Kurbelantrieb ohne Totpunkte. Die vorliegende Erfindung betrifft einen insbesondere für Fahrräder, Tretmaschinen, Kolbenmaschinen und dergleichen bestimm ten Kurbelantrieb ohne Totpunkte, mit wenig stens zwei in Bezug .aufeinander um. die Kur- belwellenachsedrehbaren Kurbeln, wobei das durch die Kurbeln getriebene Organ um eine ausserhalb der genannten Achse liegende, zu dieser parallele Achse drehbar und mit den Kurbeln beweglich verbunden ist.
Dieser Kurbelantrieb ist dadurch ,gekenn zeichnet, dass die Welle der einen Kurbel kon zentrisch um die Welle der andern Kurbel angeordnet und drehbar in einer feststehen den Exzenterscheibe gelagert ist, auf welcher das genannte Organ drehbar geführt ist.
Bei dieser vereinfachten Bauart dies Kur- belantriebes, bei welcher durch die Drehung des von -den Kurbeln getriebenen Organes die eine Kurbel gegenüber der andern Kurbel in der Drehrichtung verstellt wird, um jeweils zwangsläufig über ihre eine Totpunktlage hinweggeführt und von der mitgenommenen in die treibende Stellung versetzt zu werden, bevor die andere Kurbel von der treibenden in die mitgenommene Stellung übertritt,
kann die Verbindung zwischen dem genannten Organ und dien Kurbeln derart ausgebildet sein, dass die Bewegungskraft von der trei benden Kurbel auf jenes Organ unter einem höchstens 2,
8'4' betragenden spitzen Winkel zur Umfangsrichtung dieses Organes und die Bewegungskraft von diesem Organ auf die mitgenommene Kurbel ebenfalls unter einem höchstens den genannten Wert aufweisenden spitzen Winkel zur Drehrichtung der Kurbel wellen übertragen wird.
In der beiliegenden Zeichnung sind Aus führungsbeispiele des erfindungsgemässen Kumbelantriebes dargestellt: Die Fig. Ja bis 7:c sind eine schematische Darstellung einer ersten und die Fig. 2a bis 20 eine schematische Darstellung einer zwei ten Ausführungsform. Die Fig. 8 und 4 zeigen die praktische , Anwendung der zweiten Ausführungsform auf einen Fahrradantrieb, und, zwar ist Fig. 3 ein achsialer Horizontalschnitt nach der Linie 8-8 in Fig. 4 und Fig. 4 eine Seitenansicht dieses Antriebes ohne Kurbelarme.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen die praktische An- wendung der zweiten Ausführungsform auf den Antrieb einer Zweizylinder-Kolben maschine. Fig. 5 ist ein achsialer Horizon talschnitt des Kurbelantriebes, und Fig. 6 ist ein Querschnitt nach der Linie T-T in Fig. 5. Die Fig. 7 und 8 zeigen in einem Längsschnitt und in einer Seitenansicht die Arbeitsweise dieses Antriebes.
Die Fig. 9 und 10 zeigen in gleicher Weise die Anwendung der ersten Ausführungsform auf den Antrieb einer Vierzylinder-Kolben maschine.
In der schematischen Darstellung der Fig. Ja bis je bezeichnet a ein Rad, dessen Zentrum in A liegt und das in bezug auf die zur Achse des Rades<I>a</I> parallele Achse<I>B</I> einer Kurbelwelle exzentrisch angeordnet ist. Das Rad ist mit längs eines Durchmessers ver laufenden Führungen a, und a2 versehen, in welchen die an den Enden der beiden um die Achse B zueinander drehbaren Kurbelarme <I>b,</I> und b2 befindlichen Kurbelzapfen cl und- c. gleitbar sind. Beim Betätigen der Kurbel, beispielsweise in der Uhrzeigerrichtung, wird das Rad a mitgenommen.
Dabei ist ersicht lich, dass in der vertikalen Lage der Führun gen a,, a2 die beiden Kurbelarme b,, b. einen bestimmten Winkel miteinander bilden (Fig. ja), während sie in der horizontalen Lage dieser Führungen in Flucht liegen (Fig. je). Die Kurbelarme führen somit bei jeder vollen Umdrehung -des Rades a eine relative Drehung zueinander aus, derart, dass in der untern Totpunktlage des einen Kurbel zapfens c, bezw. c2 der andere Kurbelzapfen c. bezw. c, seine obere Totpunktlage bereits überschritten hat (Fig. 1b).
In der schematischen Darstellung der Fig. 2a bis 2c ist B' die Kurbelwellenachse, um welche die beiden Kurbelarme b', und b'2 zueinander drehbar sind. Diese Kurbelarme sind durch Lenker d, und d2 mit einem in bezug auf .die Achse B' exzentrisch angeord- neten Rad a' verbunden, dessen Zentrum in A' liegt.
Die Arbeitsweise dieses Kurbel- antriebes ist dieselbe wie diejenige des ü, den Fig. 1a bis je dargestellten Antriebes. finit dein Unterschied jedoch, dass die Kurbelar@e nicht in der die beiden Zentren A' und 1>' verbindenden Horizontalen, sondern in einer, , zu dieser Horizontalen schiefen Linie in Flucht liegen. Diese Linie schliesst mit der genannten Horizontalen den ,gleichen Winkel ein wie der sie kreuzende, durch das Zentrum A' gehende Durchmesser, der die Kurbelzap fen c', und c', des Rades a' miteinander ver bindet (Fig. 2a).
Die Fig. 3 und 4 zeigen die praktische Anwendung dieser letzteren Ausführungs farm auf ;einen Fahrradantrieb. Es bezeichnet in diesen Figuren: 1 eine hohle Kurbelwelle, deren eines Ende in dem Lager 2 eines Tret kurbellagergehäuses 3 gelagert ist. Diese Welle trägt an dem genannten Ende einen mit ihr verkeilten Kurbelarm 4 und am andern Ende einen mit ihr fest verbundenen Hebel 5.
Inder Bohrung .der Welle 1 ist eine zu dieser gleichachsige zweite Welle 6 dreh bar gelagert. die einen mit ihr fest verbunde nen Hebel 7 und einen mit ihr verkeilten Kurbelarm 8 trägt. Die Hebel 5 und 7 sind durch unter sich gleiche Lenker 9 mit einem Organ 10 gelenkig verbunden, das auf der in bezug auf die Kurbelwellen exzentrisch lie genden Umfangsfläche 11 einer am Gehäuse 3 befestigten Exzenterscheibe 12 drehbar ge- lagert ist.
Das Organ 10 kann mit radialen Armen 13 versehen sein, die in Osen 14 endigen und beispielsweise zu seiner Befestigung an dem nichtdargestellten Antriebskettenrad des Fahrrades dienen; es kann auch unmittelbar selbst als Kettenrad ausgebildet sein. Die Exzenterscheibe 12 bildet gleichzeitig ein Lager für das andere Ende der hohlen Kur belwelle 1.
Die Exzentrizität der Lauffläche 11 gegenüber der gemeinsamen Kurbelwel- lenachse hat im vorliegenden Fall einen be stimmten festen Wert; sie kann, sofern ge wünscht, in bekannter Weise veränderbar sein, was in der Zeichnung nicht weiter dar- gestellt ist. Die beiden Kurbelarme 4 und 8 tragen an ihren äussern Enden die ebenfalls nicht dargestellten Pedale -der Tretvorrich- tung.
Dieser Kurbelantrieb arbeitet in folgen der Weise: Durch die abwechselnde Auf- und Ab- bewegungder Pedale werden die Kurbelarme 4 und 8 mit ihren Wellen 1 und 6 in Dre hung versetzt, und diese Drehung wird über .die Hebel 5 und 7 und die Lenker 9 auf das zu den genannten, Wellen exzentrisch liegende Organ 10 übertragen. Die exzentrische Lage dieses letzteren in bezug auf die Kurbelwel len 1 und 6 hat, wie an Hand der schema tischen Darstellungen der Fig.
1n, bis 1e und 2n, bis 2e ausgeführt wurde, zur Folge, da die beidem Kurbelarme 4 und 8, die in einer Mittelstellung um 180 gegeneinander ver setzt sind, während ;einer vollen Umdrehung des genannten. Organes eine relative Bewe- gung zueinander ausführen. Der steigende bezw. mitgenommene Kurbelarm bewegt sich .dabei rascher als der fallende bezw.
treibende Kurbelarm, er eilt diesem letzteren um einen von der !gewählten Exzentrizität abhängigen Winkel vor und erreicht .die durch die Kur- belwellenaehse gelegte Vertikalebene früher als der fallende Kurbelarm.
Wenn dieser letz tere mit der genannten Ebene zusammenfällt und von der treibenden in die mitgenommene Stellung übertritt, hat der steigende Kurbel arm die vertikale Lage bereits überschritten und befindet sich wieder in der treibenden Stellung.
Das ,dadurch hervorgerufene gegen- seitige Übergreifen der treibenden Kräfte be wirkt, dass die Kurbeln jeweils zwangsläufig über die Totpunktlage hinweggeführt werden, so dass die Kräfte des zu übertragenden Dreh- momentes ununterbrochen längs des ganzen Kurbelweges wirksam sind. Damit wird ein gleichmässigeres Drehmoment und ein besse rer Wirkungsgrad dies Kurbelantriebes er zielt.
Die Hebelarme der Hebel 5 und 7, an deren Enden die Lenker 9 angreifen, werden zweckmässig gleich gross gewählt wie die Ab- stEnde der Angriffspunkte dieser Lenker am Organ 10 vom Mittelpunkt dieses Organes. Bezeichnet B diesen Abstand, d die Lenker länge, e die Exzentrizität des Mittelpunktes ,des Organes 10 in bezug auf die Kurbelwel lenachse und ss den maximalen. Winkel, den der eine der beiden.
Lenker mit der Umfangs- richtung dies Organes einschliesst, dann wird, da dieser Winkel jeweils auf .der Seite des treibenden Kurbelarmes auftritt, wenn sich dieser in der horizontalen Trage befindet:
EMI0003.0066
Wählt man zum Beispiel .B = 44 mm, d =17 mm und: e = 5 mm, so wird ss:= 28'4'. Die Lenker bilden. also auf der Treibseite einen spitzen Winkel von höchstens 28'4' mit der Umfangsrichtung des Organes 10; sie lie gen zum grösseren Teil auch ungefähr tangen tial zur Drehrichtung der Wellen 1 und 6.
Das Drehmoment wird somit von der trei benden Kurbelwelle 1 bezw. 6 durch den einen Lenker unter einem spitzen Winkel von höchstens 28'4' zur Drehrichtung des Organes 10 auf dieses übertragen; desgleichen über trägt sich die Bewegungskraft des Organes 10 zum grösseren.
Teil ungefähr tangential auf den andern, Lenker und von diesem wiederum unter einem. höchstens den .genannten Wert (28 4') aufweisenden spitzen Winkel zur Drehrichtung der mitgenommenen Kurbel welle 6 bezw. 1 auf diese. Damit Wird eine weitere Verbesserung des Nutzeffektes dies Kurbel@anlriebes erreicht.
In den F'ig. 5 bis -8 ist die zweite Aus- führungsform des Kurbelantriebes auf eine Zylinderkolbenmaschine angewendet.
Es be zeichnet 20 eine teilweise hohle Kurbelwelle, die in,den Lagern 21 und 22 des Maschinen gehäuses 23 drehbar gelagert ist. 24 ist eine zweite Kurbelwelle, -die gleichachsig zur Welle 20 verläuft und einerseits in der Boh rung dieser .letzteren und anderseits in einem Lager 25,
des Maschinengehäuses drehbar ge lagert ist. Mist der Welle 20 äst eine Kurbel 26 und ein Hebel 27 und mit der Welle 24 eine Kurbel 28 fest verbunden. Der Hebel "27 und die Kurbel 28 stehen über je einen Len- 'k'er 29 mit einem. Zahnrad 30 in gelenkiger Verbindung. Dieses ist auf einer in bezug auf die gemeinsame Achse der Kurbelwellen 20 und 24 exzentrisch liegenden
Lauffläche 31, die von der äussern Umfangsfläche des Lagers 22 gebildet wird, frei drehbar und kämmt mit einem zweiten, auf einer Welle 32 fest sitzenden Zahnrad; 33. Durch die Lenker 29 werden die Bewegungskräfte auf das Zahn rad 30 wiederum mehr oder weniger tangen tial zu dessen Drehrichtung übertragen.
Die weitere Ausbildung und die Arbeits weise des vorbeschriebenen Kolbenmaschinen antriebes geht aus den Fig. 7 und 8 hervor. An den beiden Kurbeln 26 und 28 greifen die Triebstangen 34 der in den Maschinenzylindern 35 hin und her beweglichen Kolben 36 an, die im vorliegenden Beispiel um 180 im Ar beitsspiel:
gegeneinander versetzt sind. Die Be wegung der Kolben wird über die genannten Triebstangen auf die zueinander drehbaren Kurbeln und von diesen über die Lenker 29 auf das Zahnrad 30 übertragen. Infolge der exzentrischen Lagerung dieses letzteren gegen über der gemeinsamen Kurbelwellenachse werden die beiden Kurbeln 26 und 28 ab- weehslungsweise einander voreilen und auf die s e Weise zwangsläufig über die innere und äussere Totpunktlage hinweggeführt. Die bei den Kolben erreichen somit die innere und äussere Endlage nicht gleichzeitig.
Wenn der augenblicklich treibende Kolben, zum Bei spiel der in Fig. 8 rechts dargestellte Kolben, in die dem Ende seines. Arbeitshubes entspre chende äussere Umkehrstellung gelangt, hat der mitgenommene Kolben, d. <B>11.</B> in diesem Falle der in Fig. 8 links dargestellte Kolben, die innere Umkehrstellung bereits überschrit ten und den Arbeitshub wieder begonnen. Daraus ist ersichtlich, dass der Arbeitshub eines jeden der dargestellten Kolben immer vor dem Ende dies Arbeitshubes des andern dieser Kolben beginnt.
Die Fig. 9 und 10 zeigen die Anwendung der ersten Ausführungsform des Kurbel- antri-ebes auf eine Vierzylinder-Kolbenma schine. Die ineinander gelagerten koaxialen Kurbelwellen 40 und 41 sind mit je einer Kurbel 42 bezw. 43 und je (-Mein Hebel 44 bezw. 45 fest verbunden. Die beiden Hebel besitzen :an ihrem freien Ende einen Zapfen 46 bezw. 47, -der in einem Schlitz 48 bezw. 49 des exzentrisch gelagerten Zahnrades gleitbar geführt ist. Die beiden gegenein ander versetzten Kurbeln sind gleichzeitig mit je zwei Kolbenstangen 52 und 52' bezw.
53 und 53' gelenkig verbunden, wobei auf verschiedene Kurbeln wirkende Kolben sich wiederum während des Arbeitsspiels gegen- seitig voreilen.
Die beiden in den Fig. 5 bis 10 darge stellten Kolbenmaschinenantriebe können bei spielsweise in einem stufenlosen Getriebe zur Erzeugung veränderlicher Drehzahlen mit tels einer einstellbaren Flüssigkeitsmenge verwendet werden. Die Kolbenmaschine ar beitet in diesem Falle als Flüssigkeitsmotor und treibt über die Kurbeln das exzentrisch gelagerte Zahnrad an, dessen Drehung in be- kannter Weise zum Beispiel für den Antrieb einer Werkzeugmaschine benutzt werden kann.
Bei all den vorbeschriebenen Kurbel antrieben ist die eine Kurbelwelle konzen trisch um die andere angeordnet und drehbar in einer feststehenden Exzenterscheibe ge lagert, auf welcher das durch die Kurbeln getriebene Organ um eine zur gemeinsamen Kurbelwellenachse parallele Achse drehbar ist. Diese an steh einfache und gedrängte Bauart verbilligt die Herstellung der Kurbel antriebe.
Durch die drehbare Anordnung der beiden Kurbeln in bezug aufeinander und ihre gelenkige Verbindung mit einem ge meinsamen. zur Kurbelwellenachse exzen- triseh gelagerten, drehbaren Organ wird über dies erreicht, d@ass sich immer eine Kurbel in der treibenden Stellung befindet, wenn die andere Kurbel' von der treibenden in -die mit genommene Stellung übertritt. Der Kurbel antrieb ist infolgedessen frei von Totpunkten.
Schliesslich ist bei einigen Beispielen die ge lenkige Verbindung zwischen dem genannten Organ und den Kurbeln derart ausgebildet, dass die Bewegungskraft unter einem relativ kleinen spitzen Maximalwinkel zur Umfangs richtung des jeweils getriebenen Teils wirk sam ist, womit ein hoher Nutzeffekt in der Bewegungsübertragung erzielt wird.