DE970367C

DE970367C - Hilfsmaschinenantrieb fuer Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE970367C
Application number: DEM12853A
Authority: DE
Inventors: Walter Benz
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1952-02-07
Filing date: 1952-02-07
Publication date: 1958-09-11

Description

Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmaschinen mittlerer Leistung, werden auf den verschiedensten Gebieten angewandt, so z. B. zum Antrieb von Wasserfahrzeugen, Straßen- und Schienenfahrzeugen, Baggern, Kränen, Pumpen, Generatoren, Tiefbohreinrichtungen usw. Anzahl und Art der Hilfsmaschinen an der Verbrennungskraftmaschine müssen jeweils diesen verschiedenen Gebieten angepaßt werden. So erfordern z. B. Schiffsmotoren je nach Art der Kühlung, Reinheit des Kühlwassers usw. den Anbau einer oder mehrerer Kolbenpumpen, Kreiselpumpen oder auch beider Pumpenarten zusammen. Darüber hinaus ist es je nach dem Verhältnis der Drehzahlen der Kraftmaschine und der Hilfsmaschinen notwendig, die Kolbenpumpen direkt oder über ein Untersetzungsgetriebe anzutreiben. Bei Verwendung eines solchen Untersetzungsgetriebes fiel bisher die Zylinderachse der meist waagerecht angeordneten Kolbenpumpen mit der Kurbelwellenachse nicht zusammen. Dies hat zur Folge, daß bei einer Verwendung der Kolbenpumpe ohne Untersetzungsgetriebe, also z. B. bei einer langsam laufenden Kraftmaschine, die Zylinderachse der Kolbenpumpe erst mit der Kurbelwellenachse auf ungefähr gleiche Höhe gebracht werden mußte, was nur durch bauliche Änderungen möglich war.

Bei Verwendung von Kreiselpumpen als Hilfsmaschinen ist es zur sicheren Überwindung der Leitungswiderstände¹ durch den Förderdruck ηοί-

wendig, daß diese Pumpen eine Mindestdrehzahl nicht unterschreiten. Diese Forderung bedingt je nach dem Verhältnis der Drehzahlen der Brennkraftmaschine und der Pumpe verschiedene Über-Setzungen zwischen Kurbelwelle und Pumpe. Zur Erzielung dieser Änderumgsmöglichkeiten waren bisher zwei Zwischenwellen, also eine verhältnismäßig teuere Zusatzeinrichtung notwendig. Weitere Variationsnotwendigkeiten bestehen bei für verschiedene Verwendungszwecke bestimmten Brennkraftmaschinen darin, daß in Fällen, in denen Schräglagen der Maschine zu erwarten sind, mit Trockensumpfschmierung gearbeitet werden muß, wozu außer der üblichen Zahnradölpumpe minis destens noch eine weitere solche Pumpe vorgesehen werden muß, damit die ölförderung in jeder Lage gesichert ist. Auch diese Notwendigkeit vergrößerte bisher die Antriebs- undEinbausehwierigkeiten der Hilfsmaschinen noch weiter. Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei Verbrennungskraftmaschinen, deren als Kolbentnaschinen ausgebildete Hilfsmaschinen in an sich bekannter Weise durch, einen von der Kurbelwelle bewegten Exzenter angetrieben werden, diesen Hilfsmaschinenantrieb so> zu gestalten, daß alle erläuterten Schwierigkeiten — sowohl die genannten Kolbenmaschinen (Kolbenpumpen und Verdichter) als auch darüber hinaus etwa vorhandene Kreiselpumpen betreffend — beseitigt werden,. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß — um mit weitgehend gleichen Bauteilen, den Zusammenbau von Maschinen entweder für niedrige oder für hohe Betriebedrehzahl bei gleichen Antriebsdrehzahlen und gleicher räumlicher Anordnung der Hilfsmaschinen zu ermöglichen — gleiche Exzenter, gleiche Kurbelwellen bzw. Kurbelwellenverlängerungen und gleiche Hilfsmaschinenträger sowie zum Antrieb des Exzenters wahlweise entweder Mittel Verwendung finden, um den Exzenter auf der Kurbelwelle bzw. deren Verlängerung in an sich bekannter Weise starr anzuordnen, oder Mittel, welche in an sich bekannter Weise zur dreh-baren Anordnung des Exzenters ein Zahnradvorgelege enthalten, welches im Falle der starren An-Ordnung des Exzenters ganz oder teilweise fortgelassen wird. Durch diese besondere Anordnung des Exzenters auf der Kurbelwelle ist zunächst erreicht, daß die Lage der Kolbenpumpen gegenüber der Kurbelwelle der Kraftmaschine in jedem Verhältnis der Drehzahlen der Kraftmaschine und der Kolbenpumpen die gleiche bleibt, womit auch der Pumpenhalter seine einmal gewählte Form beibehalten kann. Außerdem wird durch diese wahlweise Anordnungsmöglichkeit des Antriebsexzenters die Voraussetzung geschaffen für alle anderen Merkmale, wie sie der weiteren Erfindung gemäß in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt sind. In weiterer Ausgestaltung des Gegenstandes des Hauptanspruchs betreffen die Unteransprüche, für deren Gegenstände nur im Zusammenhang mit dem des Hauptanspruchs Schutz begehrt wird, weitere vorteilhafte bauliche Anordnungen und Verwendungen.

Bei einem bekannten Hilfsmaschinenantrieb erfolgt der Antrieb von der Kurbelwelle aus wahlweise über einen Kettenzahntrieb oder über einen Stirnzahntrieb, welche — je nach der Drehrichtung der Brennkraftmaschine — wahlweise zu- und abschaltbar sind, um trotz verschiedener Drehrichtung der Brennkraftmaschine die Drehrichtung der Hilfsmaschinen beizubehalten. Hierzu wird, eine Klauenkupplungsmuffa verwendet, welche auf der Kurbelwelle axial verschiebbar ist und entweder mit entsprechenden Gegenklauen am Kettenritzel oder am Stirnradritzel in Eingriff gebracht wird. Der bekannte Antrieb unterscheidet sich von dem gemäß der Erfindung schon dadurch, daß die Mittel zur wahlweisen starren oder drehbaren Anordnung ständiges Bestandteil der betreffenden Brennkraftmaschine sind, die ohne diese Mittel nicht umsteuerbar wäre.

Der Erfindungsgegenstand dagegen dient dazu, eine Brennkraftmaschine gleichen Typs durch verschiedenartigen Zusammenbau entweder für hohe oder für niedrige Betriebsdrehzahlen verwendbar zu machen; die Mittel zur starren Mitnahme durch die Kurbelwelle werden bei der drehbaren Lagerung überhaupt nicht eingebaut, wodurch der Vorteil erzielt wird, daß nach Art des Baukastenprinzips wichtige Teile des Hilf smaschinenantriebes (Pumpenträger, Exzenter sowie das Wellenstück, auf dem der Exzenter angeordnet ist) bei beiden Maschinenarten verwendet werden können.

In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele drei verschiedene Möglichkeiten des Hilfsmaschinenantriebes an einer und derselben Verbrennungskraftmaschine oder von Brennkraftmaschinen der gleichen Bauart zur Anpassung an die jeweiligen Drehzahlverhältnisse gezeigt.

So· ist in den Fig. 1 und 2 der erfindungsgemäße Hilfsmaschinenantrieb bei einer Schiffsmaschine mit direkter Kühlung dargestellt, wobei die Maschine außerdem direkt umsteuerbar ist. Ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig im Verhältnis zu der der Hilfsmaschinen, so wird ein Exzenter 1 unmittelbar auf einen Fortsatz 3 der Kurbelwelle 5 der Verbrennungskraftmaschine aufgekeilt und hat somit dieselbe Drehzahl wie die Kurbelwelle. Der Exzenter 1 treibt über das Zwischenstück 7 einen Luftpresserg an, welcher zur Lieferung der Anlaßluft notwendig ist. Außerdem werden zwei Kolbenpumpen 11 und 13 angetrieben, wobei die Pumpe 11 als Lenzpumpe und die Pumpe 13 als Kühlwasserpumpe dient. Die Pumpen sowie der Luftpresser sind von einem gehäuseförmigen Halter 15 getragen, welcher an der einen Stirnseite des in der Zeichnung nur angedeuteten Kurbelgehäuses 17 der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel ge- lao maß Fig. ι und 2 ist in den Fig. 3 und 4 der Hilfsmaschinenantrieb für die gleiche wieder direkt umsteuerbare Schiffsmaschine gezeigt. Dieses Mal ist die Drehzahl der Antriebsmaschine hoch im Verhältnis zu der der Hilfsmaschinen. In diesem Fall ist ein direkter Antrieb der Kolbenpumpen und des

Claims

Luftpressers nicht mehr möglich, sondern es muß ein Untersetzungsgetriebe dazwischengeschaltet werden. Dieses Getriebe besteht, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, zunächst aus einem mit dem Fortsatz 3 der Kurbelwelle 5 verschraubten Zahnrad 19, welches mit einem Gegenrad 21 im Eingriff steht. Letzteres Rad, ist mit einem weiteren Zahnrad 23 formschlüssig verbunden, und beide Zahnräder sitzen auf einer Zwischenwelle 25, die ihrerseits bei 27 an einem vom Gehäuse 15 getrennten Gehäuse 29 gelagert ist. Letzteres Gehäuse ist am Motorengehäuse 17 befestigt. Das Rad 23 greift in ein Zahnrad 31 ein, welches mit dem Exzenter in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise verschraubt ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Keilverbindung zwischen Exzenter 1 und Wellensatz 3 fehlt in diesem Fall, so daß der Exzenter frei drehbar auf dem Teil 3 gelagert ist und mit einer der Gesamtuntersetzung entsprechenden kleineren Drehzahl als die Kurbeiao wellendrehzahl angetrieben wird.

Wie ein Vergleich des ersten mit dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt, bringt die wahlweise Möglichkeit der Befestigung oder der drehbaren Lagerung des Exzenters 1 auf der Kurbelwelle 5 l)zw. deren Fortsatz den Vorteil mit sich, daß sowohl mit oder ohne Untersetzungsgetriebe die Zylinderachsen· und die Kurbelwellenachse auf gleicher Höhe liegen, so daß auch der Pumpenhalter 15 immer derselbe bleiben kann. Kreiselpumpen- und Motordrehzahl müssen so aufeinander abgestimmt sein, daß der drehzahlabhängige Förderdruck auch bei der Mindestdrehazhl ■ noch die Leitungswiderstände überwindet. Dementsprechend sind je nach dem Drehzahlverhältnis von Brennkraftmaschine und Kreiselpumpe verschiedene Übersetzungen notwendig. Das Untersetzungsgetriebe kann deshalb durch entsprechende Wahl der Räder 19, 21, 23, 31 den verschiedenen Betriebsfällen, angepaßt werden.

Als weiteres Ausführungsbeispiel soll in Fig. 5 und 6 der Hilfsmaschmenantrieb beschrieben werden, wenn die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine wiederum hoch ist im. Vergleich zu der der Kolbenhilf smascbinen,. Wegen des schlammigen oder salzhaltigen Wassers ist die Brennkraftmaschine mit indirekter Kühlung ausgerüstet. Mit Rücksicht auf die hohe Maschinendrehzahl werden die Lenzpumpe 11, die Kühlwasserkolbenpumpe 13 sowie der Luftpresser 9 auch, in diesem Fall wieder über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben, dessen Zusammensetzung grundsätzlich die gleiche ist wie bei dem in Fig. 3 und, 4 gezeigten Beispiel. Das schlammige bzw. salzhaltige Fahrwasser erfordert jedoch eine indirekte Kühlung des Motors, so* daß außer der Kolbenpumpe noch eine Kreiselpumpe notwendig ist. Die erfindungsgemäße Anordnung des Exzenters 1 sowie die durch die gleichbleibende räumliche Lage des letzteren bedingte räumliche Lagerungsmöglichkeit der Zwischenwelle 25 erlauben auch die Anordnung einer entsprechend übersetzten Kreiselpumpe, ohne daß grundsätzliche Änderungen des Hilfsmaschinenantriebes notwendig würden. In. den Fig. 5 und 6 ist das entsprechende Ausführungsbeispiel dargestellt. Der dort gezeigte Hilfsmaschinenantrieb unterscheidet sich von dem in Fig. 3 und 4 gezeigten, zunächst dadurch, daß am Gehäuse 29 eine Kreiselpumpe 33 gelagert ist, deren Antriebszahnrad 35 mit dem Rad 21 auf der Zwischenwelle 25 im Eingriff steht.

Um auch bei größeren Schräglagen der Verbrennungskraftmaschinie deren Schmierung zu sichern, ist außer der üblicherweise vorgesehenen, ölpumpe noch eine weitere Zahnradpumpe 37 nötig, die ebenfalls am Gehäuse 29 gelagert ist und deren Antriebszahnrad 39 in das Vorlegerad 23 eingreift.

Der Lagerflansch für die Kreiselpumpe 33 wird mit Rücksicht auf die stark wechselnden Übersetzungsverhältnisse zweckmäßig so ausgebildet, daß die Wellenmitte der Kreiselpumpe gegenüber der Flanschmitte versetzt ist, so daß durch Winkeldrehung des Lagerflansches um i8o° der Abstand der Kreiselpumpenwelle von der Zwischenradwelle geändert wird und damit bei gleichbleibendem Zwiischenrad ein anderes Antriebsrad auf die Kreiselpumpenwelle aufgesetzt werden kann.

Mit den beschriebenen und gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Variationsmöglichkeiten des erfindungs gern äßen Hilfsmaschinenantrie'bs keineswegs erschöpft. So könnten z.B. von dem Zwischenrad 21 auch zwei axial hintereinanderliegende Kreiselpumpen oder vom Zwischenrad 33 ebenso zwei Zahnradölpumpen angetrieben werden. Damit können auch Fälle mit sehr schlammigem Wasser oder sehr starker Schräglage beherrscht werden. -

In allen Fällen besteht die Möglichkeit, je nach dem Verhältnis der Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine und der Hilfsmaschinen die Kolbenpumpen, und den gegebenenfalls vorgesehenen Luftpresser entweder über den aufgekeilten Exzenter mit der Maschinendrehzahl oder bei Antrieb des Exzenters über das Vorgelege mit einer von der Maschinendrehzahl verschiedenen Drehzahl anzutreiben. Benötigt eine langsam laufende Verbrennungskraftmaschine Kreiselpumpe und ölpumpe, so werden die letzteren von den Zwischenrädern 21 bzw. 23 angetrieben, während das Zahnrad 31 fehlt und der Exzenter 1 unmittelbar auf dem Wellenfortsatz 3 befestigt ist.

11c Patentansprüche:

i. Hilfsmaschinenantrieb für Verbrennungskraftmaschinen, deren als Kolbenmaschinen ausgebildete Hilfsmaschinen (Kolbenpumpen und Luftpresser) durch einen von der Kurbelwelle bewegten und auf ihr sitzenden Exzenter angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß —■ um mit weitgehend gleichen Bauteilen den Zusammenbau von Maschinen entweder für niedrige oder für hohe Betriebsdrehzahl bei gleichen Antriebsdrehzahlen und gleicher räumlicher Anordnung der Hilfsmaschinen zu ermöglichen — gleiche Exzenter (1), gleiche Kurbelwellen, bzw. Kurbelwellenverlängerungen (3) und gleiche Hilfsmaschinenträger (15) sowie zum Antrieb des Exzenters (1) wahl-

weise entweder Mittel Verwendung finden, um den Exzenter (i) auf der Kurbelwelle bzw. deren Verlängerung (3) in an sich bekannter Weise starr anzuordnen, oder Mittel, welche in an sich bekannteT Weise zur drehbaren Anordnung des Exzenters (1) ein Zahnradvorgelege (19, 21, 23, 31) enthalten, welches im Falle der starren Anordnung des Exzenters ganz oder teilweise fortgelassen wird.
2. Hilfsmaschinenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei drehbarer Lagerung des Exzenters (1) auf der Kurbelwelle bzw. deren Verlängerung dasselbe in an sich bekannter Weise über eine Zwischenwelle (25) angetrieben wird, die zwei miteinander gekuppelte Zahnräder auswechselbar trägt, von welchen das eine (21) in ein mit der Kurbelwelle verbundenes Gegenrad (19) und das andere (23) in ein mit dem Exzenter verbundenes Gegenrad (31) eingreift.
3. Hilfsmaschinenantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Zwischen welle (25) getragenen Zahnräder (21., 23) mindestens eine Antriebswelle für weitere Hilfsmaschinen (z. B. Kreisel- oder Zahnradpumpen) antreiben, wobei diese Antriebswelle vorzugsweise exzentrisch gelagert ist, so daß bei Drehung des Lagernansches der Abstand Zwischenwelle ·— Hilfsmaschinenantriebswelle geändert werden kann.
4. Hilfsmaschinenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwelle in einem Gehäuse (29) gelagert ist, das auch zur Abdeckung der verschiedenen Zahnräder dient und ein vom Halter (15) für die Kolbenpumpen, sowie den Luftpresser getrenntes Bauteil darstellt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 558 784, 717647; deutsche Patentanmeldung M 1409 I a/46 c¹;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 418 855;
französische Patentschrift Nr. 525 769;
USA.-Patentschriften Nr. 1 301 232, 2 013 478.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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