DE69207392T2 - Pleuelstange fuer kleine kolbenmaschinen, insbesondere verdichter fuer kaelteanlagen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange zum Verbinden eines Kurbelzapfens einer Kurbelwelle einer kleinen Kolbenmaschine mit einem Zapfen eines Kolbens der Maschine, wobei die Pleuelstange zwei gesonderte Teile umfaßt, von denen ein erster ein großes Ende mit einem Auge zum Verbinden mit dem Kurbelzapfen aufweist und von denen ein zweiter einen Schaft mit einem kleinen Ende mit einem Auge zum Verbinden mit dem Kolbenzapfen aufweist, wobei die zwei Teile komplementäre Gebilde aufweisen, die gegenseitig durch Formschluß in Eingriff stehen und getrennt werden können, sodaß sich die Teile entlang einer Linie bewegen, die mit der Achse des Schaftes zusammenfällt, und die es den beiden Teilen erlauben, relativ zueinander in einer Mittelebene zu verschwenken, die die Achsen der zwei Augen enthält, wobei die Pleuelstange weiters eine im wesentlichen Uförmige Federspange aus Metalldraht umfaßt, die die beiden Teile mittels ihrer komplementärer Gebilde in Verbindung hält.
• Eine Pleuelstange dieses Typs ist aus dem Dokument GB-A 2 078 337, IT-B-1 128 818 und US-A-4,407,168 bekannt.
• Bei der bekannten Pleuelstange ist ein Ende des Schaftes das dem großen Ende entspricht, gabelförmig ausgebildet. Die komplementären Gebilde, die durch Formschluß gegenseitig in Eingriff stehen, werden einerseits von einem Paar geformter Stifte in diametral gegenüberliegenden Lagen am großen Ende und andererseits durch Aufnahme in den Zinken der Gabel zur Aufnahme der entsprechenden Stifte gebildet. Die Federspange enthält einen Steg, der in eine Nut im Schaft der Pleuelstange in der Nähe der Gabel eingreift, wobei das Ende jedes Armes der Spange gekrümmt ist, um um die Stifte herum einzuschnappen und den Stift in der Aufnahme zu halten.
• Diese bekannte Pleuelstange hat den Vorteil, daß ihre gelenkige Struktur jeden Mangel an Rechteckigkeit oder schlechter Ausrichtung der Achse des Zylinders relativ zur Achse der Kurbelwelle ausgleicht, da der Schaft der Pleuelstange relativ zum Auge in seinem großen Ende verschwenken kann.
• Die zwei Teile der bekannte Pleuelstange, die aus gesintertem Stahl sein können, haben eine verhältnismäßig komplexe Form und es wäre wünschenswert, diese zu vereinfachen, um die Herstellungskosten zu verringern. Außerdem ist die Drehverbindung, die das Verschwenken erlaubt, relativ "steif", wobei eine hohe Reibung zwischen den Stiften und den Aufnahmen als Folge des federnden Druckes der Federspange auftritt.
• Ziel der Erfindung ist es, eine Pleuelstange des vorliegenden Typs zu schaffen, bei der die zwei Teile, die aus gesintertem Stahl sein können, viel einfacher in der Form sind und daher leichter herzustellen sind, und bei denen die Verbindung zwischen den zwei Teilen der Pleuelstange "lockerer" ist, da sie eine geringere Reibung aufweist und es daher der Pleuelstange ermöglicht, Fehler in der Stellung der Achse des Zylinders entlang der Achse der Kurbelwelle als auch einen Mangel an Rechteckigkeit und eine seitliche Fehlausrichtung der Achse des Zylinders relativ zur Achse der Kurbelwelle auszugleichen.
• Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel mittels einer Pleuelstange des oben definierten Typs erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die komplementären Gebilde prismatische Gebilde sind, die gegenseitig wie ein Zapfen und eine Nut in Eingriff stehen und die es den beiden Teilen erlauben, sich linear sowohl in der Achse des Schaftes als auch entlang einer zur Achse des großen Endes parallelen Linie zu bewegen und in einer Mittelebene zu verschwenken, daß der Schaft ein Hakengebilde auf beiden Seiten der Mittelebene aufweist, und daß die Arme der U-förmigen Federspange auf beiden Seiten des großen Endes angeordnet sind und Enden aufweisen, die die Hakengebilde des Schaftes halten, wobei der Steg der U-förmigen Spange am großen Ende unter Federkraft an einer Stelle anliegt, die den komplementären Gebilden gegenüberliegt.
• Durch dieses Konzept ist es - wie es aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen klarer werden wird - möglich, eine Pleuelstange herzustellen, die zwei Teile enthält, die aus gesintertem Stahl bestehen und die eine einfache Form aufweisen und somit billiger hergestellt werden können. Die zwei Teile können sich relativ zueinander sowohl winkelmäßig als auch linear in der Ebene bewegen, die die Achsen der beiden Augen entlang zweier senkrechter Linien enthält, von denen die eine mit der Linie zusammenfällt, entlang der sich der Schaft der Pleuelstange erstreckt und von denen die andere parallel zu den Achsen der Kurbelwelle ist, womit es für die Pleuelstange möglich ist, auch Fehler in der Positionierung der Achse des Zylinders entlang der Achse der Kurbelwelle zuzulassen.
• Eine Pleuelstange dieser Art, die aus dem Dokument US- A-4,930,405 bekannt ist, besteht aus zwei Teilen, worin das große Ende einen Zusatz mit einer Nut aufweist, die einen diederförmigen Querschnitt hat und worin das entsprechende Ende des Schaftes der Pleuelstange, welches einen Teil des anderen Teiles bildet, einen Zapfen in der Form eines Dieders darstellt, welche dem der Nut entspricht. Die zwei Teile werden durch eine starre Metalldrahtspange fest zusammengehalten, welche in entsprechenden Nuten im Zusatz des großen Endes und im entsprechenden Ende des Schaftes eingepaßt sind. Als Folge einer solchen starren Verbindung der beiden Teile der Kurbelwelle löst diese Struktur nicht das Problem der Gelenkigkeit zwischen den beiden Teilen.
• Die Erfindung wurde entwickelt für die Anwendung auf Kurbelmechanismen für Kompressoren von Kühlschränken, ist aber auf diese Anwendung nicht beschränkt.
• Die Erfindung wird besser durch Lesen der detaillierten Beschreibung verstanden werden, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen folgt, die lediglich als nichteinschränkendes Beispiel angegeben werden und in denen:
• die Fig. 1 einen teilweise vertikalen Schnitt eines kleinen Kompressors für Kühlschränke darstellt,
• die Fig. 2 eine Teilansicht von oben gemäß dem Pfeil II der Fig. 1 ist, wobei der Zylinder des Kompressors horizontal geschnitten ist,
• die Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Kurbelmechanismus des Kompressors ist, und
• die Fig. 4 ein Teilschnitt in vergrößertem Maßstab des Teiles ist, der in Fig. 1 mit IV bezeichnet ist.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 enthält ein kleiner Kompressor für Kühlschränke ein Gehäuse 10 mit Hauptlagern mit vertikalen Achsen für eine Kurbelwelle 12. Fig. 1 zeigt nur das obere Hauptlager, das mit 14 bezeichnet ist und mit dem eine Hauptlagerstelle 16 des Schaftes 12 verbunden ist. Die vertikale Drehachse des Schaftes 12 ist mit Z-Z bezeichnet.
• Über dem Gehäuse 10 hat die Kurbelwelle 12 das übliche Gegengewicht 18, oberhalb dessen ein Kurbelwellenzapfen 20 liegt. Der Zapfen 20 ist exzentrisch relativ zum Hauptlager 14. Die vertikale Achse des Kurbelwellenzapfens 20 ist mit Z&sub1;-Z&sub1; angezeichnet.
• Im oberen Teil des Gehäuses ist ein Zylinder 22. Die Achse des Zylinders 22, die mit X-X in Fig. 1 bezeichnet ist, liegt horizontal und schneidet zumindest in der Theorie die Achse Z-Z.
• Ein Kolben 24, der im Zylinder vor und zurück gleiten kann, hat einen Zylinderzapfen 26 mit einer vertikalen Achse Z&sub2;-Z&sub2;. Der Kurbelwellenzapfen 20 und der Kolbenzapfen 26 sind über eine Pleuelstange miteinander verbunden, die allgemein mit 28 bezeichnet ist.
• Die Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3, sowie die Fig. 1 und 2 fortgesetzt. Es wird auch für bestimmte Details auf die Fig. 4 bezug genommen, in der diese in einem vergrößerten Maßstab dargestellt sind. Die Teile, die in den Fig. 1 und 2 aufscheinen, wurden mit denselben Bezugsziffern auch in den Fig. 3 und 4 versehen.
• Die Pleuelstange 28 enthält einen ersten Teil, der allgemein mit 30 bezeichnet ist, in der Form eines großen Endes oder Buchse mit einem Auge 32, das drehbar mit dem Kurbelwellenzapfen verbunden ist.
• Die Pleuelstange 28 umfaßt einen zweiten Teil, der in Fig. 3 allgemein mit 34 bezeichnet ist und der einen Schaft 36 und ein kleines Ende 38 bildet. Das kleine Ende 38 hat ein Auge 40, das derart verbunden ist, daß es im Hohlraum des Kolbens 24 gleiten und sich drehen kann.
• Im Hohlraum des Kolbens 24 befindet sich eine U-förmige Federspange, die allgemein mit 42 bezeichnet ist. Die U-förmige Spange 42 umgibt das kleine Ende 38 und umfaßt zwei Federarme 44 mit jeweils Löchern 46 für den Durchtritt des Kolbenzapfens 26. Die beiden Arme 44 sind derart geformt, daß sie gegen die Wände des Hohlraums im Kolben 24 drücken und das kleine Ende 28 federnd im Hohlraum im Kolben 24 zentriert halten.
• Das gegenuberliegende Ende des Schaftes 34 weist vom schmalen Ende 38 aus seitliche Vorsprünge 48 auf, die -wie gesehen werden wird - Hakengebilde darstellen. Diese Vorsprünge 48 sind im wesentlichen in einer V- förmigen Anordnung angeordnet und definieren die Seiten von jeweils seitlichen Nuten 50, von denen die anderen Seiten durch den Schaft definiert sind. Wie gesehen werden kann, sind die Nuten 50 zum kleinen Ende 38 hin offen.
• Zwischen den beiden Vorsprüngen 48 weist der Schaft 36 einen prismatischen Schlitz 42 auf, der - wie gesehen werden wird - eine Nut darstellt. Neben der Mundöffnung dieser Nut 52 sind Lagerflächen 54 mit kreisbogenförmigen Profilen vorgesehen.
• Das große Ende 30 hat eine allgemein zylindrische Außenform und die Lagerflächen 54 haben zylindrische Profilierungen mit entsprechendem Radius.
• Das große Ende weist einen prismatischen radialen Vorsprung 56 auf, der der Nut 52 in Größe und Form entspricht und darin eingesetzt ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Länge des Zapfens 56 ist geringfügig kleiner als die Tiefe der Nut 52, sodaß dann wenn der Zapfen 56 ganz in die Nut 52 eingesetzt ist, die Lagerflächen 54 gegen die zylindrische Außenfläche des großen Endes oder der Buchse 30 auf beiden Seiten der Basis des Zapfens 56 anliegen.
• Diametral gegenüber dem Zapfen 56 weist die äußere Oberfläche des großen Endes 30 eine flache Seite 58 auf, deren Zweck weiter unten erläutert werden wird. Das Ende der Seite 58, das dem Gegengewicht im montierten Zustand am nächsten liegt, wird durch einen Anschlagvorsprung 60 definiert.
• Die Pleuelstange 34 enthält einen dritten Teil der durch eine Federspange gebildet ist, welche allgemein mit 62 bezeichnet ist. Die Spange 62 besteht aus einem im wesentlichen U-förmigen Stück Metalldraht. Die beiden Arme der Spange sind mit 64 bezeichnet und ihr Steg ist mit 66 bezeichnet.
• Wie in Fig. 2 gesehen werden kann, konvergieren die beiden Arme 64, die in der Ebene gesehen sind, vom Steg 66 aus und haben jeweils C-förmig gebogene Enden 68, die in die Nuten 50 eingreifen.
• Die beiden Arme 64 sind mit dem Steg 66 über entsprechende Schleifen 70 verbunden. Der Steg weist seinerseits in der Draufsicht eine bogenförmige Eindellung auf, von der ein innerster Teil an der flachen Fläche 58 anliegt, wenn die Pleuelstange zusammengebaut ist. Die Größe der Spange 62 ist so gewählt, daß, wenn die C-förmigen Enden 58 in die Nuten 50 eingreifen, der innerste Teil des Steges 66 gegen die flache Fläche 58 gedrückt wird und den Zapfen 56 voll eingesetzt in der Nut 52 hält und die Lagerflächen 54 gegen die äußere Oberfläche des großen Zapfen 30 drückt.
• Die Elastizität der Spange 62 wird durch das Vorhandensein der Schleifen 70, die - wie es in Fig. 2 ersichtlich ist - relativ weit sind, sowie durch die bogenförmige oder "plattfederähnliche" Ausbildung des Steges 66 verbessert.
• Wie in Fig. 1 gesehen werden kann, sind die Arme 64 der Spange 62 in einem vertikalen Schnitt im wesentlichen S-förmig und der Steg 66 liegt somit in einer Ebene, die im wesentlichen durch die Zentren der C-förmigen Enden 68 der Arme 64 verläuft. Der Punkt, an dem der Steg 66 eine federnde Kraft auf das große Ende 30 ausübt, fällt somit mit der Achse des Schaftes 36 zusammen. Der Anschlagvorsprung 60 stellt diese Lage sicher, nachdem die Teile der Pleuelstange zusammengebaut worden sind.
• Die Pleuelstange kann unter Verwendung einer relativ einfachen Ausrüstung, die automatisch arbeiten kann, zusammengebaut werden, und zwar durch die folgenden Schritte:
• - einfügen der C-förmigen Enden 68 der Spange 62 in die Nuten 50,
• - darauffolgendes "Aufschieben" der Nut 52 auf den Zapfen 56 von einer Seite des Zapfens aus (obere Seite in den Zeichnungen) und gleichzeitiges Herumlegen der Spange 62 um das große Ende 30. Dieser zweite Schritt ist fertig, wenn der Steg 66 gegen den Vorsprung 60 anliegt.
• Insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Breite des Zapfens 56, die der Tiefe des großen Endes 30 entspricht, größer als die Breite der Nut 52 ist, die der Abmessung des Schaftes 36 parallel zu seinem Auge 40 entspricht.
• Da die Nut-Zapfen-Verbindung es dem Schaft 36 ermöglicht, sich parallel zur Achse Z&sub1;-Z&sub1; des Auges 32 im großen Ende 30 zu bewegen, kann die Pleuelstange Fehler in der Positionierung der Achse X-X des Zylinders 22 entlang der Achse Z&sub1;-Z&sub1; ausgleichen.
• Die Nut-Zapfen-Verbindung erlaubt es, den beiden Teilen 30 und 34 auch sich relativ zueinander linear entlang der Achse des Schaftes 36 zu bewegen, das heißt entlang dem Doppelpfeil F&sub2;, um Spiel und Toleranzen leichter ausgleichen zu können.
• Schließlich können die beiden Teile 30 und 34 sich relativ zueinander um Drehachsen bewegen, die durch die Ecken 54a an den Enden der Lagerflächen 54 gebildet sind, wie dies durch den Doppelpfeil F&sub3; gezeigt ist. Dieses Verdrehen findet in der Ebene statt, die die Achsen Z&sub1;-Z&sub1; des Kurbelwellenzapfens 20 und Z&sub2;-Z&sub2; des Kolbenzapfens 26 enthält, um so jeden Mangel in der Parallelität dieser beiden Achsen ausgleichen zu können.

Claims (9)

1. Pleuelstange (28) zum Verbinden eines Kurbelzapfens (20) einer Kurbelwelle (12) einer kleinen Kolbenmaschine mit einem Zapfen (26) eines Kolbens (24) der Maschine, wobei die Pleuelstange zwei gesonderte Teile umfaßt, von denen ein erster (30) ein großes Ende mit einem Auge (32) zum Verbinden mit dem Kurbelzapfen (20) aufweist und von denen ein zweiter (34) einen Schaft (36) mit einem kleinen Ende (38) mit einem Auge (40) zum Verbinden mit dem Kolbenzapfen (26) aufweist, wobei die zwei Teile (30, 34) komplementäre Gebilde (52, 56) aufweisen, die gegenseitig durch Formschluß in Eingriff stehen und getrennt werden können, sodaß sich die Teile entlang einer Linie bewegen, die mit der Achse des Schaftes (36) zusammenfällt, und die es den beiden Teilen (30, 34) erlauben, relativ zueinander in einer Mittelebene zu verschwenken, die die Achsen (Z&sub1;-Z&sub1;, Z&sub2;-Z&sub2;) der zwei Augen (32, 40) enthält, wobei die Pleuelstange (28) weiters eine im wesentlichen U-förmige Federspange (62) aus Metalldraht umfaßt, die die beiden Teile (30, 34) mittels ihrer komplementärer Gebilde (52, 56) in Verbindung hält, dadurch gekennzeichnet, daß die komplementären Gebilde prismatische Gebilde sind, die gegenseitig wie ein Zapfen (56) und eine Nut (52) in Eingriff stehen und die es den beiden Teilen (30, 34) erlauben, sich linear sowohl in der Achse des Schaftes (36) als auch entlang einer zur Achse (Z&sub1;-Z&sub1;) des großen Endes (30) parallelen Linie zu bewegen und in einer Mittelebene zu verschwenken, daß der Schaft (36) ein Hakengebilde (48) auf beiden Seiten der Mittelebene aufweist, und daß die Arme (64) der U- förmigen Federspange (62) auf beiden Seiten des großen Endes (30) angeordnet sind und Enden (68) aufweisen, die die Hakengebilde (48) des Schaftes (36) halten, wobei der Steg (66) der U-förmigen Spange am großen Ende (30) unter Federkraft an einer Stelle anliegt, die den komplementären Gebilden (52, 56) gegenüberliegt.

2. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hakengebilde (48) des Schaftes (36) jeweils durch seitliche Vorsprünge (48) gebildet sind, die in einer im wesentlichen V-förmigen Anordnung liegen und die Seiten von jeweils seitlichen Kerben (50) definieren, deren andere Seiten durch den Schaft definiert sind und die zum kleinen Ende (38) hin offen sind, und daß die Enden (68) der Arme (64) der Spange (62) C-förmig gekrümmt sind und in die Kerben (50) eingreifen.

3. Pleuelstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (56) auf dem großen Ende (30) und die Nut (52) auf dem entsprechenden Ende des Schaftes (36) angeordnet sind.

4. Pleuelstange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (36) Lagerflächen (54) auf beiden Seiten des Mundes der Nut (52) aufweist, daß die Länge des Zapfens (56) geringer ist als die Tiefe der Nut (52) und daß die Lagerflächen (54) durch die Spange (56) elastisch vorgespannt gegen die äußere Oberfläche des großen Endes (30) gehalten sind, sodaß ein Verschwenken um Drehachsen stattfinden kann, die durch Endecken (54a) der sen stattfinden kann, die durch Endecken (54a) der Lagerflächen (54) gebildet sind.

5. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (64) der Spange (62) - in einem Vertikalschnitt gesehen - im wesentlichen S-förmig sind und der Steg (66) der Spange (62) somit in einer Ebene liegt, die im wesentlichen durch die Zentren der C-förmig gebogenen Enden (68) der Arme verläuft.

6. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (64) der Spange (62) vom Steg (66) aus zu ihren Angriffsenden (68) hin zusammenlaufen.

7. Pleuelstange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (64) zum Steg (66) der Spange (62) über eine Schleife (70) verbunden ist.

8. Pleuelstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das große Ende (30) eine flache Fläche (58) aufweist, die dem Schaft (36) diametral gegenüberliegt und daß das Joch (66) der Spange (62) eine bogenförmige Einbuchtung aufweist, deren innerster Teil an der flachen Fläche (58) anliegt.

9. Pleuelstange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der flachen Fläche (58) durch einen Vorsprung (60) zum Stoppen des Steges (66) der Spange (62) definiert ist.