 entsprechend einen Einlaß 296 und einen Auslaß 297 besitzt. Die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 214 führt zu abwechselnden Kompressionshüben, die zu gleichen, aufeinanderfolgenden Volumenveränderungen in der oberen bzw. unteren Kompressionskammer führen, so daß diese Ausführungsform der Erfindung insbesondere für einen Kompressor mit Kompressionskammern 291 und 292 als parallele Kammern einer einstufig ρ Kompression geeignet ist.

Die gewünschten Kompressionshübe des Kolbens 214 werden durch dieselbe Anordnung des Antriebsmechanismus erreicht, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist. ausgenommen, daß das Gieitstück 258 mit den Ha-ien

251, 252 und 256 und mit den äußeren Zahnstangen 298 und 299 verbunden ist, die in die Zahnräder 234 und 235 eingreifen, wobei dem Gleitstück 258 jedoch keinerlei Kolbenbereich zugeordnet ist. Daher dienen der Kolben 214 und die zugeordneten Teile, wie etwa die Kolbenstange 214 und die Zahnstange 230, als Ausgleichsmasse, die sich stets in entgegengesetzten Richtungen in bezug auf das Gleitstück 258 und dessen zugehörige Teile einschließlich der Zahnstangen 298 und 299 und ihrer Verbindungswand 251, 252, die in wesentlicher Beziehung den Finzelheiten der F i g. 8 entsprechen, bewegt

Bei jeder der Ausführungsformen der Fig. 7 und 10 ist die Kurbelwelle 272 mit einem Ausgleichsgewicht 275 zum Ausgleichen der Masse des exzentrischen Kurbelzapfens 271 und des entsprechenden Teiles der Masse des Pleuels 267 versehen. Ein weiterer Teil der Masse des Pleuels 267 kann als Teil der geradlinig mit dem Gleitstück 258 und den äußeren Zahnstangen 248 und 249 bewegten Masse betrachtet werden, und diese Gesamtmasse sollte in Längsrichtung durch die entgegengesetzt bewegte Ausgleichsmasse, die die Zahnstange 230 und die Verbindungsstange 229 mit den zugehörigen Teilen wie dem Kolben 214 einschließt, ausgeglichen sein.

Bei den Kompressoren der Fig. 7 und 10 ist der ausgeglichene Antriebsmechanismus geeignet, die auftretenden Längs- und Rotationskomponenten in geeigneter Weise auszugleichen. Die Längskomponenten werden insbesondere genau ausgeglichen durch Verbindung und Führung des Gleitstücks 258, der Kolbenstange 229 und der zugehörigen Teile in einer geradlinigen, hin- und hergehenden Bewegung in jeweils entgegengesetzte Richtungen. Weiterhin sind die Massen des Gleitstücks und der Ausgleichsteile einander gleich, wobei ein geeigneter Anteil der Masse des schwingenden Pleuels 267 berücksichtigt ist, wie in Verbindung mit F i g. 1 erwähnt wurde.

In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform des Getriebes in einem Kompressor gezeigt, das im wesentlichen in anderer Beziehung demjenigen der F i g. 7 gleicht. In diesem Falle umfaßt das Getriebe 300 zwei drehbare Verbindungsglieder 301 und 302 in Form von Hebeln anstelle der Zahnräder 234 und 236, die zuvor beschrieben wurde. Diese Hebel sind im Mittelbereich drehbar durch Querachsen 303 und 304 abgestützt. Die äußeren Enden des Verbindungsgliedes 301 sind mit einem äußeren Verbindungsglied 306 verbunden, das mit einem Ende im Punkt 307 gelenkig am äußeren Ende des Verbindungsgliedes 301 und mit dem anderen Ende im Punkt 308 gelenkig mit der Wand 246, die dem Zahnstangenhalter der F i g. 7 entspricht, oder dem Kolben 216 verbunden ist.

Das innere Ende des Verbindungsgliedes 301 ist in symmetrischer Weise mit einem inneren Verbindungsglied 311 verbunden, dessen eines Ende im Punkte 309 schwenkbar mit dem inneren Ende des Verbindungsgliedes 301 und dessen anderes Ende im Punkte 312 mit einem Ende 313 der Kolbenstange 229 verbunden ist, die ein Teil des Ausgleichsgewichts darstellt.

Das zweite, drehbare Verbindungsglied 302 ist in ähnlicher Weise mit einem äußeren Verbindungsglied 314 und mit dem Wandbereich 247 des Kolbens 216, der gemäß F i g. 7 den Zahnstangenhalter darstellte, und durch ein inneres Verbindungsglied 316 mit dem Ende 313 der Kolbenstangen 229 verbunden.

Die äußeren Verbindungsglieder 306 und 314 erstrecken sich etwa in Längsrichtung und in diejenige Richtung von den Verbindungsgliedern 301 und 302 aus. in der eines der Elemente liegt, die dem Gleitstück 258 für eine Längsbewegung zugeordnet sind, während sich die inneren Verbindungsglieder 311 und 316 etwa in Längsrichtung und in eine Richtung von den inneren Enden der Verbindungsglieder 301 und 302 aus zu dem Ende 313 des Ausgleichsgewichts bzw. der Kolbenstange erstrecken. Diese Verbindungsglieder liegen zueinander parallel und sind in der Ausfühningsform der Fig. 11 gleich lang, sofern die inneren und äußeren Arme der Verbindungsglieder 301 und 302 gleich lang sind. Diese in entgegengesetzte Richtung weisenden Verbindungsglieder bilden somit ein etwa Z-förmiges Gestänge, bei dem alle seitlichen Schwenkbewegungen und alle Drehbewegungen der einzelnen Teile in dem Getriebe vollständig durch entsprechende Teile innerhalb des Getriebes selbst ausgeglichen werden können. Sämtliche Querkräfte, die durch die symmetrische seitliche Schwenkbewegung und die Drehbewegung der Teile des Getriebes ausgeübt werden, werden im System ausgeglichen und innerhalb der jeweiligen starren Teile aufgenommen, die sich in Längsrichtung gemeinsam mit dem Gleitstück und den Ausgleichsgewichten bewegen, das heißt in diesem Falle das gemeinsame Ende 313 der Kolbenstange und die starren Teile 246 und "!47 des Kolbens 216, die sich als Teil des Gleitstücks bewegen, mit dem die Enden der verschiedenen Verbindungsglieder-Paare teilweise verbunden sind.

Die Mehrkammer-Kompressoranordnung gemäß Fig. 10 ist insbesondere insofern vorteilhaft, als sie einen trockenen Kompressor darstellt, bei dem der Kompressorkolben und die Kompressorkammer in wirksamerer Weise gegenüber den Arbeitselementen der Vorrichtung isoliert werden können, die eine Schmierung erfordern. Die erste und die zweite Kompressionskammer 291 und 292 dieser Ausführungsform liegen entlang der senkrechten Bewegungsachse des Gleitstücks und der Ausgleichsmasse in einer Stellung jenseits, und das heißt in diesem Falle oberhalb der Kurbelwelle, des Pleuels, des Gleitstücks, des Getriebes und sogar eines Teils des Ausgleichsgewichts, nämlich der inneren Zahnstange 230 und wenigstens eines Teils der Kolbenstange 229. Die Trennwand 288 des Kompressionszylinders liegt unterhalb des Kolbens 214 und zwischen diesem und den restlichen der erwähnten Elemente. Die senkrechte Lage der Längsachse der Bewegung der Teile fördert die Wirksamkeit der Isolierung der Kompressionskammern.

Die Isolierung in der senkrechten oder jeder anderen Anordnung der Maschine kann weiter verbessert werden durch die abgewandelte Ausführungsform der Fi g. 12. Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich eine zweite Trennwand 321 vorgesehen, die einen Abstand unterhalb der Trennwand 288 aufweist und mit dieser zusammen einen Zwischenraum bildet, in dem weitere Isoliereinrichtungen vorgesehen sein können, die einen Durchgang von verunreinigenden Materialien durch die Trennwände 321 und 288 in die Kompressionskammer verhindern können. Die Trennwand 321 weist eine Bohrung für die Kolbenstange 229 auf, die mit einer Dichtung 322 versehen ist. Eine weitere Isoliereinrichtung besteht in einer Belüftungseinrichtung für den Raum zwischen den Trennwänden. Belüftungsöffnungen oder Bohrungen 324 in den seitlichen Wänden 323 sorgen für eine derartige Belüftung, so daß Gase nicht direkt von der Trennwand 321 zu der Trennwand 288 aufsteigen. Eine weitere Isoliereinrichtung ist darin zu

sehen, daß die Kolbenstange 229 einen Abweisring 326 aufweist, der im Abstand zwischen der Trennwand 288 und 321 liegt und sogar verhindert, daß Spuren von Schmiermittel von dem Getriebe in den oberen Bereich der Kolbenstange 229 aufsteigen. Die Trennwände 288 und 321 müssen untereinander einen Abstand aufweisen, der wenigstens gleich der Lange des gesamten Hubes der Kolbenstange 229 ist.

Die ausgeglichene Kolbenmaschine mit festgelegtem Hub und verbessertem Gewichtsausgleich und Antriebsmechanismus, die zuvor beschrieben wurde, ist sowohl in der Konstruktion flexibler als auch im Zusammenhang mit genormten einzelnen Elementen in einigen Fällen verwendbar, wie beispielsweise mit handelsüblichen Kompressionszylindern und Kolben und dergleichen, die in verschiedenen Anordnungen entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Anwendungszweckes angefügt werden können.

Zwei besondere Getriebe sind beschrieben worden, die eine entgegengesetzt gerichtete, geradlinige Bewegung des Gleitstücks und des Ausgleichsgewichts zu jedem Zeitpunkt sicherstellen. Es sind jedoch einige Abwandlungen möglich, sofern der gewünschte Gewichtsausgleich erzielt wird, ohne daß unerwünschte und unausgeglichene seitliche, pendelnde oder Zentrifugalkräfte hervorgerufen werden.

Die Form des Gewichtsausgleichs und des Getriebes mit inneren und äußeren Zahnstangen, die zwischen beiden liegende drehbare Zahnräder erfassen und damit eine gleiche und entgegengesetzt gerichtete geradlinige Bewegung des Gleitstücks und der Ausgleichsmasse zu jedem Zeitpunkt sicherstellen, ist mit zwei drehbaren Zahnrädern, einem Paar von inneren Zahnstangen und einem Paar von äußeren Zahnstangen dargestellt worden. Die Anzahl und die Anordnung der Zahnstangen und der Zahnräder ist jedoch abwandelbar.

Beispielsweise können mehr als zwei Zahnräder symmetrisch im Abstand um die Längsachse der Bewegung der Einheit herum angeordnet werden, und entsprechende Anzahlen von inneren und äußeren Zahnstangen können den jeweiligen Zahnrädern zugeordnet werden. Anstelle der Zahnräder können drehbar abgestützte Zahnradelemente verwendet werden, die innere und äußere Zahnbereiche oder Zahnsektoren mit unterschiedlichem Radius aui weisen. In einem derartigen Falle bewegen sich das Gleitstück und das Ausgleichsgewicht zwar stets in entgegengesetzte Richtungen, jedoch nicht mit gleichen Hüben im Verhältnis 1:1. Es müssen daher die effektiven Gesamtmassen des Gleitstücks und der Ausgleichsmasse einschließlich aller Teile, die sich in Längsrichtung entlang der Längsachse als Einheit mit diesen Elementen bewegen, derart ausgewählt werden, daß ein optimaler Gewichtsausgleich erzielt wird, so daß der absolute Wert des Produktes der gesamten Gleitstückmasse, multipliziert mit der Hublänge entlang der Achse gleich dem absoluten Wert des Produktes der gesamten Ausgleichsmasse, multipliziert mit der Hublänge entlang der Achse in entgegengesetzter Richtung ist.

Der verbesserte Gewichtsausgleichs- und Antriebsmechanismus ist insbesondere geeignet für Kompressoreinrichtungen, die erste und zweite Zylinderwandbereiche in koaxialer Ausrichtung mit der Längsachse der Bewegung des Gleitstücks und der Ausgleichsmasse aufweisen, wobei der erste und der zweite Kolben erste und zweite Kolbenflächen aufweisen und wobei die relativen axialen Lagen der jeweiligen Zylinderwände und der Kolben sowie des Gleitstücks und der Ausgleichsmasse, mit dem bzw. mit der sich jeder Kolben uni jede Kolbenfläche als Einheit bewegt, zur Bildung von wenigstens ersten und zweiten Kompressionskammern führen. In einigen Fällen wird die Anordnung derart getroffen, daß der Kompressionshub in einer Kammer während der Bewegung der Kolbenstange etwa in Längsrichtung in eine Richtung erfolgt, während ein Kompressionshub in der anderen Kompressionskammer während der Bewegung der Kolbenstange in die entgegengesetzte Richtung durchgeführt wird. Die beiden Zylinderwandbereiche können in Längsrichtung an andere Teile, etwa Teile eines gemeinsamen Zylinders angrenzen, in dem der erste und der zweite Kolben entgegengesetzte Enden einer gemeinsamen Kompressionskammer bilden und mit dem Gleitstück und den Ausgleichsmassen verbunden sind. Ein Teil einer der Zylinderwände kann als Führung für das Gleitstück dienen. In anderen Fällen können die ersten und zweiten Zylinderwände axial ausgerichtete Teile eines gemeinsamen Zylinders sein, der in Längsrichtung zwischen der Kurbelwelienachse und zwei drehbar abgestützten hin- und hergehenden Elementen des Getriebes angeordnet ist. Daneben sind weitere Abwandlungen ohne weiteres möglich.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ist insbesondere vorteilhaft für Kompressoren mit mehreren Kammern anwendbar, und insbesondere für Kompressionszylinder, die an einem Ende der Maschine liegen, an dem eine sehr gute Möglichkeit der Isolierung der Kompressionskammer von anderen Arbeitsteilen der Maschine besteht, und an dem einzelne, genormte Elemente verwendet werden können, wie etwa handelsübliche Reihen von Kompressionszylindern und Kolben und dergleichen, wie es oben erwähnt wurde. Die Erfindung ist insbesondere geeignet für die Konstruktion von Kompressoren mit senkrecht beweglichen Kolben, bei denen die Kompressoranordnung vollständig ausgeglichen werden kann und die Anforderungen für große Abmessungen und insbesondere große und schwere Stütztkonstruktionen erheblich verringert werden können.

Derartige senkrecht angeordnete Kompressoren haben den weiteren Vorteil, daß kein Verschleiß auf einer Seite des Kompressionszylinders aufgrund des Gewichts des Kolbens selbst auftritt.

Aufgrund des Gewichstausgleichs und aufgrund der beiden entgegengesetzt in Längsrichtung bewegten Teile, nämlich der Ausgleichsmasse und des Gleitstücks und ihrer Verbindungsmechanismen und des besonderen Ausgleichsgewichts der einfach gekröpften Kurbelwelle werden Kompressoren geschaffen, die beispielsweise im Vergleich mit herkömmlichen »L«- oder »Boxer«-Kompressoren wesentlich geringere unausgeglichene Kippkräfte aufweisen und mit höherer Geschwindigkeit bei geringerem Gesamtverschleiß, geringerer Größe, geringeren Kosten und kleinerem Raumbedarf bei einem gegebenen Anwendungszweck arbeiten können.

Ferner ist die Erfindung, wie bereits angegeben wurde, besonders geeignet im Bereich von Maschinen mit konstantem Hub, bei denen die Arbeitselemente anders als Kompressorkolbenflächen verwendet werden können, und bei denen eines oder mehrere derartiger Arbeitselemente zu einer Einheit mit wenigstens einem Teil oder mehreren der Teile Kurbelwelle, Gleitstück und Ausgleichsmasse verbunden werden können, während das Antriebsglied oder ein Getriebe für ein Motorelement einem anderen der Teile

Kurbelwelle, Gleitstück oder Ausgleichsmasse zugeordnet werden kann. Das bevorzugte Getriebe mit inneren und äußeren Zahnstangen und zwischen beiden liegenden Zahnrädern zur Herbeiführung einer geradlinigen, entgegengesetzten Ausgleichsbewegung des Gleitstücks und der Ausgleichsmasse bietet besondere Vorteile, indem ein verbesserter Gewichtsausgleich für

die hin- und hergehenden Massen einer Kolbenmaschine mit konstantem Hub entlang einer gemeinsamen Längsachse in Verbindung mit einer Kolbenstange und einer ausgeglichenen, einfach gekröpften Kurbelwelle geschaffen wird, wobei der tatsächliche praktische Gewichtsausgleich unerwünschter Zentrifugalkräfte aufgrund der Drehbewegung ebenfalls erreicht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1 Patentansprüche:

1. Kolbenmaschine mit konstantem Hub mit einem Gleitstück, das über einen Pleuel mit dem Kurbelzapfen einer einfach gekröpfter. Kurbelwelle verbunden ist, einer Ausgleichsmasse, einem Zylinder, in dem wenigstens ein Kolben einheitlich mit dem Gleitstück oder der Ausgleichsmasse längs der Bezugsachse hin- und hergehend geführt ist, sowie mit einem Getriebe, das mittels paarweise zur Bezugsachse symmetrisch angeordneter Kraftübertragungselemente das Gleitstück und die Ausgleichsmasse bzw. den Kolben zur Ausführung von in allen Zeitpunkten und Stellungen proportionalen und zueinander gegenläufigen geradlinigen Bewegungen verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück (58; 124; 146; 258) und die Ausgleichsmasse (29; 110; 141; 173; 229) jeweils ein einheitliches starres Verbind-mgsteil (30; 51,52; 107; 133: 230; 251, 252; 313) enthalten, mit dem entsprechende Paare der symmetrischen Kraftübertragungselemente (32, 33; 34, 36; 48, 49; 134, 136; 232, 233, 234, 236; 248, 249; 298, 299; 301, 302; 306, 314; 311, 316) des Getriebes (31; 300) verbunden sind, daß sich die Schwerpunkte des Gleitstücks und der Ausgleichsmasse einschließlich allen diesen jeweils zugeordneten Kolben (102, 103; 114, 116; 124, 132; 149; 214, 216) stets koaxial längs der Bezugsachse bewegen, und daß die Kurbelwelle (72; 272) ein Ausgleichsgewicht (75; 275) zum Ausgleich mindestens der Masse des Kurbelzapfens (71; 271) aufweist.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (103; 116; 214) Teil der Ausgleichsmasse ist (Fi g. 1,4,7,10,11).

3. Kolbenmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (124) als Gleitstück dient(Fig. 5).

4. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (103; 116; 124, 132; 214, 216) längs der Bezugsachs? jenseits des Kurbelzapfens (71; 271) und des Getriebes (31; 300) angeordnet ist (F ig. 1,3.. .5, 7,10,11).

5. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (149; 214) und dem Getriebe (31; 300) eine Trennwand (288) angeordnet ist und daß der Kolben als doppelseitiger Kolben ausgebildet ist (F i g. 6,10).

6. Kolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben längs der Bezugsachse jenseits des Getriebes (31), der Kurbelwelle (72), des Gleitstücks (58) und der Ausgleichsmasse angeordnet ist und mit dem Gleitstück über eine Kolbenstange (107) verbunden ist (F i g. 3).

7. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kolben (102, 103; 114, 116; 124, 132; 214, 216) vorgesehen sind, die mit jeweils zugehörigen Zylinderteilen zwei Kompressionskammern (17, 18; 123, 131; 217, 218) bilden (Fig. 1,4,5.7,11).

8. Kolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kolben (124, 132) einheitlich mit dem Gleitstück bewegbar sind und auf entgegengesetzten Seiten der Kurbelwelle (72) liegen (Fi g. 5).

9. Kolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Kolben (102; 216) mit dem Gleitstück (58; 258) und der andere

Kolben (103; 214) mit der Ausgleichsmasse (29; 229) verbunden ist und daß die beiden Kolben in einem gemeinsamen Zylinder (104, 213) gegeneinander arbeiten (F i g. 1,7,11).

10. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück (58; 258) mit dem Pleuel (67; 267) und dem Getriebe (31; 300) über eine gemeinsame Achse (57; 257) verbunden ist(Fig. 1,3,7,10,11).

11. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse einschließlich aller einheitlich mit ihr längs der Bezugsachse bewegbaren Teile größer ist als die Masse des Gleitstücks einschließlich aller mit diesem längs der Bezugsachse bewegbaren Teile, ausgenommen den Pleuel (67; 267), daß der Massenunterschied nur einen Teil der Gesamtmasse des Pleuels ausmacht, und daß die effektive Masse des an der Kurbelwelle (72; 272) vorgesehenen Ausgleichsgewichts (75; 275) die zum Ausgleichen der Masse des Kurbelzapfens (71; 271) erforderliche Masse um einen Betrag überschreitet, der nur einen Teil der zum Ausgleichen der Gesamtmasse des Pleuels erforderlichen Masse beträgt.

12. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungselemente Zahnräder (34, 36; 234, 236) und Zahnstangen (32, 33, 48, 49; 136; 232, 233, 248,249) umfassen.