-
Die
Erfindung betrifft eine Kolbenmaschinen mit wenigstens einer ersten
und einer zweiten Welle gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
-
-
Bei
der bekannten Kolbenmaschine erfolgt eine Synchronisation der beiden
Wellen über miteinander unmittelbar in Eingriff stehende
Zahnräder. Für einen zuverlässigen Betrieb
der dortigen Kolbenmaschine ist es erforderlich, dass die Zahnräder,
Pleuel, Gehäuseteile und Kolben sehr genau und toleranzarm
gefertigt sind. Hierdurch sind die Fertigungskosten relativ hoch.
Außerdem wird eine Ölschmierung für die
Zahnräder benötigt.
-
Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenmaschine
mit zwei Wellen anzugeben, die eine kostengünstige und
zuverlässige Synchronisierung der Wellen erlaubt.
-
Diese
Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die
Erfindung hat den Vorteil, durch Verwendung eines bandartigen Antriebsmittels,
wie etwa eines Zahnriemen- bzw. Zahnkettenmechanismus, eine Synchronisierung
der Wellen auf einfache Weise zu ermöglichen. Als Antriebsmittel
kann auch beispielsweise ein Keilriemen verwendet werden, wobei die
erforderliche Synchronisierung der Wellen dann über eine
geeignete Vorspannung des Keilriemens sichergestellt werden muss.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung steht das bandartige Antriebsmittel
formschlüssig mit der ersten und der zweiten Scheibe in Eingriff.
-
Hierdurch
lässt sich die Erfindung relativ kostengünstig
realisieren, da für einen solchen Mechanismus mit einem
bandartigen Antriebsmittel handelsübliche Bauteile, wie
Zahnscheiben und Doppelzahnriemen verwendet werden können,
die von verschiedenen Herstellern kostengünstig lagermäßig verfügbar
sind. Durch die Formschlüssigkeit wird auch die Zuverlässigkeit
der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine verbessert.
Vorteilhaft können neben den bereits erwähnten
Zahnriemen oder Zahnketten auch so genannte Noppenriemen als Antriebsmittel
eingesetzt werden.
-
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Geräuschentwicklung
gegenüber bekannten Kolbenmaschinen verringert werden kann, da
das Getriebegeräusch der im Eingriff stehenden Zahnräder
vermieden wird.
-
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Synchronisationsmechanismus
zur Synchronisierung der Wellen ohne Ölschmierung betrieben
werden kann. Insbesondere bei Verwendung eines Zahnriemens, Keilriemens
oder Noppenriemens kann auf eine Schmierung des Synchronisationsmechanismus
gänzlich verzichtet werden. Hierdurch kann der Synchronisationsmechanismus
vorteilhaft in ölfrei betriebenen Kolbenmaschinen, beispielsweise
Kompressoren, eingesetzt werden. Vorteilhaft ist auch der Einsatz
in Kolbenmaschinen mit Schmierung, wobei jedoch auf den bei der
bekannten Kolbenmaschine vorgesehenen Ölsumpf verzichtet
werden kann. Hierdurch ist eine geringere Wartungshäufigkeit
bzw. bei entsprechender Auslegung der Kolbenmaschine sogar eine
Wartungsfreiheit möglich, da Ölwechsel entfallen.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein erster
Kolben der Kolbenmaschine über einen erstes Pleuel mit
der ersten Welle und über ein zweites Pleuel mit der zweiten Welle
verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass der Kolben querkraftfrei
betrieben werden kann und deshalb nur ein relativ kurzes Kolbenhemd
zur seitlichen Führung notwendig ist. Dadurch wird zusätzlich
Bauraum und Gewicht eingespart und die Lebensdauer erhöht.
Aufgrund der Querkraftfreiheit kann auf eine Ölschmierung
des Kolbens verzichtet werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind das erste und das zweite
Pleuel über einen einzigen Kolbenbolzen mit dem Kolben
verbunden. Im Vergleich zur Verbindung über zwei Kolbenbolzen
hat diese Weiterbildung den Vorteil, dass ein infolge von Fertigungstoleranzen
hervorgerufenes geringfügiges Verkippen des Kolbens vermieden wird.
Hierdurch kann der Kolben frei und ohne Gefahr des Verklemmens in
dem Zylinder laufen.
-
Gemäß einer
weiteren Weiterbildung der Erfindung ist das erste oder das zweite
Pleuel als Gabelpleuel ausgebildet. Das Gabelpleuel umgreift das weitere,
auf dem selbem Kolbenbolzen befestigte Pleuel. Durch Verwendung
eines Gabelpleuels können vorteilhaft Verwindungen des
Kolbenbolzens vermieden werden. Ebenso ist es vorteilhaft, alternativ
oder zusätzlich das Pleuel hubzapfenseitig als Gabelpleuel
auszubilden, d. h. das Pleuel umgreift dann die jeweilige Zahnscheibe.
-
Die
Erfindung hat den weiteren Vorteil, die starre Getriebegeometrie
der gattungsgemäßen Kolbenmaschine durch Verwendung
eines flexiblen Kraftübertragungsmediums zu vermeiden.
Hierdurch ergeben sich größere Freiheitsgrade
bei der Konstruktion der Kolbenmaschine sowie der Anordnung der
Elemente des Synchronisationsmechanismus. Bei Verwendung eines elastischen
Zahnriemens ergibt sich der weitere Vorteil, dass Fertigungstoleranzen über
die Elastizität des Zahnriemens ausgeglichen werden. Hierdurch
sind bei gleicher Leistungsfähigkeit der Kolbenmaschine
Bauteile mit höheren Toleranzen einsetzbar, was die Fertigungskosten
der Kolbenmaschine verringert.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Kolbenmaschine
auch als Mehrzylinder-Kolbenmaschine ausgelegt werden. In diesem
Fall ist weiterhin eine Auslegung mit gegenläufigen Kolben
(ähnlich dem Boxer-Prinzip) vorteilhaft, um einen gleichmäßigeren
Verlauf des Antriebs- bzw. Abtriebsdrehmoments zu ermöglichen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Nennung weiterer Vorteile anhand
von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher
erläutert.
-
Es
zeigen
-
1 eine
erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Kolbenmaschine als Einzylinder-Variante und
-
2 einen
Längsschnitt der in 1 dargestellten
Kolbenmaschine und
-
3 eine
Darstellung des Synchronisationsmechanismus der Kolbenmaschine gemäß 1 und
-
4 eine
Teildarstellung einer als Zweizylinder-Kolbenmaschine ausgebildeten
Ausführungsform und
-
5 eine
Zweizylinder-Kolbenmaschine in einer weiteren Ausführungsform
mit beidseitig abgestütztem Hubzapfen und
-
6 eine
Zweizylinder-Kolbenmaschine in einer weiteren Ausführungsform
mit beidseitig abgestütztem Hubzapfen und nur einem Kolbenbolzen und
-
7 eine
Zweizylinder-Kolbenmaschine in einer weiteren Ausführungsform
und
-
8 eine
Zweizylinder-Kolbenmaschine in einer weiteren Ausführungsform
mit Zylindern in Reihenanordnung.
-
In
den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende
Teile verwendet.
-
Die
in den 1 und 2 dargestellte Kolbenmaschine
weist ein aus den Teilen (1, 2) bestehendes Gehäuse
auf. Das obere Gehäuseteil (2) weist einen Bereich
auf, der als Zylinder (3) ausgebildet ist. In dem Zylinder
(3) ist ein Kolben (30) vorgesehen, der in dem
Zylinder (3) bewegbar ist. Der Kolben (30) ist
mittels Kolbenringen (31, 32) gegenüber dem
Zylinder abgedichtet. Der Kolben (30) ist mittels wenigstens
eines Kolbenrings (31, 32) gegenüber dem
Zylinder (3) abgedichtet. Gemäß 1 und 2 ist
eine Ausführung mit zwei Kolbenringen (31, 32)
dargestellt, die den Vorteil verbesserter Dichtwirkung und verbesserter
Führung des Kolbens (30) gegenüber dem
Zylinder (3) aufweist.
-
In
einem unteren Gehäuseteil (1) ist eine erste und
eine zweite Welle (41, 51) angeordnet. Die Wellen
(41, 51) sind über Wälzlager
(47, 48) in dem Gehäuseteil (1)
gelagert. Eine der Wellen (41,51) kann als Antriebswelle
aus dem Gehäuseteil (1) herausgeführt
werden. Weiterhin kann zumindest eine der Wellen (41, 51)
kann als Abtriebswelle aus dem Gehäuseteil (1)
herausgeführt werden.
-
Auf
der ersten Welle (41) ist eine als Zahnscheibe ausgebildete
erste Scheibe (40) aufgebracht und drehfest mit der ersten
Welle (41) verbunden. Analog dazu ist auf der zweiten Welle
(51) eine als Zahnscheibe ausgebildete zweite Scheibe (50)
drehfest angebracht. Die Zahnscheiben (40, 50)
weisen an ihrem Außenumfang jeweilige Zähne (46, 56)
auf. Die Zahnscheibe (40) ist über ein erstes
Pleuel (44) mit dem Kolben (30) verbunden. Die
Zahnscheibe (50) ist über ein zweites Pleuel (54)
mit dem Kolben (30) verbunden. Für die Verbindung
der Pleuel (44, 54) zu den jeweiligen Zahnscheiben
sind vorteilhaft in Wälzlagern (43, 53)
geführte Hubzapfen (42, 52) vorgesehen.
Die Hubzapfen (42, 52) sind dabei drehfest mit
den Zahnscheiben (40, 50) verbunden. Analog dazu
sind zur Verbindung der Pleuel (44, 54) mit dem Kolben
(30) vorteilhaft in jeweiligen Wälzlagern (46, 56)
geführte Kolbenbolzen (45, 55) vorgesehen.
-
Die
Zahnscheiben (40, 50) sind mit einem gewissen
Abstand zueinander angeordnet, derart, dass sich die Zähne
(46, 56) nicht berühren und zudem ein
gewisser Platz für ein bandartiges Antriebsmittel (6)
verbleibt. Zur Synchronisation der ersten Welle (41) mit
der zweiten Welle (51) ist ein bandartiges Antriebsmittel
(6), z. B. ein Zahnriemen, ein Noppenriemen bzw. eine Zahnkette,
vorgesehen, das die erste und die zweite Zahnscheibe (40, 50)
zumindest teilweise umschlingt. Die Umschlingung erfolgt dabei derart,
dass sich die erste und die zweite Welle gegenläufig zueinander
drehen und damit eine synchrone Aufwärts- und Abwärtsbewegung
der Pleuel (44, 54) bzw. des Kolbens (30)
ermöglichen.
-
Das
bandartige Antriebsmittel (6) ist des Weiteren um ein Umlenkmittel
(7) geführt. Gemäß einer vorteilhaften
Ausgestaltung dient das Umlenkmittel (7) dazu, das bandartige
Antriebsmittel (6) unter Spannung zu halten. Das Umlenkmittel
(7) ist vorteilhaft als weitere Scheibe ausgebildet, z.
B. auch als Zahnscheibe.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das als Zahnscheibe
ausgebildete Umlenkmittel (7) mit einer nach außen
führenden Welle (10) der Kolbenmaschine drehfest
verbunden. Hierdurch kann die Zahnscheibe (7) zum Antrieb
der Kolbenmaschine über die nach außen führende
Welle (10), die somit als Antriebswelle wirkt, benutzt
werden.
-
Die
in den 1 und 2 dargestellte Kolbenmaschine
ist als Kompressor ausgebildet. Ein am Kopf des Zylinders (3)
angeordnetes Einlassventil (4) sowie ein Auslassventil
(5) des Kompressors ist in den 1 und 2 symbolisch
dargestellt. Das Einlassventil (4) bzw. das Auslassventil
(5) hat die Funktion eines Rückschlagventils.
Es kann beispielsweise als Lamellenventil ausgebildet sein.
-
In
der 3 ist noch einmal der Antriebsmechanismus für
den Kolben (30) sowie der Kolben (30) der anhand
der 1 und 2 erläuterten Kolbenmaschine
räumlich dargestellt.
-
In
der 4 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Antriebsmechanismus
einer Kolbenmaschine dargestellt, die als Zweizylinder-Kolbenmaschine ausgebildet
ist. Zusätzlich zu den anhand der 1 bis 3 bereits
erläuterten Teilen ist in der Ausführungsform
gemäß 4 ein drittes Pleuel (74),
ein viertes Pleuel (84) sowie ein zweiter Kolben (60)
vorgesehen. Der zweite Kolben (60) weist Kolbenringe (61, 62)
auf. Die Kolbenmaschine gemäß 4 arbeitet
mit zueinander gegenläufigen Kolben (30, 60) ähnlich
dem Boxer-Prinzip.
-
Gemäß einer
in den 5 und 6 dargestellten Ausgestaltung
der Erfindung weist die Kolbenmaschine ebenfalls zwei Zylinder mit
gleichem Funktionsprinzip wie die Kolbenmaschine gemäß 4 auf.
Zur verbesserten Steifigkeit der Hubzapfen sind zwei zusätzliche
Zahnscheiben (70, 80) auf der dritten und der
vierten Welle (71, 81) angeordnet.
-
Gemäß der
Ausführungsform der 6 sind die
Kolben (30, 60) jeweils mit nur einem Kolbenbolzen
(45, 65) versehen. Hierbei sind die Pleuel (44, 54)
mit dem Kolbenbolzen (45) verbunden. Die Pleuel (74, 84)
sind mit dem Kolbenbolzen (65) verbunden. Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ist dabei das erste Pleuel (44)
sowie das vierte Pleuel (84) als Gabelpleuel ausgebildet.
Ein gabelartiger Bereich (85) des vierten Pleuels (84)
umgreift dabei Ende des dritten Pleuels (74). Gleiches
gilt für das erste und das zweite Pleuel (44, 54).
Das in den 6 dargestellte Gabelpleuel-Prinzip
hat den Vorteil, dass die Pleuelkräfte gleichmäßiger
in den Kolbenbolzen eingeleitet werden und insbesondere kein Drehmoment auf
den Kolben einwirkt, was den Kolben somit vor einem Verkippen schützt.
-
Gemäß einer
in der 7 dargestellten weiteren Ausgestaltung weist die
Zweizylinder-Kolbenmaschine gegenüber der Ausführungsform
gemäß 5 zusätzlich ein zweites
bandartiges Antriebsmittel (8) auf, das die Zahnscheiben
(70, 80) zumindest zum Teil umschlingt und ein
weiteres Umlenkmittel (9) ebenfalls mit umschlingt. Diese
Ausführungsform hat den Vorteil, dass die über
die bandartigen Antriebsmittel (6, 8) zu übertragenden
Kräfte auf zwei Antriebsmittel verteilt werden können.
Hierdurch können kleiner dimensionierte und kostengünstigere
Antriebsmittel (6, 8) eingesetzt werden.
-
In
der 8 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Antriebsmechanismus
einer Kolbenmaschine dargestellt, die als Zweizylinder-Kolbenmaschine mit
Zylindern in Reihenanordnung ausgebildet ist. Hierbei sind ebenfalls
ein drittes Pleuel (74), ein viertes Pleuel (84)
sowie ein zweiter Kolben (60) vorgesehen. Der zweite Kolben
(60) weist Kolbenringe (61, 62) auf.
Die Kolbenmaschine gemäß 8 arbeitet mit
gegenläufigen Kolben (30, 60) nach dem
Reihen-Prinzip.
-
Weiterhin
ist ein zweites bandartiges Antriebsmittel (8) vorgesehen,
das Zahnscheiben (70, 80) zumindest zum Teil umschlingt
und ein weiteres Umlenkmittel (9) ebenfalls mit umschlingt.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die zu übertragenden
Kräfte auf zwei Antriebsmittel (6, 8)
verteilt werden können. Hierdurch können kleiner
dimensionierte und kostengünstigere Antriebsmittel (6, 8)
eingesetzt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005048681
A1 [0002]