DE10024972A1 - Crank mechanism - Google Patents

Crank mechanism

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Abstract

The invention relates to a crank drive. A crank drive usual working principle consists in transmitting forces acting linearly and developing a relatively constant pressure to a rotating lever at a 360 DEG angle. The counter-pressure point then becomes the lever fulcrum defining a circle. On the circular arc closed at 360 degrees, the lever comes across two points, especially one at 90 DEG and one at 270 DEG , where it is able to transmit the maximum of the top force it received. Therefore, said lever does not work efficiently over 358 DEG of the circular arc it has run over. The invention aims therefore at creating a new working principle for a crank drive. In so doing, said crank drive comprises at least one pivotably mounted ring (21) provided with at least a rotation element (12) for force inducing and at least an active link (10) for continuously transmitting said force to the ring (21) on the lever (11).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb.The invention relates to a crank mechanism.

Bekannt ist ein Planetenradkurbeltrieb gemäss WO 88/08095. Desweiteren ist in der Zeitschrift "P. M. Reihe: Das historische Ereignis" (Nr. 2/1994. Seite 23) ein seit 1768 bekannter Kurbeltrieb erwähnt.A planetary gear crank drive according to WO 88/08095 is known. Furthermore, in the magazine "P. M. Series: The historical event" (no. 2/1994. Page 23) mentions a crank mechanism known since 1768.

Aufbau des herkömmlichen KurbeltriebsStructure of the conventional crank mechanism

Ein Hebelarm ist mit dem einen Ende an einer Welle fest verbunden und mit dem anderen Ende des Hebels mit einem drehbar gelagerten Kurbelzapfen verbunden.A lever arm is firmly connected at one end to a shaft and with the other end of the lever connected to a pivoted crank pin.

Herkömmliches FunktionsprinzipConventional principle of operation

Dieser Kurbeltrieb vollbringt folgende physikalische Leistung: Geradlinig auftretende Kräfte, die eine relativ konstante Druckrichtung besitzen, auf einem sich im Kreis von 360 Grad drehenden Hebel zu übertragen. Dabei wird der Gegendruckpunkt (2) zum Drehpunkt des Hebels (1). Der Hebel (1) beschreibt dabei einen Kreis. Auf diesem Kreisbogen von 360 Grad durchläuft der Hebel zwei Punkte: 90 Grad und 270 Grad, wo er in der Lage ist, die von ihm maximal aufgenommene Kraft maximal weiter zu übertragen. Das bedeutet andererseits, dass der Hebel an 358 Grad eines Kreisbogens nicht effektiv arbeitet.This crank drive achieves the following physical performance: To transmit linear forces, which have a relatively constant pressure direction, on a lever rotating in a circle of 360 degrees. The counter pressure point ( 2 ) becomes the fulcrum of the lever ( 1 ). The lever ( 1 ) describes a circle. On this circular arc of 360 degrees, the lever passes through two points: 90 degrees and 270 degrees, where it is able to transmit the maximum force it can absorb. On the other hand, this means that the lever does not work effectively at 358 degrees of an arc.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neues Prinzip für den Kurbeltrieb zu schaffen.The invention is based on the object, a new principle for the crank mechanism to accomplish.

Erfindungsgemäss besitzt der Kurbeltrieb wenigstens einen drehbar gelagerten Ring (21) mit wenigstens einem Drehelement (12) zur Krafteinleitung und wenigstens eine Wirkverbindung (10) zur konstanten Krafweiterleitung am drehbaren Ring (21) auf einen Hebel (11).According to the invention, the crank mechanism has at least one rotatably mounted ring ( 21 ) with at least one rotating element ( 12 ) for the introduction of force and at least one operative connection ( 10 ) for constant transmission of force on the rotatable ring ( 21 ) to a lever ( 11 ).

Fig. 1 Darstellung zur Erläuterung der bekannten Hebeldrehung Fig. 1 representation to explain the known lever rotation

Fig. 2 Darstellung der geradlinig verlaufenden Kräfte mit der jeweiligen herkömmlichen veränderten Hebelstellung Fig. 2 representation of the rectilinear forces with the respective conventional changed lever position

Fig. 3 Perspektivische Prinzip-Darstellung einer Verbindung von zwei erfindungsgemässen Kurbeltrieben zur Antriebswelle Fig. 3 perspective schematic representation of a connection of two crank drives according to the invention to the drive shaft

Fig. 4 Perspektivische Prinzip-Darstellung eines Kurbeltriebes mit aussen angeordnetem Abtriebselement Fig. 4 is a perspective schematic representation of a crank mechanism with an output element arranged on the outside

Dabei wird davon ausgegangen, dass beim Stand der Technik die Kraft aus Richtung Null Grad oder 180 Grad Drehwinkel kommt. Zu verstehen ist das folgendermassen:It is assumed that the state of the art is the power Coming towards zero degrees or 180 degrees of rotation. This is to be understood as follows:

Fig. 1 bis 2 Im oberen Totpunkt (Null Grad) wird keinerlei nutzbare Kraft übertragen. Bei 90 Grad wird die maximale Kraft übertragen, bei 180 Grad befindet sich der untere Totpunkt und 270 Grad dann wieder die maximale Kraftübertragung. Das heisst, die Kräfte bauen von Null Grad auf 90 Grad und von 180 Grad zu 270 Grad systematisch auf, und sie bauen von 90 Grad auf 180 Grad und 270 Grad auf 360 Grad systematisch ab. Die Kraft kommt somit aus einer Richtung. Im Verlauf der Drehbewegung des Hebels baut sie auf und ab. Fig. 1 to 2 At top dead center (zero degrees), no usable force is transmitted. The maximum power is transmitted at 90 degrees, the bottom dead center is at 180 degrees and then the maximum power transmission is again 270 degrees. This means that the forces build up systematically from zero degrees to 90 degrees and from 180 degrees to 270 degrees, and they systematically decrease from 90 degrees to 180 degrees and 270 degrees to 360 degrees. The force comes from one direction. It builds up and down as the lever rotates.

Während der Hebel (1) gemäss Fig. 1 und 2 sich dreht, drehen sich die Antriebskräfte (3) des Hebels nicht mit. Damit aber die erfindungsgemässen Bedingungen für einen optimalen Hebel gegeben sind, müssen sich auch die Kräfte und die Richtung aus der die Kräfte kommen, im Kreis von 360 Grad mitdrehen, damit sie auf den Hebel in einem Winkel von 90 Grad (4) einwirken können.While the lever of FIG. 1 and 2 (1) rotates, the driving forces (3) of the lever does not rotate. However, so that the conditions according to the invention for an optimal lever are given, the forces and the direction from which the forces come must also rotate in a circle of 360 degrees so that they can act on the lever at an angle of 90 degrees ( 4 ).

Es wird davon ausgegangen, dass ein Teil von der auf den Hebel wirkenden Kraft vom Hebelarm selbst aufgenommen wird, ohne diese Kraft direkt in Drehbewegung umzusetzen. Damit wird der Kurbeltrieb so ausgebildet, dass der neue Hebelarm (11) nicht 360 Grad dreht und keinen Kraftübertragungshebel auf das Achszentrum besitzt.It is assumed that part of the force acting on the lever is absorbed by the lever arm itself, without converting this force directly into rotary motion. The crank mechanism is designed so that the new lever arm ( 11 ) does not rotate 360 degrees and has no power transmission lever to the axle center.

Ein Kurbelbolzen (12) wird durch ein Gelenk (13) mit einem drehbar gelagerten Ring (21) verbunden und dreht diesen Ring (einen Kreis von 360 Grad). Das Neue daran ist, dass dieser Ring ein- oder mehrfach gelagert ist, um die einwirkenden Kräfte, die vom Kurbelbolzen (12) auf das Achszentrum (15) wirken, zu verlagern.A crank pin ( 12 ) is connected by a joint ( 13 ) to a rotatably mounted ring ( 21 ) and rotates this ring (a circle of 360 degrees). The novelty of this is that this ring is supported one or more times in order to shift the acting forces which act from the crank pin ( 12 ) on the axle center ( 15 ).

Dieser mehrfach drehbar gelagerte Ring (21) besitzt keinen Hebel der mit dem Achszentrum (15) direkt verbunden ist. Somit gibt es keinen Hebel der einen Kreisbogen von 360 Grad beschreibt wie das beim herkömmlichen Kurbeltrieb der Fall ist, und es entfällt die Übertragung von Kraft auf das Achszentrum (15), welche sich beim herkömmlichen Prinzip permanent auf- und abbaut. Die zu übertragende Kraft wird jetzt direkt vom Ring (21) abgenommen. Das kann an allen Kontaktpunkten von 360 Grad erfolgen. Das dazu neu erforderliche Kraftabnahmeelement (14) - das können sein Zahnrad, Keilriemenscheibe, Ritzel - mit seinem eigenen Radius und Achsdrehpunkt (16) und den daraus entsprechenden Hebelarm (11) tritt jetzt an die Stelle des nicht mehr existierenden Hebels im Achszentrum (15) und übernimmt die Kraftübertragung für den Kurbeltrieb.This ring ( 21 ), which is mounted so that it can rotate several times, has no lever which is directly connected to the axis center ( 15 ). Thus, there is no lever that describes a circular arc of 360 degrees as is the case with the conventional crank drive, and there is no transmission of force to the axle center ( 15 ), which is built up and broken down permanently in the conventional principle. The force to be transmitted is now taken directly from the ring ( 21 ). This can be done at all contact points of 360 degrees. The new power take-off element ( 14 ) - this can be its gear, V-belt pulley, pinion - with its own radius and axis pivot point ( 16 ) and the corresponding lever arm ( 11 ) now takes the place of the no longer existing lever in the axis center ( 15 ) and takes over the power transmission for the crank drive.

Der neue Hebel (11) beschreibt nun nicht mehr gemeinsam mit dem Kraftaufnahmepunkt einen Kreis von 360 Grad. Kraftübertragungspunkt (10) und Hebefarm (11) bleiben an einer Stelle als entscheidende Element der Neuentwicklung. The new lever ( 11 ) no longer describes a circle of 360 degrees together with the force absorption point. Power transmission point ( 10 ) and lifting farm ( 11 ) remain in one place as a crucial element of the new development.

Also: Kraftübertragungspunkt (10) des neuen Hebels (11) verändert sich nicht. Die Richtung, aus der die Kraft auf den Hebel wirkt, ist konstant und beträgt nahezu 90 Grad zum Hebelarm und gewährleistet so eine maximale Übertragungsleistung.So: power transmission point ( 10 ) of the new lever ( 11 ) does not change. The direction from which the force acts on the lever is constant and is almost 90 degrees to the lever arm, thus ensuring maximum transmission power.

Die neuen Konstruktionselemente dieses Prinzips sind Grundlage neuer technischer Anwendungsmöglichkeiten. Durch seine neue Konstruktion besitzt der Kurbeltrieb ein eigenes Übersetzungsverhältnis, eine Übertragung in ein separates Getriebe ist nicht in jedem Fall notwendig. So für den Fall, wo auftretende kleine Kräfte in hohen Drehzahlen vorhanden sind, und eine direkte Übertragung der Kraftabgabe wünschenswert ist.The new construction elements of this principle are the basis of new ones technical applications. Thanks to its new design, the crank mechanism has its own Gear ratio, a transfer to a separate gearbox is not in necessary in every case. So for the case where small forces occur at high speeds are, and a direct transmission of the power output is desirable.

Der umgekehrte Fall ist eben so möglich: Langsame Drehzahlen mit grossen Kräften in hohe Drehzahlen zu übersetzen.The reverse case is also possible: slow speeds with large ones Translate forces into high speeds.

Auch eine Kombination von verschiedenen Drehzahlen ist möglich, indem zwei oder mehrere Kontaktstellen am Ring (10) geschaffen werden. Je nach technischen Erfordernissen können die Kontaktstellen (10) angebracht werden, wobei das Kraftabnahmeelement (14) mit seinem jeweiligen Radius (11) das Übersetzungsverhältnis bestimmt. Dieser Kurbeltrieb besitzt durch seinen neuen Hebel (11) eine bessere und kontinuierliche Kraftübertragung. Aus diesem Grund kann auf einen stark beanspruchten Bau des üblichen Kurbeltriebs verzichtet werden. Die Lagerung des herkömmlichen Kurbeltriebs ist in Folge hoher Beanspruchung durch die auf sie wirkenden Kräfte kompliziert. Der Einsatz von Lagerschalen ist dann oft nur noch möglich. Bei dem neuen Kurbeltrieb können je nach Belastung Rollenlager zum Einsatz kommen. Dadurch werden Reibungskräfte verringert. Das trägt zu einer besseren Kraftübertragung bei.A combination of different speeds is also possible by creating two or more contact points on the ring ( 10 ). Depending on the technical requirements, the contact points ( 10 ) can be attached, the force-taking element ( 14 ) with its respective radius ( 11 ) determining the transmission ratio. Thanks to its new lever ( 11 ), this crank mechanism has better and continuous power transmission. For this reason, the heavily stressed construction of the usual crank drive can be dispensed with. The bearing of the conventional crank mechanism is complicated due to the high stress caused by the forces acting on it. The use of bearing shells is then often only possible. Depending on the load, roller bearings can be used in the new crank mechanism. This reduces frictional forces. This contributes to better power transmission.

Claims (18)

1. Kurbeltrieb, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein drehbar gelagerter Ring (21) wenigstens ein Drehelement (12) zur Krafteinleitung aufweist und wenigstens eine Wirkverbindung (10) zur konstanten Kraftweiterleitung am drehbaren Ring (21) auf einen Hebel (11) vorgesehen ist.1. crank drive, characterized in that at least one rotatably mounted ring ( 21 ) has at least one rotary element ( 12 ) for the introduction of force and at least one operative connection ( 10 ) for constant power transmission on the rotatable ring ( 21 ) to a lever ( 11 ) is provided. 2. Kurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (12) achsparallel am drehbaren Ring (21) angeordnet ist.2. Crank drive according to claim 1, characterized in that the rotating element ( 12 ) is arranged axially parallel on the rotatable ring ( 21 ). 3. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb (10) an der konvexen Aussenfläche des drehbaren Ringes (21) angeordnet ist.3. Crank drive according to claim 1 and 2, characterized in that the output ( 10 ) is arranged on the convex outer surface of the rotatable ring ( 21 ). 4. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb (10) an der konkaven Innenfläche des drehbaren Ringes (21) vorgesehen ist.4. Crank drive according to claim 1 and 2, characterized in that the output ( 10 ) is provided on the concave inner surface of the rotatable ring ( 21 ). 5. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Ring (21) einfach gelagert ist.5. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the rotatable ring ( 21 ) is simply mounted. 6. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Ring (21) mehrfach gelagert ist.6. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the rotatable ring ( 21 ) is mounted several times. 7. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (12) am drehbaren Ring (21) drehbar gelagert ist.7. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary element ( 12 ) on the rotatable ring ( 21 ) is rotatably mounted. 8. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb (10) seitlich am drehbaren Ring (21) vorgesehen ist.8. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the output ( 10 ) is provided on the side of the rotatable ring ( 21 ). 9. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadruch gekennzeichnet, dass der drehbare Ring (21) Zusatzelemente für den Ausgleich von Flieh- und Massenkräften aufweist. 9. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the rotatable ring ( 21 ) has additional elements for the compensation of centrifugal and inertial forces. 10. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung vom Ring (21) auf das Kraftaufnahmeelement (14) an jedem einzelnen Punkt eines Kreises von 360 Grad übertragen werden kann.10. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the power transmission from the ring ( 21 ) to the force absorption element ( 14 ) can be transmitted at each individual point of a circle of 360 degrees. 11. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (21) zur Kraftübertragung
  • a) Zähne besitzt oder
  • b) Aussparungen zur Riemenübertragung oder
  • c) Druckwalzen oder
  • d) eine Kombination a) bis c) aufweist
11. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the ring ( 21 ) for power transmission
  • a) has teeth or
  • b) Belt transmission cutouts or
  • c) pressure rollers or
  • d) has a combination a) to c)
12. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftabnahme durch ein separat gelagertes Element (14) erfolgt.12. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the force is taken off by a separately mounted element ( 14 ). 13. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsmittelpunkt (15) nicht identisch mit dem Achsmittelpunkt des Kraftabnahmeelements (16) ist.13. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the axis center ( 15 ) is not identical to the axis center of the power take-off element ( 16 ). 14. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von mehreren Kurbeltrieben und deren auftretenden Wirkkräfte durch eine oder mehrere Wellen (17 und 19) mit Kraftaufnahmeelementen (14) und Übertragungselementen (18) vorgesehen sind.14. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the connection of a plurality of crank drives and their active forces are provided by one or more shafts ( 17 and 19 ) with force-receiving elements ( 14 ) and transmission elements ( 18 ). 15. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung in das Achszentrum (15) durch ein zusätzliches Übertragungselement (18) möglich ist; wobei dieses zusätzliche Kraftübertragungselement direkt vom Kraftabnahmeelement (14) antreibbar ausgebildet ist.15. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the power transmission to the axle center ( 15 ) is possible by an additional transmission element ( 18 ); wherein this additional force transmission element is designed to be drivable directly by the force take-off element ( 14 ). 16. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Nutzung der Kraft im Achszentrum (15) mehrere Kraftübertragungselemente (14) eingesetzt werden, um das Übertragungsspiel der Kräfte zu optimieren. 16. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that when using the force in the axle center ( 15 ), a plurality of force transmission elements ( 14 ) are used in order to optimize the transmission play of the forces. 17. Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgenommene Wirkkraft mit einem Winkel von zirka 90 Grad auf den Kraftübertragungshebel des Aufnahmeelementes (14) wirkt.17. Crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the absorbed active force acts at an angle of approximately 90 degrees on the force transmission lever of the receiving element ( 14 ). 18. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch Bau und Konstruktion sich ein jeweils anderes Übersetzungsverhältnis einstellt.18. Crank drive according to claim 1 to 17, characterized in that by Construction and construction each have a different gear ratio.
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