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Vorrichtung zur Übertragung der hin- und hergehenden Bewegung eines Kolbens in die drehende Bewegung einer Welle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung der hin-und hergehenden Bewegung eines Kolbens in die drehende Bewegung einer Welle und umgekehrt, wie dies z. B. bei Kraftmaschinen oder Pumpen der Fall ist, und betrifft insbesondere jene Art, bei der der Kolben über eine Pleuelstange und einen Hebel mit dem kreisrunden Sonnenrad eines Planetengetriebes zwecks Übertragung eines Drehmomentes zusammenwirkt. Für diesen Zweck werden, wie dies allgemein bekannt ist, Kurbelgetriebe verwendet, die jedoch den Nachteil haben, dass eine mehr oder weniger grosse Querkraft auf die Kolbenwände wirkt, sofern nicht ein Kreuzkopf zur Führung des Pleuels vorgesehen wird.
Bei den üblichen Kurbetrieben sind auch die Geschwindigkeiten des Kolbens während seines Hin- und Herganges gleich, was nicht immer erwünscht ist.
Ein bekannter Nachteil der Anordnung eines üblichen Kurbeltriebes besteht auch darin, dass die Kolben verhältnismässig lange Zeit in der Nähe der Totpunktlagen verweilen, wodurch die Arbeitsvorgänge im Zylinder unregelmässig ablaufen.
Es ist nun bereits ein Getriebe bekannt, welches die Umwandlung eines konstanten Antriebes in einen periodisch selbsttätig seine Richtung umkehrenden Antrieb ermöglicht. Hiefür diente ein epicyclisches Getriebe in Form einer hohlen, angetriebenen Rolle oder Scheibe, die auf einer festen Achse drehbar gelagert ist, auf der auch das Sonnenrad des epicyc1ischen Getriebes befestigt ist. Das letzte Rad des epicyclischen Getriebes ist auf einer Hohlwelle angeordnet, die auf der festen Achse drehbar gelagert ist und von der ein Werkzeug od. dgl. angetrieben wird. Das epicyclische Getriebe besteht aus Paaren von elliptischen Zahnrädern und mindestens einem Paar kreisförmiger Zahnräder.
Ein Zahnrad (Sonnenrad) jedes dieser Paare ist auf der festen zentralen Achse und eines (Planetenrad) auf einer exzentrisch in der Rolle angeordneten Achse vorgesehen. Diese Anordnung ermöglicht, dass das kreisförmige Sonnenrad während der Bewegung der angetriebenen Rolle, in der die Planetenräder gelagert sind, periodisch seine Drehrichtung ändert.
Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, ein derartiges Getriebe als Ersatz für den üblichen Kurbeltrieb zu verwenden. Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Vorrichtung zur Übertragung der hin-und hergehenden Bewegung eines Kolbens in die drehende Bewegung einer Welse und umgekehrt, z. B. in einer Kraftmaschine oder einer Pumpe, wobei der Kolben über eine Pleuelstange und einen Hebel (Kurbel) mit einem ersten kreisrunden Sonnenrad eines Planetengetriebes zwecks Übertragung emes Drehmomentes verbunden ist.
Das besondere dieser Vorrichtung besteht darin, dass ein mit dem ersten kreisrunden Sonnenrad zusammenwirkendes, in einem Planetenradträger gelagertes erstes Planetenrad drehfest mit einem zweiten Planetenrad verbunden ist, dessen Verzsh= : un ; en ang einem geschlossenen, von einem Kreise abweichenden Linienzug, z. B. längs einer Ellipse, verläuft, und dass dieses zweite Planetenrad mit einem zweiten Sonnenrad mit gleicher Verzahnung in Eingriff steht, das auf der Achse des ersten kreisrunden Sonnenrades, jedoch diesem gegenüber drehbar angeordnet ist.
Die Erfindung soll nachstehend an einem in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Anordnung in schematischer Ansicht, Fig. 2 ist ein Schnitt durch das zur Verwendung gelangende Getriebe. Fig. 3 stellt im Schema die zusammenwirkenden Zahnräder dar.
In Fig. 1 sind mit 1 Kolben bezeichnet, die sich in Zylindern 2 auf und ab bewegen. 3 sind Pleuel- stangen, die gelenkig mit einem Doppelhebel 4 verbunden sind. Prinzipiell kann der Hebel 4' : : 1 nur ein
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einfacher Hebel sein oder es können mehrere Einzelhebel angeordnet werden und die Pleuel und Kolben können sternförmig vorgesehen sein. Jedenfalls wirkt der oder die Hebel 4 mit einem Sonnenrad 5 zusammen, indem der Hebel 4 beispielsweise starr an die Nabe 6 angeschlossen ist. Das Sonnenrad 5 ist im Gehäuse 7 frei drehbar, z. B. auf der Achse 8, gelagert. Auf dieser ist auch der Arm eines Planetenradträgers 9 frei drehbar angeordnet, der ein Planetenritzel 10 trägt und mit diesem im Gehäuse frei umlaufen kann.
Das Planetenritzel 10 ist auf einer Welle 11 aufgekeilt, die ihrerseits im Planetenradträger 9 drehbar ist. Auf dieser Welle 11 ist ein weiteres Planetenritzel 12 aufgekeilt, das seinerseits mit dem Sonnenrad 5 in Eingriff ist. Schliesslich ist noch ein zweites Sonnenrad 13 vorhanden, das auf der Achse 8 sitzt und somit wie diese im Gehäuse 7 fest angeordnet ist.
Die. Besonderheit des beschriebenen Getriebes besteht darin, dass die Zahnräder des zweiten Zahnradpaares von der üblichen Kreisform abweichen, z. B. elliptisch sind. Im dargestellten Beispiel sind die Zahnräder 10 und 13 durch Kreislinien verschiedenen Durchmessers begrenzt, wobei die Krümmungsmittelpunkte auf den Hauptachsen aussermittig der Wellenachsen 8 und 11 liegen und eine Symmetrie um die beiden Hauptachsen vorhanden ist. Es ist eine selbstverständliche Bedingung, dass beim Abwälzen der beiden Zahnräder 11,13 der Zentralabstand immer gleich bleibt und der Eingriffspunkt sich immer auf der gemeinsamen Achse befindet.
Dabei rollen die beiden verschieden grossen Teilkreise der Zahnräder aufeinander ab, wobei der Planetenradträger 9 eine Drehbewegung um die Achse 8 ausführt unddasPlanetenritzel 12 mitnimmt, das mit dem Planetenritzel 10 starr verbunden ist. Da das Sonnenrad 13 starr im Gehäuse angeordnet ist, erfährt das Sonnenrad 5 eine Drehbewegung, wie dies bei allen Planetengetrieben der Fall ist, nur dass dessen Bewegungsrichtung sich umkehrt, sobald die Zahnräder 10,13 in den Totpunkten A-A', B-B', C-C'oder D-D'miteinander im Eingriff sind. Dies erklärt sich dadurch, dass die Winkelgeschwindigkeit des Planetenritzels 10 relativ zur Geschwindigkeit des Planetenradträgers 9 aufder Strecke A'-B'geringer ist, als auf der Strecke B'-D'. Gleiches gilt für die Strecken D'-C'bzw. C'-A'.
Im selben Mass ändert sich auch die Winkelgeschwindigkeit des Planetenrades 12. Da der Planetenradträger 9 aber eine gleichförmige Drehbewegung ausführt, erfährt das Sonnenrad 5 eine Bewegungsumkehr, sobald einer der vier Totpunkte durchschritten wird. Dies bedeutet aber eine Schwenkbewegung des Sonnen-
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in der einen Richtung mit einer andern Geschwindigkeit durchgeführt wurde als die Bewegung in der andern Richtung. Mit andern Worten ist die Abwärtsbewegung des Kolbens z. B. schneller als dessen Aufwärtsbewegung. Eine Drehung des festen Sonnenrades 13 um 900 würde die Verhältnisse umkehren. Diese Gegebenheiten spielen besonders beim Zweitaktverfahren eine besondere Rolle, weil es erwünscht sein kann, dass die verschiedenen Zeiten für das-Ansaugen, Verdichten, Arbeitleisten und Ausschieben der verbrannten Gase nicht gleich sind.
Wie bereits aus Fig. 1 zu ersehen ist, ergibt sich bei der Pleuelbewegung nur eine geringe Auslenkung gegenüber der vertikalen Zylinderachse, was einfach darauf beruht, dass sich der Anlenkpunkt 14 des Pleuels an den Hebel 4 immer innerhalb eines verhältnismässig geringen Winkelbereiches bewegt, entsprechend dem Hub des Kolbens. Dies ergibt eine praktisch vernachlässigbare Querkraft auf den Zylinder 2.
Die einzelnen Zahnräder müssen nicht direkt miteinander im Eingriff stehen. Beispielsweise können' Kettenräder vorgesehen sein, die durch Ketten miteinander kraftschlüssig verbunden sind.
Schliesslich können zum Ausgleich der Totpunktlagen Massnahmen getroffen werden. Hiezu ist es zweckdienlich, zwei oder mehr hinsichtlich des Angriffspunktes des Hebels 4 im Winkel gegeneinander versetzte kreisförmige Sonnenräder anzuordnen und ferner auch die zugehörigen Planetenräderpaare gegeneinander im Winkel zu versetzen, von denen die von der Kreisform abweichenden Räder im gemeinsamen Planetenradträger auf ein gemeinsames, im Gehäuse fest angeordnetes Sonnenrad gleicher Form einwirken.
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