Variable Kurbel mit hydraulischer Steuerungseinrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Kurbel mit -Steuereinrichtung, durch welche die Länge des Kurbelarmes und dessen Phasenverschiebung gegenüber der Antriebswelle unter Winkelverstellung eines auf dieser Welle exzentrisch gelagerten dreheinstellbaren Organes geändert wenden
können.
Blei bekannten variablen Kurbeln wird ,das dreheinstellbare Organ auf der Kurbel welle durch ein mechanisches Gestänge be tätigt, dessen Verschiebung über eine Steil gewindekupplung in eine ,drehende Bewegung eines zur Kurbelwelle coaxial liegenden Gliedes =gesetzt und von diesem über eine weitere Kupplung auf das erwähnte dreh- einstellbare,
auf dieser Welle exzentrisch sitzende Organ. übertragen wird. Solche Be tätigungsvorrichtungen sind von komplizier ter Bauart; ihre Bestandteile sind den bei Kurbelantrieben unvermeidlichen Stosswir kungen in.
,der Regel nicht gewachsen, und die Genauigkeit ihrer Arbeitsweise wird durch das in den Verbindungen zwischen stationä- reu und beweglichen Teilen vorzusehende Spiel beeinträchtigt. Bei Kurbelantrieben grosser Maschinen sind ferner für die Drehung des dreheinstellbaren Organes auf Kurbelwelle relativ hohe Verstellkräfte er forderlich, deren Übertragung auf mecha nischem Wage unwirtschaftlich ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, ,diese Nachteile zu: beseitigen. Sie ist ge kennzeichnet durch die Kombination eines in die Kurbiel eingebauten doppeltwirkenden Flüssigkeitsmotors für die stufenlose Ver- stellung düs dreheinstellbaren Organes auf ,der Welle, einer von einer Kommandostelle aus betätigbaren Schiebereinrichtung zur ,Steuerung dieses Flüssigkeitsmotors und ,einer vom dreheinstellbaren Organ gesteuer ten zu dar Schiebereinrichtung führenden Rückführungseinrichtung, das Ganze derart, dass ihm.
Beharrungszustande jeder Stellung ,des Betätigungsorganes an .dem Kommando stelle eine der Grösse und Phasenverschiebung nach .genrau bestimmter Kurbelausschlag ent- spricht. In .einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein auf der Welle sitzendes Grundexzenter an seinem Umfang mit einer ringförmigen Hohlkehle versehen,
in welcher das dreheinstellbare Organ mit einer entspre- chenden an seiner innern Lauffläche vor stehenden Zunge dicht eingepasst geführt ist. Ein Teil dieser Hohlkehle kann beispielsweise durch ein am Grundexzenter befestigtes segmentförmiges Füllstück ausgefüllt sein, so dass der restliche Teil durch die genannte Zunge in zwei Druckkammern unterteilt wird, die mit Druckflüssigkeitszuleitungen verbunden sind.
Bei der Verstellung des dreheinstellbaren Organes gleitet dessen, der Zunge gegenüberliegende innere Lauffläche auf der .äussern Umfangsfläche des Füll stückes, während such die Zunge ,selbst in -der Hohlkehle des Grundexzenters verschiebt, wo bei diese Verschiebung in beiden Richtungen durch Anschläge am Füllstück begrenzt sein kann.
Für die Montage dieser Kurbel kann im Grundexzenter neben dem einen Ende des Füllstückes ein seitlich ausmündender Schlitz vorgesehen sein, durch welchen beim Auf setzen des genannten dreheinstellbaren Or- ganes auf das Grundexzenter die Zunge des ersteren in die Hohlkehle dies letzteren hinein geschoben werden kann.
Die ganze Vorrichting wird alsdann seitlich .durch mindestens eine Deckscheibe abgedichtet; diese Deckscheibe kann mit -einem dem Schlitz entsprechenden Vorsprung versehen sein, durch welchen sie diesen Schlitz ausfüllt rund zugleich dreh fest mit dem Grundexzenter verbunden ist.
Die zu beiden Seiten der verschiebbaren Zunge liegenden Druckkammern des Grund exzenters sind zweckmässig über in der Welle vorgesehene Kanäle mit zwei zur Steuer schiebereinrichtung führend=en Druckleitun gen verbunden. Für die Betätigung der den Flüssi=gkeitsdruck regelnden Schiebereinrich tung kann beispielsweisse ein Handantrieb vorgesehen sein.
Durch Verstellen des Steuer organes der Schiebereinrichtung mittels des genannten Hand=a=ntriebes kann die eine der Druckkammern des Flüssigkeitsmotors über die ,genannten Leitungen und Kanäle mit der den Flüssigkeitsdruck vermittelnden Stelle und die andere mit einem Auslass in Verbin dung gebracht werden, wobei die dadurch bewirkte Drehung des dreheinstellbaren Or- ganes gegenüber dem Grundexzenter bei spielsweise auf ein auf der Welle frei dreh bares,
zu dieser coaxiales Glied und von diesem über ein Steilgewinde auf einen axial auf einen axial verschiebbaren. zur Welle ebenfalls coaxialen Ring übertragen wird, der über eine Hebel vorrichtung mit einer das Steuerorts n der Schiebereinrichtung umgebenden Rückstell hülse verbunden ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel- des Erfindungsgegenstandes dar gestellt.
Die Fig. Ja bis 1e zeigen eine variable Exzenterkurbel in verschiedenen Einstellun gen.
Fig. 2 ist ein axialer Längsschnitt .durch eine :solche Kurbel samt Einrichtung für die hydraulische Steuerung derselben.
Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie s1- < 4 in Fig. 2.
Fig. 4 ist ein", Teilansicht von oben der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung.
Fig. 5 ist ein Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 3.
Fig. 6 ist ein Querschnitt nach der Linie C-C in Fig. 2.
Die Welle 1 einer variablen Kurbel, hier einer Exzenterkurbel, ist in den Lagern 2 und 3 eines Maschinengehäuses 4 gelagert und kann über eines ihrer Enden mit zum Beispiel konstanter Drehzahl angetrieben werden.
5 ist ein auf dieser Welle festsitzen des Grundexzenter und 6 ein auf diesem letz teren dreheinstellbares, in bezug auf -die Grundexzenterachse, das heisst die Mittelachse des Grundexzenters unsymmetrisches Organ,
das im vorliegenden Fall durch ein äusseres Verstellexzenter gebildet wird. Der radiale Hebelarm dieser Exzenterkurbel und ihre Phasenverschiebung gegenüber der sie antrei bende Welle 1 können durch Verstellen des äussern Exzenters 6 auf dem Grundexzenter 5 bel=iebig geändert werden. Diese Änderung ist in den Fig. ja bis je dargestellt.
Es bezeich net x die momentane 'Winkellage der Welle 1, die beispielsweise in der Pfeilrichtung drehen möge, e, die Exzentrizität des auf dieser Welle festsitzenden Grundexzenters 5, e6 die Exzentrizität des Verstellexzenters 6 und er die resultierende Exzentrizität bezw. der radiale Hebelarm :der Kurbel. Die beiden Exzentrizitäten e,, und e, sind zweckmässig gleich gross angenommen.
Fig. 1a zeigt .die Nullstellung der Kurbel;,die Exzentrizität e6 ist der Exzentrizität e, entgegengesetzt; der radiale Hebelarm der Kurbel und seine Pha senverschiebung gegenüber d er Achse x sind gleich Null. Wird nun .das Verstellexzenter 6 um 45 in der Uhrzeigerrichtung in die Lage gemäss. Fig. 1b gedreht, dann ist der radiale Hebelarm. der Kurbel durch den Vektor er gegeben, der der Achse x um den Winkel von 221/2 voreilt.
In Fig. je ist das Verstell exzenter in derselben. Richtung um 90 und in Fig. 1d um 135 gedreht worden; der radiale Hebelarm der Kurbel hat sich weiter vergrössert und eilt der Achse x um 45 res pektive um 67i/2 vor. Fig. 1e zeigt .die End- stellung der Kurbel, in welcher das Verstell exzenter um 180 in der Uhrzeigerrichtung gedreht worden, isst; :der radiale Hebelarm. er ist auf den maximalen Wert (e. + e6) an gewachsen und eilt der Kurbelwelle um 90 vor.
Wird das Verstellexzenter von der Null stellung der Fig. la aus in. der dem Uhr zeigemsinn entgegengesetzten Richtung ,ge dreht, so ergeben sich dieselben Änderungen des radialen Hebelarmes mit einer Phasen verschiebung der Kurbel im nacheilenden Sinn.
Variable Kurbeln dieser Art werden bei spielsweise für den Antrieb von schieber gesteuerten Kolbenmaschinen verwendet. Des auf dem Grundexzenter dreheinstellbare Or gan 6 ist zu diesem Zweck mit dem Arbeits kolben der Maschine kraftschlüssig verbun- den und ausserdem mit der um 90 auf der Antriebswelle versetzten Kurbel des Steuer- schiebers gekuppelt zur Anpassung der Steuerzeitpunkte
.dieses letzteren an die mit der Hubveränderung des Kolbens sich än- dernden Zeitpunkte des Beginnes und Endes des Kolbenhubes. Diese gegenseitige Verbin dung und Arbeitsweise der einstellbaren Glieder der Kurbelantriebe sind zum Beispiel im schweizterischen Patent Nr. 220283 be schrieben und werden hier nicht näher erläu tert.
Die Betätigung der variablen Kurbel 5, 6 erfolgt hydraulisch. Das äussere Exzenter 6 kann. auf dem Grundexzenter 5 stufenlos durch ,einen doppeltwirkenden Flüssigkeits motor verstellt werden, der mittels einer von einer Kommandostelle aus betätigten Schie bereinrichtung S gesteuert wird.
Das Grund exzenter 5 ist zu diesem Zweck an seinem Umfang mit einer ringförmigen Hohlkehle 7 von beispielsweise halbkreisförmigen Quer schnitt versehen, in, welcher das äussere Ex zenter 6 mit seiner entsprechenden an seiner innern Lauffläche vorstehenden Zunge 8 ,dicht eingepasst geführt ist.
Ein Teil der Hohlkehle 7 ist durch ein segmentförmiges Füllstück 9 ausgefüllt, das mit konischen Stiften 10 am Grundexzenter 5 befestigt ist (siehe Fix. 3). Dem übrige Teil der Hohlkehle 7 wird durch die in, ihr geführte Zunge 8 dies äussern.
Exzenters in zwei Druckkammern 11 und 12 unterteilt. Neben dem einen Ende des Füllstückes 9 ist im Grundexzenter 5 ein seitlich ausmündender Schlitz 13 vorgesehen, durch welchen beim Aufsetzen des äussern Exzenters auf das Grundexzenter die Zunge 8,des ersteren in die Hohlkehle 7 des letzteren hineingeschoben werden kann.
Bei der Ver- stellung des äussern Exzenters ;gleitet dessen der Zunge gegenüberliegende Lauffläche auf ,der äussern Umfangsfläche des Füllstückes 9, während isich. !die Zunge selbst in der Hohl- kehle 7 des Grundexzenters verschiebt.
Diese Drehung des äussern Exzenters 6 wird in beiden Richtungen durch Anschläge 14 am Füllsitüok begrenzt.
Die beiden Exzenter 5 und 6 :sind sei-flieh durch einen Bund 15, 4er .am Grundexzenter 5 fest ist, und eine lose auf der Welle 1 ,sitzenden @Scheibe 16 abgedichtet. Die letztere ist zweckmässig auf der Seite des Schlitzes 13 angeordnet .und mit einem diesem Schlitz ent- sprechenden Vorsprung 17 (Fig.
5) versehen, durch welchen sie den Schlitz ausfüllt und zugleich ,drehfest mit dein. Grundexzenter ver bunden ist. An den Stellen, wo der Bund 15 und die Deckscheibe 16 an das äussere Exzenter 6 .anliegen, sind zur Vervollstän digung der Abdichtung ringförmige Dich tungspackungen 18 und 19 in diese Teile eingesetzt.
Die zu beiden Seiten der verschiebbaren Zunge 8 liegenden Druckkammern 11 und 12 des Grundexzenters sind über in der Welle vorgesehene Kanäle 21 und 22 mit den beiden zur Steuerschiebereinrichtung S führenden Druckleitungen 31 und 32 verbunden. Der Anschluss der Kanäle 21 und 22 an die beiden Druckleitungen 31 und 32 erfolgt im vorlie genden Beispiel über die Welle nach aussen abdichtende Kohlenringarmaturen.
Jede der selben besitzt ein stationäres Gehäuse 20, das ringförmige Ausnehmungen aufweist, in wel chen zweiteilige Kohlenringe 23 drehbar ein gesetzt sind und durch Schraubenfedern 24 an die Welle gepresst werden.
Die Leitungen 31 und 32 sind an den Gehäusen befestigt; jede ,derselben steht über eine Bohrung 25 in diesen Gehäusen mit einem seitlich von zwei benachbarten Kohlenringen begrenzten ring förmigen Druckraum 26 in Verbindung, vom. welchem der entsprechende in der ZV eile vor gesehene Kanal 21 bezw. 22 ausgeht. Die Ka näle 21, 22 münden neben den beiden Enden des Füllstückes 9 in je eine der Druckkam- mern 11, 12 des Grundexzenters ein.
Die Steuerschiebereinrichtung S besitzt ein stationäres Gehäuse 30, in welches über den Einlass 33, zum Beispiel von einer nicht dargestellten Pumpe, Druckflüssigkeit zu geführt wird.
Ein Doppelkolben 34' des Betätigungs- organes 34 der Schiebereinrichtung läuft in ,einer im Gehäuse 30 dicht eingepassten Gleit- hül.so 35, in welcher Querbohrungen ange bracht sind, die, in der in Fig. 2 dargestellten Mittelstellung :
der Hülse dem Einlass 33 und den beiden Auslässen in die Rohrleitungen 31 und 32 fluchtartig gegenüberliegen. Ein- lass und Auslässe sind an der Innenwand des Gehäuses 30 zu Längsnuten 36 erweitert, derart, dass die Verbindung zwischen diesen und den Querbohrungen der Gleithülse 35 bei einer Verschiebung dieser letzteren im Ge häuse nicht unterbrochen wird.
Der Doppelkolben 34' der Steuerschieber- einrichtung untersteht den nach Grösse und Richtung genau bestimmten Verstellbewegun gen, die von einer beliebigen Kommando stelle aus, beispielsweise durch einen Hand antrieb 37 erfolgen können. Je nach der Stel lung dieses Doppelkolbens wird der einen oder andern der Kammern 11, 12 über die ge nannten Leitungen und Kanäle Druck flüssigkeit zugeführt, wobei diese letzteren gleichzeitig Aals Rückströmleitungen für die Flüssigkeit dienen.
Wenn beispielsweise der Doppelkolben 34' der Schiebereinrichtung S durch den Handantrieb 37 eine Verschiebung nach rechts erfährt, wird über die Leitung 31 und den Kanal 21 Druckflüssigkeit in die Druckkammer 11 des Grundexzenters geför dert, während aus der Kammer 12 Flüssig keit über den Kanal 22 und die Leitung 32 entweichen kann.
Die auf diese Weise ent- stehende Druckdifferenz in den Kammern, 11, 12 überträgt sich auf die linke Seite der Zunge 8, so dass das äussere Exzenter 6 auf dem Grundexzenter 5 in Richtung des Uhr- zeigers verstellt wird. Der umgekehrte Vor <B>gang</B> findet statt, wenn der Doppelkolben 34' der Schiebereinrichtung -durch den Hand antrieb nach links verschoben wird.
Wie jede Steuereinrichtung für den vor liegenden Zweck, bedarf auch die vorbeschrie bene einer selbsttätigen Rückführung, damit im Beharrungszustande jeder Stellung des Handantriebes eine der Grösse und Phasen verschiebung nach genau bestimmter Kurbel- a.usis;chla,g entspricht. Die Rückführung wird beim Beispiel vom Verstellerexzenter 6 aus über ein zur Welle 1 coaxial liegendes Glied 40 betätigt; das für die Kupplung des Ver stellexzenters mit dem nicht dargestellten Kurbelantrieb des Steuerschiebers -der Kol- benmas chin@e vorgesehen ist.
Dieses auf der Welle 1 frei: drehbare, coaxial zu letzterer liegende Glied 40 ist drehfeist :mit ,dem Ver stellexzenter 6 verbunden.
Letzteres trägt auf der -diesem Glied zu gekehrten Seite zwei zu der seinen Exzentri zitätsvektor -enthaltenden Axialebene symme trisch liegende und zur Welle 1 parallel ge richtete Zapfen 41, auf welchen zwei unter :sich :
gleiche Hebel 42 schwenkbar .gelagert sind. Die beiden Hebel besitzen an, den ein- ander zugekehrten Enden je eine segment- förmige Verzahnung 43, mittels welcher Ver zahnungen sie ineinander eingreifen, wobei die Zentren :der Teilkreisbogen dieser Ver- zahnungen in ;den Achsen der Zapfen 41 liegen.
An dien andern Erden tragen beide Hebel je einen Zapfen 44, an welchen Zapfen unter sich gleich lange Lenker 45 angreifen. Die beiden Lenker sind ihrerseits an zwei ein ander diametral gegenüberliegenden Zapfen 46 des Gliedes 40 schwenkbar gelagert.
Das Glied 40 ist an seinem äussern Um fang mit einem. :Steilgewinde 47 versehen, das in ein entsprechendes Muttergewinde eines dieses Glied umgebenden Ringes 48 eingreift. Der Ring ist axial verschiebbar längs Füh- rungsstiften 49, die in seitlich vorstehende Ohren 50 der Abdeckscheibe 16 fest einge presst sind (siehe Fig.
4), und er besitzt eine äussere ringförmige Nut 51, in welche das gabelförmige Ende eines bei 52 ,schwenkbar belagerten Hebels 53 eingreift. Dieser Hebel ist über die Steuerstange 54 mit der im Schieber vorgesehenen Gleithülse 35 ver bunden.
Die Rückführung arbeitet in folgender Weise: Wird durch Verschieben des Steuer- organes 34 nach rechts Druckflüssigkeit über die Leitung 31 und den Kanal 21 in die Druckkammer 11 des Grundexzenters gelei tet, so verschiebt sich das Verstellexzenter in der Uhrzeigerrichtung mit Bezug auf Fig. 3 um einen bestimmten Winkel. Diese Drehung wird über die Hebel:
- und Lenkervorrichtung 41 bis 46 auf das Glied 40 übertragen, s o dass infolge dies Steilgewindes 47 der Ring 48 :auf dien Führungsstiften 49 beispielsweise mach links im. Fig. 2 verschoben wird.
Durch ,diese Verschiebung wird der Hebel 53 um ,seine Achse 52 in der Pfeilrichtung geschwenkt Lid ,zieht über,die Steuerstange 54 die Gleit- hülse 35,
der Schiebereinrichtung S nach rechts bis die mit dem Doppelkolben zusammen- wirkenden Querbohrungen in dieser Hülse wieder vor die beiden Kolben des Steuer- organes 34 zu liegen kommen und die weitere Druckmittelzufuhr in die Kammer 11 des Grundexzenters unterbrochen wind. <RTI
ID="0005.0087"> Bei. einer weiteren Betätigung des Handantriebes 37 wiederholt sich :dasselbe Spiel. Im Gleich gewLCht wird die Gleithülse 35 immer eine Mittelstellung in bezug auf den Doppelkolben 34' einnehmen, wobei sich ihre Querbohrun gen dauernd über den Längsnuten 36 der Ein- und Auslässe der Schiebereinrichtung befin den werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das in ,der Zeichnung dargestellte beschränkt. Die einzelnen Teile des hydraulischen Kur belantriebes können im Rahmen des Erfin dungsgedankens verschieden gestaltet und an geordnet werden. Es könnte zum Beispiel das Füllstück 9 bis ;auf eine schmale Trennwand in der Hohlkehle des Grundexzenters verklei nert werden, derart, dass für die Variierung des Armes der Kurbel annähernd die maxi male Verstellung von 180 des äussern Ex zenters ausgenutzt wird.
Auch wäre e .s mög lich, die Zunge 8,des Verstellexzenters 6 auf dessen dünneren Seite anzuordnen. Die Ab- dichtung der beiden Exzenter 5 und 6 kann beliebig ausgeführt sein, und für dien An schluss der Leitungen 31 und 3.2 an; diel Ka näle 21 und 22 in der Welle könnten an Stelle der dargestellten Kohlenringarmaturen auch andere Dichtungsvorrichtungen verwendet werden.