DE2539189C3

DE2539189C3 - Vorrichtung zum Einstellen der Hublänge eines Kurbelgetriebes

Info

Publication number: DE2539189C3
Application number: DE2539189A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nakata; Teruo Oikawa; Ryuichi Sato
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1975-04-07
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1980-04-24
Also published as: US4041800A; NL176393C; CH607835A5; NL176393B; BR7509609A; CA1022771A; DE2539189A1; GB1503389A; NL7510791A; SE7509949L; BR7508609A; SE405501B; FR2307198B1; DE2539189B2; FR2307198A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf e' ie Vorrichtung zum Einstellen der Hublänge eines Kurbelgetriebes der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher erläuterten und aus der GB-PS 1 64 140 bekannten Art

Bei dieser ist die Kurbelwelle innerhalb einer drehbaren Hülse angeordnet, die an einem Ende mit einem äußeren Zahnkranz versehen ist, um über die Hülse und die mit dieser umlaufenden Kurbelwelle einen Exzenter anzutreiben. Die Kurbelwelle weist a«i ihrem freien, aus der drehbaren Hülse herausragenden Ende zwei unter Abstand angeordnete, umlaufende Bünde auf, zwischen die eine Stellgabel greifen kann. Die Stellgabel verschiebt die Kurbelwelle in axialer Richtung, was während des Betriebes geschehen kann, während die drehbare Hülse axial feststeht. Die Stellgabel kann von Hand betätigt werden. Für eine Fernbedienung ist sie an einen Stellmotor angeschlossen, der in geeigneter Weise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch arbeitet. Unabhängig von der Art der Betätigung ist ein Halteorgan erforderlich, das die Stellgabel und/oder die Kurbelwelle in der bestimmten Betriebsstellung fixiert Für eine automatische Regelung sind noch ein Fühler und ein Regelkreis erforderlich, der den Stellmotor auf den vorgegebenen Sollwert nachsteuert. Der gerätemäßige und steuerungstechnische Aufwand ist damit für die bekannte Vorrichtung erheblieh, ohne daß eine feinfühlige Regelung sieherge' stellt werden kann, da erhebliche Stellkräfte erforderlich sind, um über die Gabel die Kurbelwelle gegenüber der drehbaren Hülse axial zu verstellen.

Die gleichen Nachteile ergeben sich bei einer ebenfalls bekannten Vorrichtung zum Einstellen der Hublänge mittels einer Schraubenspindel (DE-GM 70 33 146), die gedreht wird, um die Kurbelwelle gegenüber einem axial feststehenden Gehäuse in axialer Richtung zu verschieben. Da jedoch durch die Schraubenspindel die gesamte Kurbelwelle bewegt werden muß, ist ein ziemlich hohes Drehmoment zur Betätigung der Schraubenspindel erforderlich, so daß die miteinander im Eingriff stehenden Gewindeteile einem hohen Verschleiß unterliegen. Abgesehen von der Bruchgefahr nutzen sich die Gewindeflanken ab, und das axiale Spiel vergrößert sich entsprechend. Eine exakte Lageeinstellung der Kurbelwelle ist deshalb bereits nach kurzer Betriebszeit nicht mehr möglich. Da

ίο andererseits auf die Schraubenspindel eine ziemlich große Einstellkraft aufgebracht werden muß, hat man insbesondere für das automatische Einstellen einen Servomotor vorgesehen, der jedoch in der oben beschriebenen Weise einen Regelkreis mit mindestens einem Fühler und einem Stellglied erfordert Dieses gilt auch für die weiterhin bekannte Vorrichtung gemäß FR-PS 15 91 673. Diese zeigt zwar nur eine Pumpe mit veränderbarer Förderleistung von radial angeordneten Kolben, die durch einen Exzenter gesteuert werden, doch ist der Exzenter ebenfalls durch eine Kurbelwelle verstellbar, die zwischen zwei koaxialen Drehkörpern eine schräge Welle aufweist Die schräge Welle und die Drehkörper sind einstückig ausgebildet und die Drehkörper ihrerseits drehbar in Hülsen gelagert, die einen äußeren Umfaogsflansch tragen, der als Kolben in jeweils einer Druckkammer geführt ist Eine der feststehenden Hülsen steht unter der Wirkung einer Rückstellfeder und eines Druckes, der ständig auf den zugeordneten Kolben wirksam ist und bestrebt ist die Kurbelwelle in Richtung der anderen Hülse zu verschieben, deren Stellung in axialer Richtung jedoch durch die Schraubenspindel festgelegt ist Die diese Hülse umschließende Kammer ist damit keine Druckkammer, sondern nimmt lediglich Leck-Strömungsmit-

JS tel auf und leitet es in den Sammelbehälter zurück, von dem aus es wieder dem Druckraum zugeführt wird, der die erste Hülse umschließt Sowoh! der Strömungsmitteldruck als auch der Federdruck Haben die Aufgabe, das Spiel der Schraubenspindel und der einzelnen Lager auszuschalten. Steuerfunktionen kommen ihnen nicht zu. Hierfür ist ausschließlich die Schraubenspindel vorgesehen, der jedoch die genannten Nachteile anhaften.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Vorrichtung der eingangs näher erläuterten Art eine leichtere und feinfühligere Einstellbarkeit und selbsttätige Nachstdlbarkeit zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch

so 1 vorgeschlagen.

Die Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Hublänge leicht und besonders feinfühlig einstellbar ist und sich bei Abweichungen von der Voreinstellung selbsttätig sofort nachstellt, ohne daß ein aufwendiger Regelkreis mit Fühlern und einem Stellglied erforderlich wäre. Die Kurbelwelle ist nämlich selbst insofern als Stellglied wirksam, als sie das Drosselventil unmittelbar steuert und damit ihre Abweichungen von der voreingestellten Position sofort eine Druckverändemng in den beiden

w) Druckkammern auslösen, die das Zurückführen der Kurbelwelle in die voreingestellte Position unmittelbar bewirkt. Trotz kleiner Steuerkräfte wirken in den Druckkammern große Stellkräfte, so daß eine feinfühlige Steuerung möglich ist. Die Vorrichtung arbeitet

<·,-> verschleißfrei, und durch den Fortfall eines äußeren Regelkreises sind der konstruktive, fertigungstechnische und Wartungsaufwand auf ein Minimum reduziert. Zweckmäßigerweise besteht das Drosselventil aus

einer axial verstellbaren Nadel, mit der die Mündung der Axialbohrung zusammenarbeitet Gewöhnlich findet als Strömungsmittel öl Anwendung, das der das Drosselventil aufweisenden Druckkammer zugeführt wird, während die andere Druckkammer mit einer festen Auslaßöffnung versehen ist. Die Nadel des Drosselventils ist unmittelbar von außen einstellbar und bestimmt den ölfluß von der einen zu der anderen Druckkammer in der Weise, daß der Druck in beiden Druckkammern im Gleichgewicht ist, wobei jede gewünschte Hublänge durch Verschieben der Kurbelwelle in axialer Richtung einstellbar ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung,

Fig.2 bis 4 Details weiterer Ausführungsbeispiele der Vorrichtung und

F i g. 5 die Vorrichtung gemäß F i g. 1 mit einer eingebauten öldruckpumpe.

In F i g. 1 bezeichnet 10 eine Kurbel, die aus zwei Drehkörpern 12,14, die einander gegenüberliegen, und einer schrägen Welle 16 besteht, die zwischen den Drehkörpern 12, 14 liegt und mit diesen einstückig ausgebildet ist Die schräge Welle 16 ist gegenüber der gemeinsamen Mittelachse der Drehkörper 12, 14 um einen bestimmten Winkel geneigt Auf der Welle 16 sitzt ein Exzenter 18 zur Umwandlung der Drehbewegung der Kurbel 10 in eine Hin- und Herbewegung bzw. eine Hubbewegung. Der Exzenter 18 ist über eine Verbindungsstange 20 mit dem Kolben 22 einer Pumpe (nicht gezeigt) verbunden.

Einer der Drehkörper 12 der Kurbel 10 ist an seinem einen Ende mit einem Hohlzylinder 24 versehen. Der Drehkörper 12 ist von einer feststehenden Hülse 26 umgeben, deren äußeres Ende durch einen Endverschluß 30 hermetisch verschlossen ist, der an seiner Innenseite mit einem Hohlraum 28 versehen ist, in das der Hohlzylinder 24 des Drehkörpers 12 eingreift.

Der Drehkörper 14 ist von einer Drehhülse 32 umgeben, die an ihrem einen Ende geschlossen ist.

Mit dem Verschluß 30 ist eine Öldruckleitung 34 verbunden, um eine Öldruckkammer A zusammen mit dem Hohlraum 28 zu bilden.

Es ist eine Bohrung 36 vorgesehen, die sich von der Mitte des Drehkörpers 12 der Kurbel 10 durch die Welle 16 und durch das Innere des Drehkörpers 14 zu dessen äußerem Ende erstreckt, wo eine Öldruckkammer B an dem äußeren Ende des Drehkörpers 14 vorgesehen ist, die von der Drehhülse 32 umgeben ist.

In der Öldruckkammer A, die in der oben beschriebenen Weije aufgebaut ist ist eine Nadel 40 in den Verschluß 30 geschraubt, so daß sie in axialer Richtung vor- und rückwärts verstellbar ist. Die Nadel 40 liegt gegenüber dem offenen Ende 38 der Bohrung 36, um ein einstellbares Drosselventil zu bilden.

Die Drehhülse 37, ist an ihrem unteren Ende mit einer Auslaßöffnung 42 versehen, die sich zu der Öldruckkammer B öffnet.

Wenn die Nadel 40 in der Öldruckkammer A in die gewünschte Stellung gebracht wird, fließt Arbeitsöl aus der Öldruckkammer A durch die Bohrung 36 in der Kurbel 10 in die Druckkammer B, um den Druck in der Öldruckkammer 5 zu erhöhen, so daß sich die Kurbel 10 in Richtung auf die Öldruckkammer A bewegt. Wenn das offene Ende 38 der Bohrung 36 des Drehkörpers 12 sich dem unteren Ende 18 der Nadel 40 nähert, bildet dieses offene Ende 38 zusammen mit der Nadel 40 ein Drosselventil, das das Arbeitsöl verringert, das von der Öldruckkammer A in die Bohrung 36 strömt, so daß die Druckdifferenz zwischen der Öldruckkammer A und der öldruckkammer B konstant gemacht wird.

Wenn die Druckdifferenz zwischen der öldruckkammer A und der öldruckkammer B konstant ist, ist die axiale Bewegung der Kurbel 10 beendet
Die öldruckkammer B ist mit der Auslaßöffnung 42

ίο versehen, so daß, wenn der Druck in der Öldruckkammer A mit dem Druck in der öldruckkammer B im Gleichgewicht ist, das Arbeitsöl stets aus der öldruckkammer A durch die Bohrung 36, die öldruckkammer B und die Auslaßöffnung 42 in den ölbehälter 50 fließt

Wenn Da der Innendurchmesser der öldruckkammer A, D_B der Innendurchmesser der öldnickkammer Sund Da<Db ist, ist der Gleichgewichtszustand, in dem di° Differenz zwischen dem Druck P_A in der Öldruckkammer A und dem Druck Pb in der !^druckkammer B konstant ist durch die folgende Formel gegeben:

π D².

Der Druck P_A wird durch den Grad der öffnung des einstellbaren Drosselventils bestimmt und die Kurbel 10 wird in einer Stellung gehalten, die durch diesen Öffnungsgrad des einstellbaren Drosselventils bestimmt ίο wird.

Wenn aus diesem Gleichgewichtszustand die Nadel 40 z. B. nach oben verstellt wird, öffnet das Drosselventil, so daß ein Druckabfall ΔΡ_Λ entsteht

Da D_A < Db ist, ist die Kraft, der jedes Ende der i'i Kurbel 10 unterliegt gegeben durch

Daher wird die Kurbel 10 nach oben geschoben und dann in einer Stellung angehalten, in der die obige Formel (1) bei einem halbgeschlossenen Zustand des Drosselventils erfüllt ist

Wenn aus dem obigen Gleichgewichtszustand die Nadel 40 nach unten verstellt wird, schließt das Drosselventil, so daß im wesentlichen kein Öl durch die Bohrung 36 in die öldruckkammer B fließt. Daher wird der Druck in der Öldruckkammer B im wesentlichen

so Null. Dann veranlaßt nur der Druck in der Öldruckkammer A die Kurbel 10, sich nach unten zu verstellen, bis der Gl-eiohgewichtszustand wieder hergestellt ist.

Wenn eine Einstellung der Lage der Nadel 40 gegenüber dem offenen Ende 38 der Bohrung 36 der Kurbel 10 durchgeführt wird, wird die Kurbel 10 schnell und leicht verstellt und damit wird die relative Lage des Exzenters 18 gegenüber der Kurbel 10 eingestellt, um den geraden Hub auf einfache Weise von 0 bis 100% einzustellen.

bo Bei de»· vorliegenden Ausführungsform Ist die Drehhülse 12 an ihrem Außenumfang mit einem Schneckenrad 44 versehen, das mit einer Schneckenwelle 46 im Eingriff steht, die mit einem Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) verbunden ist Die Drehhülse 32 ist

b"> in einem Radiallager '48, das an dem ölbehälter 50 befestigt ist, drehbar gelagert.

Die Drehhülse 32 ist an ihrem oberen Ende mit einer Nut 52 versehen, in die eine Rippe 54 eingreift, die an

der Unterseite des Exzenters 18 vorsteht. Somit bilden die Drehhülse 32 und der Exzenter 18 einen einzigen Drehkörper, der zum Betrieb der Pumpe (nicht gezeigt) eine Hubbewegung auf den Kolben 22 überträgt.

In Fig.2 ist eine weitere Ausführungsform der > Hublängeneinstellvorrichtung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform weist der Mechanismus zur Umwandlung der Drehbewegung in die Hubbewegung eine Kurbel 62 auf, die aus zwei Drehkörpern 56,58 und einer schrägen Welle 60 besteht, die zwischen die beiden Drehkörper in 56, 58 eingesetzt ist und eine Nut hat, sowie einem Exzenterrad 64, das an der schrägen Welle 60 befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Drehkörper 56 von einer feststehenden Hülse 66 umgeben, während der Drehkörper 58 von einer Drehhülse 68 umgeben ist. Die äußeren Enden der beiden Drehkörper 56, 58 sind durch die feststehende Hülse 66 und die Drehhülse 65 umgeben, um eine Öldruckkammer A und eine Öldruckkammer flzu bilden.

Eine Bohrung 70 erstreckt sich durch die Drehkörper ?» 56, 58 und die schräge Welle 60, um die beiden Öldruckkammern A. β miteinander zu verbinden.

In der Öldruckkammer A ist eine Nadel 72 gegenüber dem offenen Ende der Bohrung 70 vorgesehen, um ein einstellbares Drosselventil zu bilden. Die öldruckkam- r, mer B ist an ihrem geschlossenen unteren Ende mit einer Auslaßöffnung 74 versehen.

Wenn die Nadel 72 in der Öldruckkammer A auf eine gewünschte Stellung eingestellt wird, kann die Hublänge in der gleichen Weise wie bei der vorherigen jn Ausführungsform eingestellt werden.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Hublängeneinstellvorrichtung. Bei dieser Ausführungsform weist der Mechanismus zur Umwandlung der Drehbewegung in die Hubbewegung eine Kurbel 82 auf, s"> die aus zwei Drehkörpern 76, 78 und einer exzentrischen, mit einem Schraubengewinde versehenen Welle 80, die zwischen die beiden Drehkörper 76, 78 eingesetzt ist, und einem Exzenter 84, der mit der Welle 80 im Eineriff steht besteht. -to

Bei dieser Ausführungsform sind die Drehkörper 76, 78 von einer feststehenden Hülse 86 und einer Drehhülse 88 umgeben, die die äußeren Enden der Drehkörper 76,78 umgeben, um eine Öldruckkammer A und eine Öldruckkammer B zu bilden. j >

Eine Bohrung 90 erstreckt sich durch die Drehkörper 76, 78 und die exzentrische Welle 80, um die beiden Öldruckkammern A, B miteinander zu verbinden. In der Öldruckkammer 4 ist eine Nadel 92 gegenüber der Endöffnung der Bohrung 90 angeordnet, um ein einstellbares Drosselventil zu bilden. Die Öldruckkammer B ist an ihrem unteren Ende mit einer Auslaßöffnung 94 versehen.

Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, wenn die Nadel 92 auf eine gewünschte Stellung eingestellt wird, eine gewünschte Hublängeneinstellung in der gleichen Weise wie bei den vorherigen Ausführungsformen zu bewirken.

Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Hublängeneinstellvorrichtung. Bei dieser Ausführungsform weist der Mechanismus zur Umwandlung der Drehbewegung in die Hubbewegung ein Exzenterrad 98 auf, das an einer Welle % befestigt ist, sowie eine Schwingkurbei 100, die an dem Exzenterrad 98 schwenkbar befestigt ist An der Schwingkurbel 100 ist ein Kurbelzapfen 102 verschiebbar angeordnet der mit einer Einstellwelle 104 verbunden ist Die Einstellwelle 104 ist von einem Gehäuse 105 umgeben, um eine Öldruckkammer A und eine Öldruckkammer B an den äußeren Enden der Einstellwelle 104 zu bilden. Durch die Einstellwelle 104 erstreckt sich eine Bohrung 106, die die beiden Öldruckkammern A, B miteinander verbindet.

In der Öldruckkammer A ist eine Nadel 108 gegenüber der Endöffnung der Bohrung 106 angeordnet, um ein einstellbares Drosselventil zu bilden. Die Öldruckkammer B ist an ihrer Seitenwand mit einer Auslaßöffnung 110 versehen

Wenn bei dieser Ausführungsform die Nadel 108 auf eine gewünschte Stellung eingestellt wird, ist es möglich, die Lage des Kurbelzapfens 102 einzustellen und dadurch eine geeignete Hublängeneinstellung zu bewirken.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Kurbel in vertikal In dem ölbehälter 50 angeordnet se daß es möglich ist, die Teile des Mechanismus zu schmieren und das öl in dem ölbehälter 50 einer öldruckpumpe 112 zuzuführen. Daher kann das öl in dem ölbehälter 50 unter Druck umgewälzt werden.

Die öldruckpumpe 112 kann eine unabhängig angetriebene Pumpe sein, sie kann jedoch am Ende einer Antriebisschneckenwelle einer Pumpe angeordnet sein. Auf diese Weise kann die öldruckpumpe 112 von der Antriebskraft zum Betrieb der Hauptpumpe angetrieben werden.

Außerdem ermöglicht bei diesem Öldrucksystem die Anordnung einer kleinen öffnung 114 in der Öldruckleitung 34, ein mechanisches Teil ühsr dem ölpegel in dem ölbehälter 50, z. B. den Drehkörper 12, ausreichend mit öl zu versorgen, wobei ein teuerer Druckschmiermechanismus und dergleichen im wesentlichen entfallen kann.

Die Vorrichtung ist in der Lage, die Kurbel unter Öldruck durch Einstellung der Lage der Nadel gleichmäßig zu verstellen, so daß ein Handbetätigungsknopf 116, der einstückig mit der Nadel 40 ausgebildet ist, verwendet werden kann, um eine Hublängeneinstelllehre zu bilden. Es ist daher möglich, die Nadel 40 mittels einer extrem geringen Kraft einzustellen, so daß eine automatische Hublängeneinstellung mittels eines extrem kleinen Antriebsmechanismus durchgeführt werden kann.

Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung. Bei dieser Ausführungsform ist die Drehhülse 32 der Kurbel 10, die vertikal in dem Ölbehälter 50 angeordnet ist an ihrem Außenumfang mit einem exzentrischen Nocken 118 versehen, Jer in einen Kolben bzw. einen Stößel 120 eingreift um dessen Hubbewegung zu bewirken. Der Stößel 120 bildet das Antriebsteil einer Öldruckkolbenpumpe 122, die in dem ölbehälter 50 angeordnet ist

Die öldruckpumpe 122, die in der oben beschriebenen Weise aufgebaut und angeordnet ist ist mit einem Auslaßrohr 124 versehen, das über einen Speicher 126 mit der Öldruckleitung 34 verbunden ist die mit der Öldruckkammer A in Verbindung steht Auf diese Weise ist es möglich, das öl in dem ölbehälter 50 als Arbeitsöl zur Einstellung der Hublänge zu verwenden. Außerdem kann auch ein Mechanismus zur Betätigung der Kurbel 10 die öldruckpumpe 122 in einfacher Weise betreiben und damit kann die Vorrichtung insgesamt einfach ausgebildet werden.

Wenn bei der vorliegenden Ausfuhrungsform der Ausstoßhub der öldruckpumpe 122 in der Phase derart verstellt wird, daß dieser Auslaßhub dann durchgeführt wird, wenn auch der Ansaughub der Hauptpumpe

durchgeführt wird, kann, da die Leistung zum Antrieb der Öldruckpumpe von dem Drehmoment der Hauptpumpe geliefert wird, der Ausstoßhub der Hauptpumpe, der im wesentlichen keiner Belastung entspricht, als öldruckarbeitslcistiing verwendet werden, ohne den

Antriebsmechanismus überflüssig zu belasten.

Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Kolbenantriebspumpe leicht an dem Exzenter des Drehmechanismus zur Umwandlung der Drehbewegung in die Hubbewegung befestigt werden.

Hierzu 3 15IaIt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einstellen der Hublänge eines Kurbelgetriebes, bestehend aus einer Kurbelwelle, aus zwei Drehkörpern, die einander gegenüberliegen, einer schrägen Welle zwischen den beiden Drehkörpern, die mit dieser einstückig ausgebildet sind, und einem Exzenter, der auf der schrägen Welle geführt ist, wobei die Kurbelwelle in einem axial feststehenden Gehäuse axial verschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (10; 62; 82) als Kolben ausgebildet ist, daß das den Kolben aufweisende Gehäuse (26, 32; 66, 68; 86, 88) zusammen mit den Stirnseiten des Kolbens zwei Druckkammern (A, B) für ein Strömungsmittel bildet, daß beide Druckkammern über eine Axialbohrung (36; 70; 90) innerhalb des Kolbens miteinander in Verbindung stehen und daß die an die Strömungsmitteldruckleitung (34) angeschlossene Druckkammer (A) ein voreinstellbares und durch den Kolben nachstellbares Drosselventil aufweist, das mit der Achse des Kolbens fluchtet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil aus einer axial versteilbaren Nadel (40; 72; 92) besteht, mit der die Mündung (38) der Axialbohrung (36; 70; 90) zusammenarbeitet