DE3538522A1

DE3538522A1 - Verdraengermaschine fuer kompressible medien

Info

Publication number: DE3538522A1
Application number: DE19853538522
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dr.-Ing. Emmenthal; Claus 3180 Wolfsburg Müller; Otto Ing.(grad.) Schäfer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-06-04
Filing date: 1985-10-30
Publication date: 1986-12-04
Anticipated expiration: 2005-10-31
Also published as: DE3538522C2; JPS61283780A

Description

Exzenterantrieb für eine Drehmasse
Die Erfindung bezieht sich auf einen Exzenterantrieb für eine Drehmasse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Drehmassen werden beispielsweise durch die Läufer von nach dem Spiralprinzip arbeitenden Verdrängermaschinen gebildet, die bereits längere Zeit bekannt sind. Solche Maschinen zeichnen sich durch eine nahezu pulsationsfreie Förderung eines beispielsweise aus Luft oder einem Luft-Kraftstoff-Gemisch bestehenden gasförmigen Arbeitsmittels aus und können daher unter anderem auch für Aufladezwecke von Brennkraftmaschinen mit Vorteil herangezogen werden. Während des Betriebes einer solchen als Kompressor oder Pumpe arbeitenden Verdrängermaschine werden entlang der Verdrängerkammer zwischen dem spiralförmig ausgebIldeten Verdrängerkörper und den beiden Umfangswänden der Verdrängerkammer mehrere, etwa sichelförmige Arbeitsräume eingeschlossen, die sich von dem Einlaß durch die Verdrängerkammer hindurch zum Auslaß hin bewegen, wobei ihr Volumen ständig verringert und der Druck des Arbeitsmittels dementsprechend erhöht werden kann.
Für den Antrieb einer solchen Verdrängermaschine ist es weiter bekannt, zwei im Abstand voneinander angeordnete Exzenteranordnungen, die beispielsweise aus Exzenterkurbeln bestehen können, vorzusehen, wobei die eine der beiden Exzenteranordnungen im wesentlichen als Antriebsanordnung und die andere im wesentlichen als Führungsanordnung ausgebildet ist. Bei einer derartigen Verdrängermaschine ist es auch schon bekannt (DE-OS 31 07 231), zur Vermeidung von unzulässig hohen Belastungen, die durch Toleranzsummierung bei der Fertigung oder durch unterschiedliche Wärmedehnung zwischen den beiden Angriffspunkten an dem umlaufenden Läufer auftreten können, an wenigstens einem der Angriffspunkte, vorzugsweise an dem Angriffspunkt der Führungsvorrichtung, eine mit einer elastischen Bettung versehene Lageranordnung vorzusehen. Diese elastische Bettung wird bei dieser bekannten Ausführung beispielsweise durch einen gummielastischen, das Lager umgebenden Außenring gebildet.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, einen Exzenterantrieb dieser bekannten Bauart weiterzuentwickeln und dabei auch Maßnahmen zur Vermeidung eines übermäßigen Verschleißes dieser elastischen Lagerbettung vorzusehen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß soll die elastische Bettung also aus einem gummielastischen Profilring mit progressiver Federkennung bestehen. Diese progressive Federkennung kann dabei durch eine unterschiedliche Materialverteilung an dem Profilring erreicht werden, indem beispielsweise in einem mittleren Durchmesserbereich viel und in den an diesen mittleren Durchmesserbereich in radialer Richtung innen und/oder außen anschließenden Durchmesserbereichen wenig Material vorhanden ist. So ergibt beispielsweise ein aus zwei durch einen Steg verbundenen Kreisen bestehender Profilquerschnitt die gewünschte progressive Federkennung, bei der zunächst, nämlich so lange wie die kreisförmigen Profilelemente allein zum Tragen kommen, eine relativ weiche Federkennlinie mit relativ großen Federwegen vorhanden ist und bei der von einer bestimmten Belastung ab zusätzlich auch der Stegbereich des Profilquerschnitts zum Tragen kommt, wodurch die Federkennung dann wesentlich steifer wird.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den übrigen Unteransprüchen, die u.a. Mittel zur axialen und Umfangs-Fixierung des Lagerringes gegenüber dem die Drehmasse bildenden Läufer vorschlagen, die vorzugsweise in den Profilring integriert sind. So kann der Profilring durch entsprechende Ausbildung der diesen aufnehmenden Nuten in dem Lagerring und dem Lagerauge des Läufers zur unmittelbaren axialen Fixierung herangezogen werden. Auch in Umfangsrichtung läßt sich der Profilring zur Festlegung heranziehen, indem er beispielsweise durch Anordnung eines oder mehrerer über den Umfang verteilte und im Querschnitt vergrößerte koaxial angeordnete zylindrische Verstärkungen einen Formschluß zwischen dem Lagerring und dem Lagerauge herstellt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch eine Verdrängermaschine mit der erfindungsgemäßen Anordnung, Figur 2 einen Längsschnitt durch das Lagerauge des Läufers mit einer alternativen Ausführung der Lagerung und Figur 3 einen Teil einer Seitenansicht des Profilringes nach Figur 2.
In den einzelnen Figuren der Zeichnung sind jeweils gleiche oder vergleichbare Bauteile mit gleichen, gegebenenfalls mit einem Strich gekennzeichneten Bezugszeichen versehen worden. Dabei ist in der Figur 1 mit 1 die Verdrängermaschine insgesamt bezeichnet, die ein zweiteiliges Gehäuse 2a, 2b aufweist. In den beiden Gehäuseteilen sind jeweils zwei in Form spiralförmiger Schlitze 8 ausgebildete Verdrängerkammern angeordnet, zwischen denen spiralförmige Randstege stehenbleiben. Weiter ist ein scheibenförmiger Läufer 3 vorgesehen, der mit einer Nabe 4 unter Zwischenschaltung eines Lagers 7 auf einer Exzenterscheibe 6 einer Antriebswelle 5 so gehalten ist, daß während des Betriebs der Antriebswelle jeder Punkt des Läufers 3 eine durch die Exzentrizität der Exzenteranordnung bestimmte Kreisbewegung ausführt.
Um diese Kreisbewegung der Läuferscheibe 3 sicherzustellen, greift an ihrem äußeren Umfang eine zweite Exzenteranordnung als Führungsvorrichtung an, die aus einem an einer Führungswelle 13 gehaltenen exzentrischen Zapfen 14 besteht, der mittels eines elastisch gebetteten Lagers in einem Lagerauge 12 der Läuferscheibe 3 gelagert ist. Die Führungswelle 13 kann über einen hier nicht gezeigten Zahnriementrieb mit der Antriebswelle 5 zur winkelsynchronen Drehung verbunden sein.
An der Läuferscheibe 3 sind auf beiden Seiten jeweils zwei leistenartige Verdrängerkörper 9 angeordnet, die jeweils in die Verdrängerkammern 8 der Gehäuseteile 2a, 2b hineinragen. Dabei weisen die Verdrängerkörper 9 ebenfalls eine Spiralform auf, deren Krümmung gegenüber derjenigen der Verdrängerkammern 8 so bemessen ist, daß jeder Verdrängerkörper die an den Randstegen vorgesehenen radial inneren und äußeren Umfangswände der zugeordneten Verdrängerkammern an jeweils mindestens einer beim Betrieb kontinuierlich fortschreitenden Dichtungslinie nahezu berührt. An den Stirnseiten der Verdrängerkörper 9 bzw. der Randstege der Gehäuseteile 2a, 2b sind federbelastete Dichtleisten 10, 11 vorgesehen, die axial gegen eine jeweils an dem anderen Bauteil vorgesehene Dichtfläche gedrückt werden und so eine Abdichtung der beim Umlauf der Verdrängermaschine zwischen dem Verdrängerkörper und den Umfangswänden der Verdrängerkammer gebildeten sichelförmigen Arbeitsräume bewirkt, die sich von einem beispielsweise am äußeren Umfang des Gehäuses angeordneten Einlaß durch die Verdrängerkammer hindurch zu einem beispielsweise am inneren Umfang des Gehäuses angeordneten Auslaß hin bewegen.
Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen sowie etwa auftretender Wärmedehnungsdifferenzen greift die Führungsvorrichtung 13, 14 über ein elastisch gebettetes Lager an dem Lagerauge 12 der Läuferscheibe 3 an. Dazu ist in dem Lagerauge 12 unter Zwischenschaltung eines gummielastischen Profilringes 20 ein Lagerring 15 gehalten, in dem über ein aus einem Käfig 16 und Nadeln 17 bestehenden Nadellager der exzentrischen Zapfen 14 der Führungsvorrichtung gelagert ist. Mit 18 ist eine in der Innenbohrung 26 des Lagerrings 15 gehaltene Dichtung angedeutet.
Bei der in der Figur 1 gezeigten Ausführung sitzt der gummielastische Profilring 20, dessen Profilquerschnitt "hundeknochenförmig" aus zwei über einen Steg 20b verbundenen Kreisen 20a besteht, in einer Umfangsnut 21 des Lagerringes 15, wobei Sicherungsringe 19 zur axialen Fixierung des Lagerringes 15 gegenüber dem Lagerauge 12 der Läuferscheibe 3 vorgesehen sind. Der gummielastische Profilring 20 weist infolge seines Profilquerschnitts eine progressive Federkennung auf, die bis zu einer bestimmten Belastung eine relativ weiche Federkennlinie und oberhalb dieser Belastung infolge des Mittragens des Steges 20b eine relativ steife Kennlinie aufweist.
Bei der Ausführung nach der Figur 2 sind dem Profilring 20', dessen Profilquerschnitt demjenigen der Figur 1 entspricht, noch zusätzliche Funktionen zugewiesen. Zunächst übernimmt der dort gezeigte Profilring 20' neben der elastischen Lagerbettung auch noch die Aufgabe der axialen Fixierung des Lagerringes 15 gegenüber dem Lagerauge 12 der Läuferscheibe 3, indem er mit einem geringen axialen Spiel in die Nut 21' des Lagerringes 15 bzw.
eine Nut 22 des Lagerauges 12 eingesetzt ist und durch Formschluß eine axiale Festlegung der beiden Bauteile zueinander bewirkt.
Darüberhinaus wird der Profilring 20' auch noch zur Festlegung der beiden Teile in Umfangsrichtung herangezogen, indem er einen oder mehrere über den Umfang verteilte, im Querschnitt vergrößerte koaxial angeordnete zylindrische Verstärkungen 24 aufweist, die in entsprechende Ausnehmungen 25 des Lagerauges 12 und des Lagerringes 15 eingreifen. Durch diesen zusätzlichen Formschluß wird der Lagerring 15 in dem Lagerauge 12 in Umfangsrichtung fixiert, so daß ein Mitdrehen des Lagerringes mit den Wälzkörpern 17 der Lagerung des Exzenterzapfens 14 während des Betriebs der Verdrängermaschine ausgeschlossen wird. Solches nach längerer Betriebszeit etwa durch erhöhte Lagerwiderstände verursachtes Mitdrehen des Lagerringes 15 würde nämlich zu einem Verschleiß des gummielastischen Profilringes und damit zu einem Abbau seiner Lagerbettungsfunktion führen.
Anstelle des hier mit Hilfe der an dem Profilring 20' angebrachten zylindrischen Verstärkungen 24 erzeugten Formschlusses zwischen dem Lagerring 15 und dem Lagerauge 12 der Läuferscheibe 3 können auch andere Mittel zur Vermeidung eines Mitdrehens des Lagerringes 15 vorgesehen werden. So kann es mitunter ausreichen, im Grund der den Profilring 20' aufnehmenden Nuten 21' und 22 eine gezielte Rauhigkeit, z.B. eine Art Verzahnung aufzubringen, die unter der beim Betrieb auftretenden radialen Belastung ebenfalls einen, wenn auch geringeren Formschluß über den Profilring gewährleistet.
Schließlich wäre es auch möglich, bei der in der Figur 1 gezeigten Ausführung eine Festlegung des Lagerringes 5 in Umfangsrichtung gegenüber dem Lagerauge 12 dadurch zu erreichen, daß ein beispielsweise metallischer Anschlagstift in einer axial durch den Lagerring hindurchgehenden Bohrung, beispielsweise durch Einschrumpfen, befestigt ist, der an wenigstens einer Stirnseite des Lagerrings vorsteht und so zwischen den endseitigen Augen des Sicherungsringes 19 angeordnet ist, daß er bei einer Verdrehung des Lagerringes gegenüber dem Lagerauge an einem der Ringaugen anschlägt. Darüberhinaus wären auch noch weitere Möglichkeiten zur Erzielung einer Umfangsfixierung zwischen dem Lagerring und dem Lagerauge, beispielsweise durch an den Sicherungsringen vorgesehene und in entsprechende Ausnehmungen an dem Lagerring eingreifende Lappen oder dgl. vorstellbar.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die gewünschte progressive Federkennung des Profilringes selbstverständlich auch durch andere Gestaltungen als die in der Zeichnung gezeigte "Hundeknochenform" erreicht werden kann. Eine progressive Federkennung wird beispielsweise immer dann erreicht, wann die Materialverteilung bei dem Profilring so vorgenommen wird, daß die Materialmenge von einem mittleren Durchmesserbereich aus radial nach außen und/oder innen stufenförmig oder kontinuierlich abnimmt.
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Claims

ANSPRÜCHE 1. Exzenterantrieb für eine Drehmasse mit einer an wenigstens einem Punkt der Drehmasse angreifenden, durch eine erste Exzenteranordnung gebildeten Antriebsvorrichtung und mit einer an wenigstens einem weiteren, davon im Abstand angeordneten Punkt angreifenden, durch eine zweite Exzenteranordnung gebildeten Führungsvorrichtung sowie mit einer an wenigstens einem der Angriffspunkte vorgesehenen Lageranordnung mit einer elastischen Bettung, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Bettung aus einem zwischen einem Lagerring (15) der Lageranordnung und einem an der Drehmasse (3) vorgesehenen Lagerauge (12) gehaltenen gummielastischen Profilring (20) mit einer eine in radialer Richtung progressive Federkennung ergebenden Gestaltung gebildet ist.
2. Exzenterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilring (20) eine derartige Materialverteilung aufweist, daß in einem mittleren Durchmesserbereich viel Material und in den an den mittleren Durchmesserbereich radial anschließenden äußeren und/oder inneren Durchmesserbereichen weniger Material vorhanden ist.
3. Exzenterantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialmenge in den radial äußeren und/oder inneren Durchmesserbereichen von dem mittleren Durchmesserbereich ausgehend stufenförmig und/oder kontinuierlich abnimmt.
4. Exzenterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilring (20) einen aus zwei durch einen Steg (20b) verbundenen Kreisen (20a) bestehenden, konzentrisch zur Lageranordnung ausgerichteten Profilquerschnitt aufweist.
5. Exzenterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilring (20; 20') in einer zumindest an dem Lagerring (15) vorgesehenen, umlaufenden Ringnut (21; 21', 22) gehalten ist.
6. Exzenterantrieb nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur axialen Fixierung des Lagerringes (15) gegenüber der Drehmasse (3) vorgesehen sind.
7. Exzenterantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch eine in axialer Richtung formschlüssige Halterung des Profilringes (20') zumindest in dem Lagerring (15) gebildet sind.
8. Exzenterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Fixierung des Lagerringes in Umfangsrichtung gegenüber der Drehmasse (3) vorgesehen sind.
9. Exzenterantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch eine in Umfangsrichtung formschlüssige Halterung des Profilringes (20') zwischen der Drehmasse (3) und dem Lagerring (15) gebildet sind.
10. Exzenterantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Profilringes (20') ein oder mehrere im Querschnitt vergrößerte, zylindrische Verstärkungen (24) vorgesehen sind, die in einander zugeordnete Ausnehmungen (25) des Lagerringes (15) und der Drehmasse (3) eingreifen.