DE3930560A1 - Rollkolbenmaschine, insbesondere rollkolbenpumpe, als lader fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rollkolbenmaschine, insbesondere eine als Lader für Kraftfahrzeuge vorge­ sehene Rollkolbenpumpe, mit einer Exzenterwelle und ei­ nem auf dem Exzenter der Exzenterwelle drehbar gelagerten Rollkolben, welcher gegen eine Innenmantelfläche eines Gehäuses abrollbar anliegt und bei der die Innenmantel­ fläche eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung auf­ weist, zwischen denen ein gegen den Rollkolben anliegen­ der, in Führungen des Gehäuses in Richtung des Rollkol­ bens verschiebbarer Schieber angeordnet ist.

Eine solche Rollkolbenmaschine ist Gegenstand der DE-GM 19 74 124.

Die Rollkolbenmaschine nach dem genannten Gebrauchs­ muster ist als Pumpe ausgebildet. Ihr Schieber wird von mehreren, kräftigen Druckfedern in Anlage an den Rollkol­ ben gehalten. Dadurch wird zwar eine sehr gute Dichtheit erreicht, jedoch neigt der Schieber durch hohe Reibkräfte verstärkt zum Verschleiß. Wählt man zur Verringerung der Reibung Federn mit geringerer Stärke, so kann der Schie­ ber wegen der zu geringen Federkraft dem rotierenden Kol­ ben bei entsprechend hohen Drehzahlen nicht mehr folgen. Der entstehende Spalt führt dazu, daß die Rollkolbenma­ schine undicht wird und ihr Wirkungsgrad abnimmt.

Um die Reibung und die Laufgeräusche herabzusetzen, ist bei der bekannten Rollkolbenmaschine der Schieber gegen­ über der radial zur Achse der Exzenterwelle verlaufenden Richtung geringfügig geneigt. Das Problem des Abhebens des Schiebers bei hohen Drehzahlen wird hierdurch jedoch nicht gelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rollkol­ benmaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ihr Schieber auch bei hohen Drehzahlen möglichst gut gegenüber dem Rollkolben dichtet, ohne daß dadurch hohe Reibkräfte auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Exzenterwelle über ein die Hubbewegungen des Schie­ bers steuerndes Getriebe mit dem Schieber verbunden ist.

Dadurch, daß der Schieber über ein Getriebe mit der Exzenterwelle verbunden ist, folgt er zwangsweise der Bewegung des Rollkolbens. Er braucht deshalb nicht mehr durch kräftige Druckfedern in Anlage an den Rollkolben gehalten zu werden. Dadurch können Reibkräfte zwischen dem Schieber und dem Rollkolben herabgesetzt oder sogar ganz ausgeschlossen werden. Deshalb benötigt die Rollkol­ benmaschine im Falle der Ausbildung als Pumpe eine gerin­ gere Antriebsleistung als die bekannte Pumpe. Weiterhin wird sie wegen der geringeren Reibung mit geringeren Kräften beaufschlagt, so daß sie schwächer dimensioniert werden kann und deshalb kostengünstiger herstellbar ist.

Da der Schieber mit der Exzenterwelle zwangsweise gekop­ pelt ist, folgt er auch bei hohen Drehzahlen zwangsläuf­ fig der Bewegung des Rollkolbens, so daß die erfindungs­ gemäße Rollkolbenmaschine sich insbesondere auch für hohe Drehzahlen eignet. Sie kann deshalb besonders vor­ teilhaft als Lader für einen Kraftfahrzeugmotor einge­ setzt werden.

Das Getriee kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise nach Art einer Nockensteuerung. Besonders einfach ist das Getriebe jedoch ausgebildet, wenn es durch einen auf der Exzenterwelle zum ersten Exzenter gleich ausgerichteten, eine Pleuelstange lagernden Ex­ zenter gebildet und wenn das freie Ende der Pleuelstange mit dem Schieber verbunden ist. Ein solches Getriebe be­ nötigt keine schwierig herzustellenden und mit engen Toleranzen zu fertigende Teile und ergibt eine insgesamt kleine Rollkolbenmaschine.

Die geringen Wegdifferenzen in der Vertikalen zwischen dem der Exzenterwelle abgewandten, am Schieber befestig­ ten Ende der Pleuelstange und dem Rollkolben können ge­ maäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung da­ durch ausgeglichen werden, daß das Ende der Pleuelstange unter Zwischenhschaltung einer den Schieber in Richtung des Rollkolbens vorspannenden Feder mit dem Schieber ver­ bunden ist. Durch dieses Merkmal läßt sich eine völlige Dichtheit zwischen Schieber und Rollkolben erzielen, ohne daß dadurch wie beim eingangs angeführten Stand der Technik hohe Reibkräfte zwischen Schieber und Rollkolben wirken.

Da nur geringe Relativbewegungen zwischen dem Schieber und dem Pleuelstangenende erforderlich sind, kann man die Feder vorteilhafterweise als Wellfeder ausbilden, welche gegen die dem Rollkolben abgewandte Kante des Schiebers und einem mit dem freien Ende der Pleuelstange verbundenen Kupplungsteil anliegt.

Vorteilhaft ist es auch, wenn zu beiden Stirnseiten des Schiebers jeweils eine auf einem Exzenter gelagerte Pleuelstange angeordnet ist und diese jochartig durch das Kupplungsteil miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine besonders stabile Lagerung mit geringem Auf­ wand erreicht.

Zur weiteren Vereinfachung der Rollkolbenmaschine trägt es bei, wenn das Kupplungsteil ein über den Schieber greifendes U-Profil ist.

Die Relativbewegungen zwischen dem Ende der Pleuelstan­ gen und dem von der Feder gegen den Rollkolben gehalte­ nen Schieber sind besonders gering, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Mittellinie des Schiebers die Mittenebene der Exzenterwelle in Dreh­ richtung auf der Schieberseite in einem Abstand schnei­ det, der in etwa der Hälfte der Exzentrizität der Exzen­ terwelle entspricht. Dieser Versatz kann entweder durch eine Schrägstellung des Schiebers oder durch eine Par­ allelverschiebung erreicht werden.

Eine Rückströmung zwischen Auslaß und Einlaß kann auf einfache Weise dadurch vermieden werden, daß der Schie­ ber an seinem dem Rollkolben zugewandten Ende einen tangential ausgerichteten Steg aufweist, welcher im in das Gehäuse eingefahrenen Zustand des Schiebers die Aus­ laßöffnung oder Einlaßöffnung verschließt. Auch läßt sich eine kostengünstige Herstellung des Gehäuses der Rollkol­ benmaschine vorteilhaft dadurch erreichen, daß der Schie­ ber eine Wand des Auslaßkanals und/oder des Einlaßkanals bildet.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. In ihr zeigt die

Fig. 1 einen horizontalen Schnitt durch eine Roll­ kolbenmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch die Rollkol­ benmaschine entlang der Linie II-II in der Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch die Rollkolbenmaschine, bei der sich ihr Roll­ kolben in unterster Stellung befindet,

Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3 mit einem gegen­ über Fig. 3 um 90 Grad gedrehten Rollkolben,

Fig. 5 die Anordnung gemäß Fig. 3 mit einem gegen­ über Fig. 3 um 180 Grad gedrehten Rollkolben,

Fig. 6 die Anordnung gemäß Fig. 3 mit einem gegen­ über Fig. 3 um 270 Grad gedrehten Rollkolben.

In Fig. 1 ist ein Gehäuse 1 einer Rollkolbenmaschine dargestellt, in welchem eine Exzenterwelle 2 drehbar ge­ lagert ist. Diese Exzenterwelle 2 hat zwei mittlere Exzenter 3, 4 und zwei äußere Exzenter 5, 6. Alle Exzen­ ter 3 bis 6 haben gleiche Exzentrizität und sind zur gleichen Seite hin ausgerichtet.

Auf den mittleren Exzentern 3, 4 ist ein Rollkolben 7 drehbar gelagert, welcher mit seiner Außenmantelfläche abrollbar gegen eine zylindrische Innenmantelfläche 8 anliegt. Stirnseitig liegt der Rollkolben 7 dichtend gegen Endscheiben 9, 10 an.

Auf den äußeren Exzentern 5, 6 ist jeweils eine Pleuel­ stange 11, 12 drehbar gelagert. Die dem Exzenter 5, 6 je­ weils abgewandten Enden der Pleuelstangen 11, 12 sind jochartig durch ein als u-förmige Rinne ausgebildetes Kupplungsteil 13 miteinander verbunden, in welches unter Zwischenschaltung einer als Wellfeder ausgebildeten Feder 14 ein Schieber 15 eingesetzt ist. Dieser Schieber 15 ist im Gehäuse 1 zum Rollkolben 7 hin verschieblich angeordnet und liegt mit seiner der Feder 14 abgewandten Kante gegen den Rollkolben 7 an. Die Feder 14 spannt ihn mit geringer Kraft gegen diesen Rollkolben 7 vor. Dreht sich die Exzenterwelle 2, so bewegen sich die Pleuel­ stangen 11, 12 aufgrund der Exzentrizität der äußeren Exzenter 5, 6 auf und ab, so daß der Schieber 15 ent­ sprechend auf und ab verschoben wird.

Die Funktionsweise der Rollkolbenmaschine ist am leich­ testen anhand der Fig. 2 zu verstehen. Diese zeigt, daß das Gehäuse 1 einen Einlaßkanal mit Einlaßöffnung 16 und dicht daneben einen Auslaßkanal mit Auslaßöffnung 17 hat. Zwischen diesen Öffnungen 16, 17 befindet sich der Schie­ ber 15, welcher gegen den Rollkolben 7 anliegt. Die Fig. 2 läßt weiterhin das untere Ende der Pleuelstange 12 mit dem u-förmig ausgebildeten Kupplungsteil 13 und der in ihm zwischen dem Schieber 15 und der ihm abgewandten Bodenflä­ che des Kupplungsteils 13 eingelegten Feder 14 erkennen.

Der Schieber 15 hat auf seiner gegen den Rollkolben 7 an­ liegenden Seite einen tangential ausgerichteten, nasen­ artigen Steg 18. Wird der Schieber 15 durch die Rollbe­ wegung des Rollkolbens 7 nach außen verschoben, so ver­ schließt dieser Steg 18 die Auslaßöffnung 17 und verhin­ dert dadurch eine Strömung vom Auslaß zum Einlaß. In Fig. 2 ist des weiteren zu erkennen, daß die Mittellinie 19 des Schiebers 15 nicht zur Drehachse 20 der Exzenter­ welle 2 führt. Der Schieber 15 ist vielmehr etwas nach links gekippt, so daß seine Mittellinie 19 die Mitten­ ebene 21 der Exzenterwelle 2 in einem solchen Abstand schneidet, der in etwa der halben Exzentrizität der Exzenterwelle 2 entspricht. Zur Verdeutlichung der Ver­ hältnisse ist in Fig. 2 mit 22 ein Exzenterkreis posi­ tioniert, also der Kreis gekennzeichnet, den die Mittel­ punkte der Exzenter 3, 4, 5, 6 bei einer vollen Drehung der Exzenterwelle 2 beschreiben.

Die Rollkolbenmaschine gemäß dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel soll als Pumpe arbeiten. Die Exzenterwelle 2 wird hierzu im Uhrzeigersinn angetrieben. Zwischen dem Rollkolben 7 und der Innenmantelfläche 8 des Gehäuses 1 befindet sich dann auf der rechten Seite des Schiebers 15 eine Auslaßkammer 23 und auf der linken Seite des Schiebers 15 eine Einlaßkammer 24. Durch die Drehung der Exzenterwelle 2 rollt der Rollkolben 7 derart auf der Innenmantelfläche 8 ab, daß der aus seiner in Fig. 2 gezeigten obersten Stellung zunächst in eine mittlere, rechte Stellung, dann in eine unterste Stellung, an­ schließend in eine mittlere, linke Stellung und danach wieder in die oberste Stellung gelangt. Während der 180- Grad-Drehbewegung verkleinert sich daß Volumen der Aus­ laßkammer 23, so daß das in ihm eingeschlossene Gas zur Auslaßöffnung 17 gefördert wird. Bei der sich anschlie­ ßenden 180-Grad-Drehung vergrößert sich das Volumen der Einlaßkammer 24 kontinuierlich, so daß über die Einlaß­ öffnung 16 angesaugt wird.

Bei den Skizzen gemäß den Fig. 3 bis 6 verläuft die Mittellinie 19 des Schiebers 15 parallel zur Radialrich­ tung. In Fig. 3 befindet sich der Rollkolben 7 in seiner untersten Stellung. Entsprechend befindet sich der Schieber 15 in seiner untersten Stellung. Die ihn verschiebende Pleuelstange 12 wurde in den Fig. 3 bis 6 jeweils gestrichelt dargestellt. In Fig. 4 befindet sich der Rollkolben 7 in seiner linken, mittleren Stel­ lung. Die Pleuelstange 12 hat sich dabei auf dem Exzen­ terkreis 22 nach oben verschoben und entsprechend den Schieber 15 angehoben.

Maximal angehoben ist der Schieber 15 durch die Pleuel­ stange 12 in der in Fig. 5 gezeigten, oberen Position des Rollkolbens 7. In der rechten, mittleren Stellung des Rollkolbens 7, welche in Fig. 6 wiedergegeben wurde, befindet sich der Schieber 15 wieder in einer mittleren Position. Da die Pleuelstange 12 bei Drehung der Exzenterwelle 1 eine pendelnde Bewegung ausführt und der Rollkolben 7 seine tiefste Stelle nicht immer auf der Verbindungslinie zwischen der Drehachse 20 und dem Schieber 15 hat, kommt es zu geringfügigen Höhendiffe­ renzen zwischen dem unteren Ende der Pleuelstange 12 und der Unterkante des Schiebers 15. Diese Höhendifferenzen werden durch die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Feder 14 ausgeglichen.

Claims (9)

1. Rollkolbenmaschine, insbesondere als Lader für Kraft­ fahrzeuge vorgesehene Rollkolbenpumpe, mit einer Exzen­ terwelle und einem auf einen Exzenter der Exzenterwelle drehbar gelagerten Rollkolben, welcher gegen eine Innen­ mantelfläche eines Gehäuses abrollbar anliegt und bei der die Innenmantelfläche eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist, zwischen denen ein gegen den Rollkolben anliegender, in Führungen des Gehäuses in Richtung des Rollkolbens verschiebbarer Schieber ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenter­ welle (2) über ein die Hubbewegungen des Schiebers (15) steuerndes Getriebe (Pleuelstangen 11, 12) mit dem Schieber (15) verbunden ist.

2. Rollkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Getriebe durch einen auf der Exzen­ terwelle (2) zum ersten Exzenter (3, 4) gleich ausge­ richteten, eine Pleuelstange (11, 12) lagernden Exzenter (5, 6) gebildet und daß das freie Ende der Pleuelstange (11, 12) mit dem Schieber (15) verbunden ist.

3. Rollkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ende der Pleuelstange (11, 12) unter Zwischenschaltung einer den Schieber (15) in Richtung des Rollkolbens (7) vorspannenden Feder (14) mit dem Schieber (15) verbunden ist.

4. Rollkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feder (14) eine Wellfeder ist, welche gegen die dem Rollkolben (7) abgewandte Kante des Schie­ bers (15) und einem mit dem freien Ende der Pleuelstange (11, 12) verbundenen Kupplungsteil (13) anliegt.

5. Rollkolbenmaschine nach zumindest einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Stirnseiten des Schiebers (15) jeweils eine auf einem Exzenter (5, 6) gelagerte Pleuelstange (11, 12) angeordnet ist und diese jochartig durch das Kupplungs­ teil (13) miteinander verbunden sind.

6. Rollkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kupplungsteil (13) ein über den Schie­ ber (15) greifendes U-Profil ist.

7. Rollkolbenmaschine nach zumindest einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie (19) des Schiebers (15) die Mittenebene (21) der Exzenterwelle (2) in Drehrichtung auf der Schieber­ seite in einem Abstand schneidet, der in etwa der Hälfte der Exzentrizität der Exzenterwelle (2) entspricht.

8. Rollkolbenmaschine nach zumindest einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (15) an seinem dem Rollkolben (7) zugewandten Ende einen tangential ausgerichteten Steg (18) aufweist, welcher im in das Gehäuse (1) eingefahrenem Zustand des Schiebers (15) die Auslaßöffnung (17) oder Einlaßöffnung (16) verschließt.

9. Rollkolbenmaschine nach einem oder mehreren der vor­ angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (15) eine Wand des Auslaßkanals (17) und/oder des Einlaßkanals (16) bildet.