DE1776269B1 - Synchronisiereinrichtung in einer Kolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine derartige in einer Kolbenmaschine angeordneten Synchronisiereinrichtung ist aus der deutschen Patentschrift 8 88 037 und auch aus der deutschen Auslegeschrift 10 11 664 bekannt, wobei im letzteren Falle der »Kolben« von einem im Innern eines Solenoids bewegbaren Ankerteil gebildet wird.

Bei den bekannten Synchronisiereinrichtungen sind die äußeren Zahnstangen mit ihrem einen Ende an einem bewegbaren Gehäuse bzw. (im Falle der DE-AS 10 11 664) an einem das Solenoid umgebenden, bewegbaren Mantel befestigt, während sie an ihrem anderen Ende frei sind. Infolge dieser einseitigen Befestigung der Zahnstangen tritt folgende Problematik auf.

Bei der Kraftübertragung zwischen einer Zahnstange und einem Ritzel oder Zahnrad wird das Verhältnis der Tangentialkomponente, d. h. der in Bewegungsrichtung der Zahnstange wirkenden Kraft, zu der Normalkomponente, d. h. der zu dieser Bewegungsrichtung senkrecht wiikenden Kraft, vom Druckwinkel der Zähne bestimmt.

Bei den bekannten Synchronisiereinrichtungen wirkt die Normalkomponente nicht nur auf die Lagerungen der Ritzel, sondern sucht die äußeren Zahnstangen auseinanderzudrücken und von den Ritzeln abzuheben. Bei den bekannten Einrichtungen wird eine solche Spreizung der äußeren Zahnstangen dadurch begünstigt, daß diese nur an ihrem einen Ende fixiert sind. Sie können sich also biegen und werden sich von den Ritzeln umso weiter entfernen, je näher sich der Eingriffspunkt mit den Ritzeln zu den freien Enden der Zahnstangen bewegt. Da ferner die Zahnstangen an einem zylindrischen Bauelement befestigt sind, werden die erheblichen Normalkomponenten zu einer elliptischen Verformung dieses Bauelements führen, was außer weiteren Beeinträchtigungen wiederum zu einem Abheben der Zahnstangen von den Ritzeln führt.

Würde mar. versuchen, das beschriebene Abheben der Zahnstangen durch eine äußere Führung zu verhindern, so würden sich erhebliche Reibungskräfte zwischen den Zahnstangen und den Führungselementen ergeben, die die freie Bewegbarkeit der Synchronisiereinrichtung hemmen und außerdem mit einer unerwünschten Wärmebildung einhergehen.

Würde man andererseits eine Spreizung der Zahnstangen durch entsprechend starke Dimensionierung der Zahnstangen selbst und der sie tragenden Bauelemente zu verhindern suchen, so VvH.tJe du.> ίο Gesamtgewicht der Anordnung erheblich und somit die Maschine langsam werden. Außerdem müßten aber auch zur Umlenkung derartiger Massen entsprechend größere Kräfte von den Ritzeln auf die Zahnstangen übertragen werden, die wiederum größere Normalkräfi> te hervorrufen, so daß ein derartiger Versuch grundsätzlich nicht zum Ziel führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Synchronisiereinrichtung der eingangs bezeichneten Gattung derart weiterzubilden, daß die Wirkung der Normalkomponenten der Kräfte, die durch die Berührung zwischen den Zähnen der äußeren Zahnstangen und der Ritzel hervorgerufen werden, vollkommen vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Die beiden die äußeren Zahnstangen miteinander verbindenden parallelen Halteplatten werden durch die Normalkräfte ausschließlich auf Zug beansprucht und können entsprechend leicht ausgeführt sein. Eine jo Auswärtsverbiegung der äußeren Zahnstangen ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht möglich. Außerdem werden die Normalkräfte, die zwischen dem einen Ritzel und der zugehörigen äußeren Zahnstange auftreten, durch die Normalkräfte zwischen dem anderen Ritzel und der zugehörigen Zahnstange ausgeglichen, so daß sich der von den beiden äußeren Zahnstangen und den beiden Halteplatten gebildete Rahmen in jedem Moment auf diejenige Lage einstellt, in der minimale Normalkräfte und somit minimale Bewegungshemmung vorliegen. Die Erfindung gibt somit ein Konzept an, nach dem sich bei unaufwendiger Konstruktion und unter Verwendung von Bauteilen geringen Gewichts erhebliche Kräfte übertragen lassen. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn über die Synchronisiereinrichtung erhebliche zwischen den gegeneinander bewegbaren Baugruppen unausgeglichene Gas-, hydraulische, magnetische oder ähnliche Kräfte zu übertragen sind. Die Möglichkeit, große Kräfte bei geringen Massen zu übertragen ist ferner Voraussetzung für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten.

Bei den bekannten Synchronisiereinrichtungen bildet

zwar das geschlossene Gehäuse bzw. der geschlossene Mantel an dem die Zahnstangen tragenden Ende einen auch für die Zahnstangen wirksamen geschlossenen Rahmen, der an diesem Ende einen gewissen Ausgleich der Normalkräfte ergibt. Wie oben jedoch dargelegt, geht diese Wirkung aufgrund der Elastizität der Zahnstangen umso mehr verloren, je weiter sich der Eingriffspunkt mit den Ritzeln vom Befestigungsende

M) der Zahnstangen entfernt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Synchronisiereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 nach Fig. 1; und

Fig.3 eine der Fig. 1 ähnliche Schnittdarstellung durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Gehäuseabschnitt 1 mit einer ~; Stirnplatte 2 versehen, die zwei nach innen ragende parallele Arme 3 und 4 aufweist. In der Schnittdarstellung nach Fig.2 sind beide Arme 3 und 4 zu sehen. Zwisch::. dz:-. Armen 3 und 4 sind zwei identische Ritz^' 7 und 8 auf festen Achsen 5 und 6 drehbar gelagert. Zwischen den Ritzeln 7 und 8 verläuft eine Doppelzahnstange 9, die mit einer Triebstange 10 einer treibenden oder angetriebenen Baugruppe, etwa einem Kompressorkolben und/oder dem Kolben einer Brennkraftmaschine, durch einen Bolzen oder sonstige Mittel r> verbunden ist. Die Zähne auf beiden Seiten der Doppelzahnstange 9 greifen in die Zähne der Ritzel 7 bzw. 8 ein.

Diametral gegenüber der Doppelzahnstange sind zwei parallele äußere Zahnstangen 11 und 12 angeordnet, deren Zähne ebenfalls mit den Zähnen der Ritzel 7 und 8 kämmen. Diese Zahnstangen 11 und 12 sind über vorzugsweise zwei Platten 13 und 14 starr miteinander verbunden, die nahe den Seiten der Ritzel 7 und 8 und deren Lagerungen verlaufen. Die Platten 13 und 14 sind 2s über Ansätze, von denen in Fig. 1 nur der eine Ansatz 13«·/ gezeigt ist, mit einer weiteren Baugruppe verbunden, bei der es sich beispielsweise um einen Kolben handelt.

Beim Betrieb bewegt sich die Triebstange 10 mit der Doppelzahnstange 9 und den Teilen, die mit der Triebstange 10 verbunden sein mögen, jeweils in der einen Richtung, während sich die parallelen Zahnstangen 11 und 12 sowie die Platten 13 und 14 mit den mit ihnen verbundenen Teilen in der entgegengesetzten Richtung bewegen. Werden die sich zueinander gegenläufig bewegenden Baugruppen so ausgelegt, daß sie gleiche Masse haben, so werden sie miteinander ausgeglichen, und es treten keine Vibrationen auf.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind der Gehäuseabschnitt 1, die Stirnplatte 2 sowie die Ritzel 7 und 8 generell gleich den entsprechenden Elementen in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die Doppelzahnstange 9 dient zur Verbindung mit einem Kolben oder einer sonstigen Einrichtung über eine Stange 10, wobei eine Verlängerung der Stange 10 zur Verbindung mit einer (nicht gezeigten) weiteren Einrichtung, etwa einem geeigneten Antrieb, dient. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die in Abstand voneinander befindlichen parallelen Zahnstangen 11 und 12 wiederum über vorzugsweise zwei Platten verbunden, von denen in F i g. 3 nur die Platte 13 zu sehen ist.

Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach F i g. 3 entspricht der nach Fig. 1, wobei die Masse der die Platten 13 und 14, die Zahnstangen 11 und 12 und alle damit verbundenen Elemente umfassenden Baugruppe gleich sein muß der Masse der die Doppelzahnstange 9, die Stange 10 und die damit verbundenen, erwähnten beiden Einrichtungen umfassenden Baugruppe, um einen Massenausgleich zu erzielen. Werden die Platten 13 und 14 und/oder die Zahnstangen 11 und 12 entsprechend schwer gemacht, so erübrigt es sich, ein zusätzliches Gegengewicht an den Zahnstangen oder Platten anzubringen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Synchronisiereinrichtung zweier koaxial und zueinander gegenläufig bewegbarer Massen in einer Kolbenmaschine, mit einer inneren Doppelzahnstange und einem Paar von zu der Doppelzahnstange parallel und symmetrisch angeordneten, miteinander verbundenen äußeren Zahnstangen, wobei zwischen der Doppelzahnstange und den beiden äußeren Zahnstangen Ritzel achssymmetrisch zur Doppelzahnstange ortsfest gelagert sind und wobei der Kolben mit der Doppelzahnstange oder mit den beiden äußeren Zahnstangen verbunden ist, d a durch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Zahnstangen (11, 12) mittels zweier paralleler Halteplatten (13, 14) miteinander verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzel (7, 8) zwischen zwei von einer Stirnplatte (2) eines die Synchronisiereinrichtung umgebenden Gehäuses (1) nach innen ragenden Trägerplatten (3, 4) gelagert sind, die parallel innerhalb zu den beiden Halteplatten (13, 14) verlaufen.