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Kurbelgetriebe mit Kurvennutscheibe
Es sind Kurbelgetriebe bekannt, bei denen eine und Herbewegung mittels Pleuelstange über eine gekröpfte Welle in eine Drehbewegung umgewandelt wird. Hiebei beschreibt die im Pleuellager liegende gekröpfte Kurbelwelle einen Kreisbogen. Der Hub ist gleich dem Durchmesser der kreisförmigen Umlaufbahn des Pleuellagers. Bei einer Hin- und Herbewegung des Kolbens wird eine Kurbelwellenumdrehung ausgeführt.
Bei einer andern bekannten Ausführung verläuft die Pleuelstange ständig radial zur Kurbelwelle. Die Kurbelwelle dient dabei als Führung der radial gestellten Pleuelstange. Eine Drehbewegung wird hiebei nur durch eine Kräftekomponente bewirkt, die sich aus dem dazwischenliegenden Winkel von der Kurvennutbahn zum Radius ergibt. Die Überwindung des fotpunktes erfolgt mittels Hebezapfen.
Bei einer weiteren Ausführung erfolgt die Übertragung von Hin- und Herbewegungen in Rotationsbe- wegungen durch eine exzentrisch liegende, kreisrunde Kurvennut, auf die die Kolbenkraft ebenfalls radial über die Pleuelstange übertragen wird. Eine Drehbewegung wird auch nur, wie bei der vorgenannten Art, durch eine Kraftkomponente erzeugt. In beiden Fällen ist der Hub des Kolbens gleich der Differenz zwischen den Höchst- und Tiefstpunkten der Kulissen radial zur Kurbelwelle bezogen.
Gegenüber diesen bekannten Kurbelgetriebe zeichnet sich das erfindungsgemässe Getriebe dadurch aus, dass ein Pleuelstangenführungselement auf der glatten Welle lagert, das einen ständig gleichbleibenden Abstand der Pleuelstange zur Welle und die Kraftübertragung durch die Kurvennutscheibe bewirkt.
Bei der erstbeschriebenen bekannten Ausführung ergibt sich der Nachteil, dass sich die Kolbengeschwindigkeit nur aus der Kurbelwellenumdrehung sowie aus dem Hub, der wiederum gleich ist der doppelten Kurbelwellenkröpfung, ergibt. Ausserdem sind die einzelnen Geschwindigkeitsstufen pro Hub abhängig von der kreisförmigen Umlaufbahn des Pleuellagers.
Der Erfindung gemäss ist der Hub des Kolbens und somit auch die Kolbengeschwindigkeit nicht mehr vom Hebelarm und der Kurbelwellenumdrehung allein abhängig. Der Hub kann bei gleichbleibenden Kurvennutscheiben ganz beliebig gewählt werden, da man dies allein schon durch verschiedene Abstände der Pleuelstange zur Kurbelwelle erreicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass man bei gleichbleibendem Abstand, von Pleuelstange zur Kurbelwelle, durch verschiedene Annahme von Höchst- und Tiefstpunkten der Kurvennut einen verschiedenen Hub erhält. Aus der vorerwähnten Unabhängigkeit von Hub zu Hebelarm und einer beliebig gekrümmten Kurvennut kann man das günstigste Kraftmoment ausnutzen.
Dieser Vorteil liegt darin, dass die Pleuelstange, geführt durch das Pleuelstangenführungselement, in beliebigem Abstand zur Kurbelwelle, als auch mit verschieden gekrümmten Kurvennuten ausführbar ist. Eine vollkommenere Ausnutzung der Kolbenkraft ergibt sich dadurch, dass von der oberen Totpunktlage an der Hebelarm sich andauernd vergrössert, bis die untere Totpunktlage erreicht ist. Der grösste Hebelarm und ier günstigste Kraitübertragungswinkel (zirka 90 ) auf die Kurvennuten ergibt sich kurz vor Erreichen der unteren Totpunktlage, so dass auch die letzte Explosionskraft noch restlos ausgenutzt wird.
Von der zweitbeschriebenen Ausführung unterscheidet sich die gegenständliche Erfindung dadurch, dass nun die Kraft von der Pleuelstange zur Kurvennutscheibe fast normal (900) übertragen wird und der Kraftübertragungspunkt exzentrisch liegt, das einen höheren Nutzwert infolge des erzielten Hebelarmes zur Folge hat. Die Überwindung der Richtungsänderung (Totpunkt) der Pleuelstange geschieht durch eine l1ipsenähn1iche Krümmung der Kurvennutscheibe, wohingegen die Überwindung des Totpunktes durch einen Hebezapfen erfolgte. Dadurch ergibt sich nun bei der Totpunktüberwindung ein gleichmässiger und ruhiger Lauf, insbesondere bei höheren Touren.
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Von der nächsten Ausführung unterscheidet sich die gegenständliche Erfindung dadurch, dass anstatt der kreisförmigen zentrisch liegenden Schlitten, durch die bei einer Kurbelwellenumdrehung nur eine Hinund Herbewegung der Pleuelstange radial hergestellt wurde, nun die Möglichkeit besteht. mittels eines Kur- vennutscheibenpaares mit ellipsenähnlieh gekrümmten Nuten durch Anordnung mehrerer Höchst-und Tiefstpunkte der Nuten (zur Antriebswelle bezogen) mehrere Hin-und Herbewegungen der Pleuelstange bei einer Kurbelwellenumdrehung mit gleichbleibendem exzentrischem Abstand der Pleuelstange zur Antriebswelle vorzusehen. Dabei bewegt sich die Pleuelstange ständig auf der gleichen Seite, z. B. laut Zeichnung seitlich rechts von der Antriebswelle.
Den gleichbleibenden Abstand der Pleuelstange zur Antriebswelle fixiert das Pleuelstangenführungselement. Ausserdem greift anstatt des Schlittens die auskragende Pleuelwelle in die Kurvennuten ein. Die in die Kurvennuten kragenden Pleuelwellenenden sind zwecks Reibungsverminderung mit Lagern versehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführugprsbeispiel der Erfindung mit einem Zylinder im Querschnitt dargestellt. Die Kurvennuten haben hier zwei Höchst- und zwei Tiefstpunkte, wodurch bei einer Kurbelwellenumdrehung zwei Hin- und Herbewegungen des Kolbens ausgeführt werden.
In der Zeichnung bedeutet 1 die Führung des Kolbens oder z. B. den Zylinder eines Explosionsmotors.
2 ist das Kurbelgehäuse, in dem in zentraler Lage die gerade Kurbelwelle 10 liegt. Die Kurvennutscheiben 13 sind an der Welle 10 mittels eines Keiles 12 oder sonstigen Verbindungsteiles fest verbunden. Das Führungselement 7 für die Pleuelstange 5 ist auf der Welle 10 beweglich in einem Lager 11 gelagert. Das Führungselement 7 liegt mittig zwischen zwei Kurvennutscheiben 13. Die Kurvennutscheiben 13 dienen gleichzeitig als Schwungscheiben. Die eingezeichnete Kurve 8 stellt die Mittellinie der Nut dar. Die Nuten sind an den beiden Scheiben 13 an den einander zugekehrten Seiten ausgebildet, zwischen denen das Führungselement 7 liegt. Die Welle 6 greift beiderseitig mit den auskragenden Enden in die Nuten 8 ein.
Im Pleuelstangenführungselement 7 läuft die Pleuelstange 5, die durch ein Lager 15 mit der Welle 6 verbunden ist, wodurch die übertragene Kolbenkraft auf die Kurvennuten übertragen wird. Wo die Welle 6 die Pleuelstange durchstösst. ist eine Verstärkung 16 an derselben vorgesehen. Die Pleuelstange 5 wird durch Lager 17 im Führungselement 7 geführt. Zur Bewegungsfreiheit der seitlich auskragenden Welle 6 ist das Führungselement 7 mit einer Öffnung 14 versehen. 4 zeigt den Kolbenbolzen in der Höchstlage. Die durchgezogenen Hauptlinien zeigen die Höchstlage und die strichlierten Hauptlinien die Tiefstlage des Systems an. Die punktierten Linien zeigen die verdeckten Hauptlinien. Der Kolben 3 wird durch Auslö- sen einer Kraft nach unten gedrückt.
Der Hub 19 ist die Strecke zwischen der obersten 20 und der untersten Punktlage 20'des KolbenboIzens 4 ; der Hub 19'dagegen ist die Strecke zwischen der obersten Lage 21 und der untersten Lage 21'der Welle 6.25 ist die Drehrichtung der Scheibe 13. Die Mittelachse 23 der Nut 8 zeigt die Lage in der Höchstlage und Linie 22 die der Tiefstpunktlage, die bei dieser Ausführung normal aufeinander stehen (900). 9 zeigt dabei die Mittellinie der Kurvennut in der Tiefstlage. Der gleichbleibende Abstand von der Pleuelstange 5 und 5'zur Kurbelwelle 10 ist mit 18 und 18'bezeichnet. 5'ist die Pleuelstange und 24 der Kolbenbolzen in der Tiefstlage. Die Kurvennutscheibe kann auch auf eine bestehende Schwungscheibe angebracht werden.
Die Kolbenführung kann in Richtung der Pleuelstange ausgeführt werden, wodurch die volle Explosionskraft auf die Pleuelstange wirkt. Dieses System ist auch für andere Maschinen wie Pumpen usw. und überall dort, wo Hin- und Herbewegungen in eine Rotationsbewegung umzuformen sind mit einer oder zwei Kurvennutscheiben, anwendbar. Es können auch auf einer Kurvennutscheibe oder einem Kurvennutscheibenpaar durch ein doppeltes Pleue1stangenfUhrungs element zwei Kolben in Boxerform ausgeführt werden. Die Form der Kurvennut ergibt sich aus dem ange- nommenen gleichbleibenden Abstand der Pleuelstange zur Kurbelwelle, demHub des Kolbens, sowie von Gescbwindigkeitsverzögerung und-beschleunigung während der Bewegungsänderung der Pleuelstange.
Das Pleuelstangenführungselement kann, wenn dies aus technischen Gründen vorteilhafter ist, aus mehreren Einzelteilen bestehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kurbelgetriebe, bei dem die Pleuelstange mit einer auf der Antriebswelle befestigten Kurvennutscheibe in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kraftübertragung durch die Kurvennutscheibe, bei einem ständig gleichbleibenden Abstand der Pleuelstange zur Welle, ein auf dieser glatten Welle schwenkbar lagerndes Pleuelstangen-Führungselement vorgesehen ist.