DE3821125A1 - Antriebsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für eine exzentrisch angetriebene Masse gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Bei Verdrängermaschinen für kompressible Medien, die als Lade­ geräte für die Motoren von Personenkraftfahrzeugen (z.B. "MTZ", Motortechnische Zeitschrift, 1985, Seiten 323-327) verwendet werden, ist es bekannt, eine aus zwei Exzentervorrichtungen bestehende Antriebsanordnung zu benutzen. Dabei ist die erste Exzentervorrichtung zwischen einer zentralen Antriebswelle und der angetriebenen Masse vorgesehen, die hier als an beiden Stirnseiten mit spiralförmigen Verdrängerleisten versehene Scheibe ausgebildet ist. Die zweite Exzentervorrichtung ist zwischen einer parallel zur Antriebswelle und winkelsynchron zu dieser angetriebenen Nebenwelle und einem am Außenumfang der Scheibe vorgesehenen Lagerauge angeordnet. Die Antriebs­ welle und die Nebenwelle sind miteinander durch einen Zahn­ riementrieb verbunden und die Exzentrizität der beiden Exzenter­ vorrichtungen ist gleichgroß.

Zur Vermeidung von unzulässig hohen Belastungen der bewegten Teile, die infolge Toleranzsummierung bei der Fertigung oder auch infolge von Wärmedehnungen der angetriebenen Masse zwischen den beiden Exzentervorrichtungen auftreten können, kann die Lagerung der Nebenwelle, oder aber auch die Halterung der zweiten Exzentervorrichtung an der Nebenwelle bzw. an der angetrie­ benen Masse mittels einer elastischen Bettung nach dem Vorbild der DE-OS 31 07 231 erfolgen.

Nun hat sich jedoch gezeigt, daß sich infolge der beim Betrieb eines solchen Verdrängerladers ergebenden Durchbiegung der Antriebswelle im Bereich der angetriebenen Masse eine tatsäch­ liche Vergrößerung des Kurbelradius einstellt, mit dem die angetriebene Masse von der Antriebswelle angetrieben wird. Dabei wird die Durchbiegung und damit auch der Kurbelradius umso größer, je größer die Drehzahl der Antriebswelle ist. Da sich aber die Nebenwelle mit der Exzentrizität e _NW nicht dem sich im Belastungsfall vergrößernden Kurbelradius der An­ triebswelle anpassen kann, wirkt während einer Umdrehung der Antriebswelle auf die elastische Bettung des Führungslagers der zweiten Exzentervorrichtung in der angetriebenen Masse eine sinusförmige Deformationskraft. Bei hohen Laderdrehzahlen wird demnach das als Bettung vorgesehene Gummielement mit einer hochfrequenten schwellenden Belastung beaufschlagt, die leicht zur Zerstörung des Gummielementes führen kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Antriebsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Bauart so auszuführen, daß sich die Exzentrizität der zweiten Exzentervorrichtung im wesentlichen der durch die Wellendurchbiegung der Antriebswelle scheinbar vergrößerten Exzentrizität der ersten Exzentervorrichtung im wesentlichen anpaßt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Dadurch, daß erfindungsgemäß Mittel zur selbsttätigen Veränderung der Exzentrizität der zweiten Exzentervorrichtung vorgesehen sind, ergibt sich die Möglichkeit, beim Auftreten einer Wellendurchbiegung an der Antriebswelle und einer dadurch verursachten faktischen Vergrößerung der Exzentrizität der ersten Exzentervorrichtung sich selbsttätig dieser Exzentrizitätsvergrößerung anzupassen und dadurch das Auftreten von unzulässigen Lagerbelastungen im Bereich der zweiten Exzentervorrichtung zu vermeiden. Durch das Vorsehen solcher Mittel, die zweckmäßigerweise zwischen der Nebenwelle und der durch einen Exzenterzapfen gebildeten zweiten Exzenter­ vorrichtung angeordnet sein können und beispielsweise durch ein Drehgelenk oder aber auch durch ein in einer Radialführung verstellbares Gleitelement gebildet sein können, kann nicht nur eine Überbelastung der elastischen Bettung im Bereich der zweiten Exzentervorrichtung vermieden werden, sondern sogar gänzlich auf die Anordnung einer solchen elastischen Bettung verzichtet werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Merkmalen der übrigen Unteransprüche.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen gezeigt. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Antriebsanordnung gemäß der Erfindung am Beispiel einer bekannten Verdrängermaschine,

Fig. 2 die durch ein Drehgelenk gebildeten Mittel zur Veränderung der Exzentrizität der zweiten Exzen­ tervorrichtung in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Ansicht auf die Stirnseite des Drehgelenks nach Fig. 2,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Drehgelenks in einer Stirnansicht,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch das Drehgelenk gemäß der Fig. 4,

Fig. 6 eine Stirnansicht einer Exzenterverstellvorrich­ tung mit einem in einer Radialführung verstell­ baren Gleitelement und

Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Exzentrizitätsver­ stellvorrichtung nach Fig. 6.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind jeweils gleiche oder vergleichbare Bauteile mit den gleichen, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Strichen markierten Bezugszeichen ver­ sehen. Dabei zeigt die Fig. 1 der Zeichnung in einem Längs­ schnitt eine als Lader für eine Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftfahrzeugs verwendbare Verdrängermaschine mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung. In der Zeichnung ist mit 1 die Verdrängermaschine insgesamt bezeichnet, deren Gehäuse 2 durch eine mittlere, radiale Teilfuge in zwei Gehäusehälften 2 a und 2 b unterteilt ist. Zwischen den beiden Gehäusehälften 2 a, 2 b ist ein scheibenförmiger Läufer 3 gehalten, der mit einer zentralen Nabe 4 unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 6 auf einem Exzenterbund 7 einer Antriebswelle 5 gelagert ist.

In den beiden Gehäusehälften 2 a, 2 b sind nach Art spiralförmig verlaufender Schlitze ausgebildete Verdrängerkammern 8 angeord­ net. In diese Verdrängerkammern 8 greifen ebenfalls spiralförmig ausgebildete, steg- oder leistenartige Verdrängerkörper 9 ein, die an dem scheibenförmigen Läufer 3 im wesentlichen senkrecht von diesem abstehend gehalten sind. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführung sind dabei auf jeder Seite des Läufers zwei solcher spiralförmiger Verdrängerkörper 9 und demzufolge auch in jedem Gehäuseteil 2 a, 2 b jeweils zwei spiralförmige Verdrängerkammern 8 angeordnet.

Mit 10 und 11 sind zwei Lager der Antriebswelle 5 angegeben, die jeweils beiderseits des Exzenterbundes 7 und zweier benach­ bart zum Exzenterbund 7 angeordneter Ausgleichgewichte 12, 13 vorgesehen sind. Diese Ausgleichgewichte 12, 13, die zum Ausgleich der infolge des exzentrischen Antriebes des Läufers 3 verursachten umlaufenden Zentrifugalkraft vorgesehen sind, laufen in Räumen 15 a, 15 b um, die untereinander über in dem scheibenförmigen Läufer 3 angeordnete Durchbrüche 14 verbunden sind. Die Räume 15 a, 15 b stehen darüberhinaus mit wenigstens einem in der Gehäusehälfte 2 b vorgesehenen Austrittsstutzen 16 in Verbindung. Die Räume 15 a und 15 b dienen als Sammelraum für das von dem Verdrängerlader während des Antriebs geförder­ ten Arbeitsmediums, das aufgrund der Antriebsbewegung des Ver­ drängerkörpers 9 in den Verdrängerkammern 8 von einem im äußeren Bereich des Gehäuses 2 vorgesehenen Einlaßraum 17 über die spiralförmigen Verdrängerkammern 8 nach innen gefördert wird.

Zur Führung des scheibenförmigen Läufers 3 dient eine zweite Exzenteranordnung, die hier durch einen an einer parallel zur Antriebswelle 5 im Gehäuse 2 a gehaltenen Nebenwelle 19 angeord­ neten Exzenterzapfen 21 gebildet ist, der über ein Lager 22 an einem am Außenumfang des Läufers 3 angeordneten Lagerauge 23 eingreift. Zwischen dem Lagerauge 23 und dem Lager 22 kann noch ein Zwischenring 25 vorgesehen sein, der in dem Lagerauge 23 über eine z.B. durch ein ringförmiges Gummielement gebildete elastische Bettung 24 gehalten ist. Die Nebenwelle 19 wird von der Antriebswelle 5 über einen Zahnriementrieb 18 winkel­ synchron angetrieben.

Durch die zweite Exzentervorrichtung erfährt der scheibenförmige Läufer 3 bei seinem Antrieb durch den Exzenterbund 7 der An­ triebswelle 5 eine translatorische Zwangsbewegung, bei der alle Punkte des Läufers 3 Kreise mit dem Durchmesser der doppel­ ten Exzentrizität beschreiben. Auch jeder Punkt der Außenkontur der an dem scheibenförmigen Läufer 3 gehaltenen Verdrängerkörper 9 führt eine von den Umfangswänden der Verdrängerkammern 8 begrenzte Kreisbewegung aus, wobei sich zwischen den mit unter­ schiedlichen Krümmungen versehenen Verdrängerkammern 8 und Verdrängerkörpern 9 mehrere sichelförmige, beim Antrieb des Läufers 3 radial von außen nach innen durch die Verdrängerkammern 8 bewegende Arbeitsräume bilden.

Damit nun diese translatorische Bewegung des scheibenförmigen Läufers 3 ausgeführt werden kann, muß die Exzentrizität der ersten Exzenteranordnung e _AW , mit dem die Antriebswelle 5 den Läufer 3 antreibt im wesentlichen genauso groß sein wie die Exzentrizität der zweiten Exzenteranordnung e _NW , mit der der Läufer 3 in seinem radial äußeren Bereich von der Nebenwelle 19 geführt wird. Nun ergibt sich jedoch beim Betrieb der Ver­ drängermaschine unter Belastung eine Durchbiegung der Antriebs­ welle, die umso größer wird, je höher die Drehzahl der Antriebs­ welle ist. Diese Wellendurchbiegung bewirkt eine scheinbare Vergrößerung der Exzentrizität der ersten Exzentervorrichtung, da der Läufer dann mit einem größeren Kurbelradius angetrieben wird. Um nun zu verhindern, daß diese im Betrieb auftretende scheinbare Vergrößerung der Antriebsexzentrizität zu einer Überbelastung der an sich nur zum Ausgleich von Fertigungs­ toleranzen sowie zur Kompensation unterschiedlicher Wärmedeh­ nungen der Bauteile vorgesehenen elastischen Bettung 24 führt, soll zwischen der Nebenwelle 19 und dem Exzenterzapfen 21 ein Mittel zur selbsttätigen Anpassung der Exzentrizität der zweiten Exzentervorrichtung vorgesehen sein, das in der Fig. 1 insge­ samt mit 20 bezeichnet ist. Dieses Mittel kann, wie näher aus den Fig. 2 bis 7 hervorgeht, als Drehgelenk oder aber auch als Schiebegelenk ausgeführt sein.

So ist in den Fig. 2 bis 3 eine Ausführung eines Drehge­ lenks 20 gezeigt, das aus einer an einem Wellenbund 26 der Nebenwelle 19 schwenkbar gehaltenen Gelenkscheibe 27 besteht. An dieser Gelenkscheibe 27, die mit einem an ihr exzentrisch befestigten Drehzapfen 28 in ein exzentrisches Zapfenloch 29 des Wellenbundes 26 eingreift, ist auf der dem Wellenbund 26 abgewandten Seite der in das Lagerauge 23 des scheibenförmigen Läufers 3 eingreifende Exzenterzapfen 21 gehalten. Die Gelenk­ scheibe 27 weist darüberhinaus ein in einer Führung 31 des Wellenbundes 26 gleitendes Gleitelement 30 auf, das eine Ver­ schwenkung der Gelenkscheibe 27 gegenüber dem Wellenbund 26 nur in einem begrenzten Schwenkwinkelbereich zuläßt. Diese Relativverschwenkung der Gelenkscheibe 27 gegenüber dem Wellen­ bund 26 erfolgt dabei um den Drehzapfen 28, wobei der Mittel­ punkt des Exzenterzapfens 21 eine mit 33 bezeichnete kreisbogen­ förmige Bahn beschreibt, bei der die Exzentrizität e _NW verändert wird. Durch die begrenzte Führung des Gleitelements 30 der Gelenkscheibe 27 in der Führung 31 des Wellenbundes 26 wird dabei die Veränderung der Exzentrizität der zweiten Exzentervor­ richtung begrenzt. Mit 32 ist noch ein am radial unteren Rand der Gelenkscheibe 27 vorgesehenes Gegengewicht zur Kompensation der im Betrieb auftretenden Fliehkräfte angedeutet.

Bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 wird das Drehgelenk 20′ in ähnlicher Weise wie bei der Ausführung nach den Fig. 2 und 3 aus zwei gegeneinander verschwenkbaren Scheiben gebil­ deten, nämlich aus dem starr an der Nebenwelle 19 befestigten scheibenförmigen Wellenbund 35 und einer gegenüber diesem um einen exzentrischen Drehzapfen 38 verschwenkbaren Gelenkscheibe 36. Hierbei ist der Drehzapfen 38 fest an dem Wellenbund 35 befestigt und greift in eine exzentrische Durchgangsbohrung 39 der Gelenkscheibe 36 ein. An der Gelenkscheibe 36 ist wiederum auf der dem Wellenbund 35 abgewandten Stirnseite der Exzenter­ zapfen 21′ befestigt, der in hier nicht dargestellter Weise wiederum in das Lagerauge 23 des scheibenförmigen Läufers 3 eingreift. Die Gelenkscheibe 36 weist bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 einen den Wellenbund 35 übergreifenden Randkragen 37 auf, dessen Innenkontur so bemessen ist, daß die Gelenkscheibe 36 gegenüber dem Wellenbund 35 eine Schwenk­ bewegung um den Drehzapfen 38 mit einem festlegbaren Schwenk­ winkel ausführen kann. Während dieser Verschwenkbewegung der Gelenkscheibe 36 wird die Exzentrizität e _NW der zweiten Exzenter­ vorrichtung verändert.

In den Fig. 6 und 7 schließlich ist ein insgesamt mit 20′′ bezeichnetes Schiebegelenk zur Veränderung der Exzentrizität e _NW des Exzenterzapfens 21′′ dargestellt. Dabei ist der Exzenter­ zapfen 21′′ an einem in einer Radialführung 42 eines starr mit der Nebenwelle 19 verbundenen Wellenbundes 40 radial ver­ stellbaren Gleitelement 41 gehalten, das bei seiner Verschiebung unmittelbar eine Veränderung der Exzentrizität e _NW des Exzenter­ zapfens 21′′ verursacht. Gegebenenfalls kann das Gleitelement 41, wie hier nicht weiter dargestellt ist, von einer Feder belastet sein, um eine eindeutige Ausgangslage des Gleitelements in der Führung 42 sicherzustellen. Eine solche Federbeaufschla­ gung könnte auch bei den in den Fig. 2, 3 und 4, 5 gezeigten Drehgelenken vorgesehen sein.

Die von der Erfindung vorgeschlagenen Dreh- bzw. Schiebegelenke ermöglichen es, eine während des Betriebs der Verdrängermaschine infolge Durchbiegung der Antriebswelle erzeugte Vergrößerung des Antriebskurbelradius praktisch kraftfrei auszugleichen, indem sich dann das Gelenk auf die scheinbare Vergrößerung der Exzentrizität einstellt. Dabei wird die Winkellage des Antriebswellenexzenters nach wie vor über den Zahnriementrieb 18 auf die Nebenwelle 19 übertragen. Da das Dreh- bzw. Schiebe­ gelenk in Höhe des Exzenterzapfens angeordnet ist, wird bei einer kleinen Veränderung der Exzentrizität die Synchronisation der beiden Exzenterwellen kaum beeinträchtigt. Durch Verlagerung des Drehgelenks kann aber auch ein gezieltes Vor- oder Nacheilen der Nebenwelle erreicht werden. Infolge des mit der Erfindung erreichten selbsttätigen Ausgleichs der Antriebsexzentrizitäts­ veränderung kann jetzt auch auf die elastische Bettung des Exzenterzapfens in dem Lagerauge des Läufers verzichtet werden, da die erfindungsgemäß vorgesehenen Gelenke selbstverständlich auch Toleranz- und Wärmedehnungsdifferenzen aufnehmen können. Der Verstellbereich der Gelenke wird dabei beschränkt, um ein Anlaufen der Verdrängerkörper an den Verdrängerkammerwänden zu vermeiden.

Claims (7)

1. Antriebsanordnung für eine exzentrisch angetriebene Masse mit einer Antriebswelle, die über eine erste Exzentervorrich­ tung die Masse antreibt, und mit einer mit der Antriebswelle drehwinkelsynchron verbundenen Nebenwelle, die über eine mit Abstand zur ersten Exzentervorrichtung angeordnete zweite Exzentervorrichtung die Masse zwangsschlüssig führt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (20; 20′; 20′′) zur selbsttätigen Veränderung der Exzentrizität der zweiten Exzentervorrichtung (21) vorgesehen sind.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (20; 20′; 20′′) zwischen der Nebenwelle (19) und der durch einen Exzenterzapfen (21) gebildeten zweiten Exzentervorrichtung angeordnet sind.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch ein Drehgelenk (20; 20′) gebildet sind.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehgelenk (20; 20′) aus einem gegenüber der Neben­ welle (19) um einen exzentrischen Drehpunkt (28, 29; 38, 39) verschwenkbaren, den Exzenterzapfen (21; 21′) aufweisen­ den Gelenkteil (27; 36) besteht.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkteil (27; 36) um einen begrenzten Schwenk­ winkel um den Drehpunkt (28, 29; 38, 39) verschwenkbar ist.

6. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem in einer Führung (42) eines Teils (40) der Nebenwelle (19) radial verstellbaren, den Exzenter­ zapfen (21′′) aufweisenden Gleitelement (41) gebildet sind.

7. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitelement (41) entgegen einer Feder verstellbar ist.