DE3623121A1 - Kurbelgetriebe-reihenbauform - Google Patents

Kurbelgetriebe-reihenbauform

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DE3623121A1
DE3623121A1 DE19863623121 DE3623121A DE3623121A1 DE 3623121 A1 DE3623121 A1 DE 3623121A1 DE 19863623121 DE19863623121 DE 19863623121 DE 3623121 A DE3623121 A DE 3623121A DE 3623121 A1 DE3623121 A1 DE 3623121A1
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    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F16H21/18—Crank gearings; Eccentric gearings
    • F16H21/36—Crank gearings; Eccentric gearings without swinging connecting-rod, e.g. with epicyclic parallel motion, slot-and-crank motion
    • F16H21/365—Crank gearings; Eccentric gearings without swinging connecting-rod, e.g. with epicyclic parallel motion, slot-and-crank motion with planetary gearing having a ratio of 2:1 between sun gear and planet gear

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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Kurbeltriebwerk nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 zur Kopplung von Kolben und Wellen in Hubkolbenmaschine. Derartige Getriebe gewöhnlich als Geradlenker genannt zur Umwandlung einer Drehbewegung in translatorische Bewegung und umgekehrt sind für die Kompressoren mit einfach bzw doppelt wirkenden Arbeitskolben sehr vorteilhaft anzuwenden.
Das Kurbeltriebwerk aus DE-PS 9 02 925 verfügt über eine Kreuzschleife, einen zweiteiligen Stein und ein Führungslager zur Umwandlung der Drehbewegung des Kurbelzapfens in hin-und-hergehender Bewegung und umgekehrt. Diese Bauart bedarf infolge der Schwingbewegung des Steines in der Kreuzschleife in Betrieb sehr aufwandigen Schmierungsbedarf. Das Schubkurbelsystem-Baureihe ist durch DE-PS 27 20 284 bekannt geworden. Bei diesem Getriebe wird die gegenläufige Drehrichtung von doppelter Drehzahl des Sekundärexzenters durch die im Gehäuse drehbar befestigte Planetenräder über ein laufendes Hohlrad synchronisiert. Bei diesem Schubkurbelsystem ist der Kolbenhub zu gering und kann erhöht werden nur durch entsprechende Vergrößerung des Synchrongetriebes. Die Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in translatorische Bewegung aus OS-34 12 147 ist bekannt geworden. Die 1 : 2 Übersetzung des auf dem Kurbelarm drehfest Zahnrades zu örtfesten Rad stellt das gleiche Prinzip zur der beschriebenen Erfindung dar. Diese Vorrichtung ist kein Kolbentriebwerk.
Der bisherige bekannte Tauchkolben mit Kreuzkopf bedingt eine erhebliche Bauhöhe der Zylinder.
Die Aufgabe besteht darin, eine planetenartiges Kurbelgetriebe zu schaffen, welches für Hockdrück Kompressoren geeignet ist, bei dem der Kurbelzapfen (10) durch das vorliegende Getriebe gerade geführt ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die durch Fertigungsungenauigkeit entstehenden Abweichungen der Gradführung mit Hilfe eines Steines sowie eines Stangenträgers auszugleichen, um doppelt wirkenden Arbeitskolben zu schaffen, d. h. die Ausnutzung des unteren Feldes zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kurbel (4), die nicht mehr wie üblicherweise nur als Schwungrad zu verwenden ist, sondern als Träger der Planetenräder (14, 14 a) in Augen (13, 13 a) zu betrachten ist, und daß das Zapfenrad (6) zusammen mit dem drehfest verbundenen exzentrischen Kurbelzapfen (10) und einer Gegenmasse (15) auf dem Grundzapfen (7) der Kurbelkröpfung (4 a) gelagert ist, welches die Räder (5, 5 a) eigreift, und anderseits die Räder (8, 8 a) sich um das gehäusefeste Lagerrad (9) abrollen, in dessen Innenbohrung (17) die Kurbelwelle (16) gelagert ist.
Die Übersetzung des Zapfenrades (6) zu dem gehäusefesten Lagerrad (9) beträgt 1 : 2. Die Zapfen (7 a und 7 b) aus zwei Grundzapfen (7 und 7*) sind vorzugsweise symmetrisch um Hauptdrehachse O in der Drehscheibe (2) fest eingepreßt, welche im Gehäuselager (1 a) konzentrisch zur Kurbelwelle (16) gelagert ist. Die paarweise gekoppelten Kurbelgetriebe sind über eine drehfeste Vorrichtung miteinander in Reihe verbunden. Die Pleuelstange ist im einen Fall unmittelbar am Kurbelzapfen (10) angeschlossen, bei der der Arbeitskolben (12) gelenkig verbunden ist. Im einem anderen Fall besitzt der Kurbelzapfen (10) einen fertigmontierten Gleitstein, der im Schlitz (3 a) des ebenfalls fertigmontierten Stangenträgers (3 a) beweglich ist, und die Pleuelstangen sind am Stangenträger beispielsweise eingeschraubt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß der Kurbelzapfen (10) durch das vorliegende Getriebe in eine geradlinige Laufbahn geführt wird. Dies hat zur Folge, daß der Arbeitskolben in beiden Fällen von Querkraftbelastung befreit ist.
Ein anderer Vorteil liegt darin, daß die Planetenradpaare als Gegengewicht für den Umwuchtausgleich der Bewegmassen ausgenutzt werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:
Es zeigen
Fig. 1 die schematische Darstellung der Kurbelgetriebe-Reihenbauform, der Klarheit halber ohne Pleuelanschlüsse.
Fig. 2 den Schnitt AB der Fig. 1.
Fig. 3 und 4 die schematische Darstellung der Kolbenanschlüse und des Exzenters.
Fig. 5 und 6 die schematische Darstellung des Exzenters zusammen mit Stein, Stangenträger und Pleuelanschlüsse.
Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und ggf. auch nach Wirkungsweise der dargestellten Erfindung.
Fig. 1 zeigt den Schnitt durch jeweils ein Planentenradpaar der Kurbelgetriebe- Reihenbauform. Am Kurbelzapfen (10 bzw. 10*) wird es durch Bohrungen an Gewicht erleichtert und durch Schlitze an der Unterseite Schmierungsmöglichkeit für die Pleuelstange (11) bzw für den Stein (3) versorgt. Die Gegenmasse (15 bzw 15*) soll so bemessen werden, daß der Exzenter um Drehachse P 1 (bzw P 2) ausgewuchtet ist. Die Innenbohrung des Exzenters ist für eine optimale Lebensdauer der Maschine gehärtet bzw verkleidet. Die Augen (13 und 13 a) sind für einen besseren Wirkungsgrad beispielsweise als Wälzlager ausgeführt. Die Schmierung aller Lager erfolgt über Kanäle innerhalb der Kurbelwelle (16), des Grundzapfens, der Kurbel (4) und der Drehscheibe (2). Die Ausgleichmasse (19) zusammen mit der Kurbel und der Planentenradpaaren soll die durch die Bewegmasse hervorgerufenen Schwingungen unterdrücken. Das Lagerrad (9) ist vor Befestigung im Gehäuse so verdreht bis der Kurbelzapfen (10 bzw. 10*) in der Schubrichtung S 1 (bzw. S 2) des Zylinders liegt. Der Anschluß des zweiten Kurbelgetriebes weist einen Verschiebungswinkel von 180° auf.
Fig. 2 Die Achsenabstände der einander kämmenden Räder sind von Modulen ihrer Verzahnung abhängig und sind so bestimmt, daß die Planetenradpaare (14, 14 a) ohne Vorstoß gegeneinander untergebracht werden können. Die Übersetzung 1 : 2 des Zapfenrades (6) zu dem Lagerrad (9) ist zu beachten:
Ein triviales Beispiel ist
Z 5 = 28;  Z 9 = 35
Z 6 = 35;  Z 8 = 14
bei dem Z 6 = Z 9 ist.
Durch Multiplikation mit dem Fakor n/q, wo q ein gemeinsamer Teil für Z 5 und Z 6 (bzw Z 8 und Z 9) ist, z. B. n/q = 8/7.
erhält man
Z 5 · 8/7 = 32.
Z 6 · 8/7 = 40,
Z 6 ist nicht mehr gleich Z 9.
Auf diese Weise wird für jeden Hub eine Auswahl der Verzahnung vorgenommen.
Fig. 3 und 4 zeigen den Exzenter und das Arbeitsglied. Diese Kolbenart ist insbesondere für Hochdruck-Kompressoren mit einfach wirkenden Kolben bzw Stufenkolben gut geeignet.
Dann schwingt der Kurbelzapfen (10) mit Drehachse Q 1 bei konstanter Drehgeschwindigkeit w sinusförmig geradlinig entlang der Schubrichtung S 1;
OQ 1 = 2e · sin wt.
Die Massenkraft hat die gleiche Schwingungsfrequenz wie die Kurbelwelle (16) und folgt der Gleichung:
F 1 = m 1 · = -2ew 2 · m 1 · -sin wt.
m 1 sei die Bewegmasse des Kurbelzapfens.
Der Ausgleich der Massenkraft erfolgt durch rotierende Gegenmasse M(m)
M sei das Massenzentrum und liegt im Abstand OM von Hauptdrehachse O, und m die Masse.
F(m) = m w 2 · OM.
F(m) hat Komponente auf horizontaler Achse OH und auf vertikaler Achse OS 1:
OH:Fh = -mw 2 · OM · cos wt.OS 1:Fv = -mw 2 · OM · sin wt.
Fv soll die Massenkraft F 1 ständig ausgleichen, d. h Fv = F 1.
Die Voraussetzung ist: 2em 1 = m · OM.
Fig. 5 und 6 sind die Darstellung eines doppelt wirkenden Kolben und des Exzenters zusammen mit dem Stein, dem Stangenträgers und Kolbenanschlüsse. Infolge der Abnutzung der Zahnräder in Betrieb kann der Stein im Schlitz des Stangenträgers zu Schwingung kommen, immerhin mit sehr kleiner Amplitude. Die dadurch entstehenden Verschleißerscheinungen an der Kontaktfläche sind sehr minimal. Die Nachstellsarbeit ist nicht erforderlich. Die Führungsbuchse (20) bestimmt berichtigend die Geradführung der Stange (11) und bewahrt die Stopfbuchse (21) und die Dichtelemente (12 a) des Arbeitskolbens (12).

Claims (6)

  1. Patentanspruch 1
    Kugelgetriebe-Reihenbauform als Hubkolbenmaschine insbesondere für Kolbenkompressoren mit dem Exzenter, der aus miteinander kraftschlüssig fest verbundenen Zapfenrad (6) und einem Kurbelzapfen (10) sowie einer Gegenmasse (15) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (4) die Planetenradpaare (14, 14 a) in Auge (13, 13 a) enthält, die das Zapfenrad (6) übergreifen und gleichzeitig sich um das gehäusefeste Lagerrad (9) abwälzen, und der Grundzapfen (7) gegenüber mit der primären Drehachse P 1 im Abstand QP 1 = e parallel zur Hauptdrehachse O der Kurbelwelle (16), auf dem der Exzenter drehbar gelagert ist, sich in der Kurbelkröpfung (4 a) ausbildet, und daß die Kurbelwelle (16) im Innenlager (17) des Lagerrades (9) gelagert ist (Fig. 1).
  2. Patentanspruch 2 nach 1
    Kurbelgetriebe-Reihenbauform dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse Q 1 des Kurbelzapfens (10) im Abstand P 1 Q 1 = e von primärer Drehachse P 1 angeordnet ist und der Exzenter um Drehachse P 1 durch Gegenmasse (15) ausgeglichen ist (Fig. 3).
  3. Patentanspruch 3 nach 1 und 2
    Kurbelgetriebe-Reihenbauform dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenradpaare (14, 14 a) durch Verzahnung des Zapfenrad (6) relativ zur Kurbelwelle (16) eine gegenläufig doppelte Winkelgeschwindigkeit bewirken (Fig. 2).
  4. Patentanspruch 4 nach 1, 2 und 3
    Kurbelgetriebe-Reihenbauform dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (7 a) des Grundzapfens (7) im Auge (2 a) der Drehscheibe (2) fest eingeschoben ist, und diese Drehscheibe (2) konzentrisch zur der Kurbelwelle (16) im Gehäuselager (1 a) gelagert ist (Fig. 1).
  5. Patentanspruch 5 nach 1, 2, 3, und 4
    Kurbelgetriebe-Reihenbauform dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Kurbelgetriebe in Reihe angebaut werden kann, bei dem der Zapfen (7 b) des Grundzapfens (7*) in dem gegenüberliegenden Auge (2 b) der Drehscheibe (2) fest eingeschoben ist, und die so paarweise angeordneten Kurbelgetriebe über eine drehfeste Vorrichtung (18) mit einander in Reihe verbunden sind (Fig. 1).
  6. Patentanspruch 6 nach 1, 2, 3, 4 und 5
    Kurbelgetriebe-Reihenbauform dadurch gekennzeichnet, daß
    • a) die Pleuelstange (11) mit dem teilweise gelenkig verbundenen Arbeitskolben (12) am Kurbelzapfen (10) angeschlossen ist (Fig. 3, (Fig. 4).
    • b) die Pleuelstange (11) mit dem fest verbundenen Arbeitskolben (12) über einen einteiligen Stangenträger (3 b) und einen im Schlitz (3 a) des Stangenträgers (3 b) untergebrachten dreh-und-gleitenden ebenfalls einteiligen Stein (3) am Kurbelzapfen (10*) angeschlossen ist (Fig. 5, Fig. 6).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2720284C3 (de) * 1977-05-05 1981-05-27 Huf, Franz, Prof. Dipl.-Ing., 7750 Konstanz Schubkurbelsystem-Baureihe
DE3619488A1 (de) * 1986-02-27 1987-03-05 Toan Dat Tran Kurbelgetriebe-geradeschubsystem

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DE3619488A1 (de) * 1986-02-27 1987-03-05 Toan Dat Tran Kurbelgetriebe-geradeschubsystem

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