DE102011119447B4

DE102011119447B4 - Doppeltexzentrischer Kurbeltrieb mit Pleuelzahnrad

Info

Publication number: DE102011119447B4
Application number: DE201110119447
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2031-08-02
Also published as: DE202010015280U1; DE102011119447A1

Abstract

Es wird ein doppeltexzentrischer Kurbeltrieb mit einem Pleuelzahnrad (5) beschrieben, wobei der doppeltexzentrische Kurbeltrieb mit dem Pleuelzahnrad (5) in einem Kurbelgehäuse mit einem feststehenden Zahnkranz (4) geführt ist. Der Kurbeltrieb mit dem Pleuelzahnrad (5) wird an einer Pleuelstange (3) in dem feststehenden Zahnkranz (4) ausgeführt. Das Pleuelzahnrad (5) ist mittels zweier verbundener Lager (6) exzentrisch mit einer Antriebswelle (6) verbunden. Die Antriebswelle ist im Zentrum des feststehenden Zahnkranzes (4) angeordnet. Die Pleuelstange (3) ist mittels eines Pleuelbolzens (7) exzentrisch am Pleuelzahnrad (5) angebracht und wird mit einem Kolben (2) in einem Zylinder (1) eines Motors oder Kompressors beaufschlagt. Bei Einwirkung eines Verbrennungsdrucks auf den Kolben (2), auf die Pleuelstange (3) und auf den Pleuelbolzen (7) wird mittels des Pleuelzahnrades (5) die Antriebswelle im Zentrum des Zahnkranzes (4) über die verbundenen Lager (6) angetrieben, wobei sich das Pleuelzahnrad (5) mit der Verzahnung gegen den anliegenden feststehenden Zahnkranz (4) stützt, dabei eine Drehbewegung ausführt und sich gleichzeitig um das Zentrum des feststehenden Zahnkranzes (4) bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen doppeltexzentrischen Kurbeltrieb mit einem Pleuelzahnrad, wobei der doppeltexzentrische Kurbeltrieb mit dem Pleuelzahnrad in einem Kurbelgehäuse mit einem feststehenden Zahnkranz geführt ist, bei dem der Kurbeltrieb mit dem Pleuelzahnrad an einer Pleuelstange in dem feststehenden Zahnkranz ausgeführt wird.
Im Stand der Technik bekannt sind Pleuelstangenkurbeltriebe für einen Hubkolbenmotor oder einen Kolbenkompressor.
Aus der DE 195 17 508 A1 ist dabei eine Vorrichtung zur Kraftübertragung auf eine Kurbelwelle mittels eines Planetenzahnrad (getriebes) in Otto- und Dieselmotoren bekannt. Kurbelwelle und Pleuel sind hierbei nicht direkt, sondern über ein durch einen Zahnkranz geführtes Zahnrad (Planetenzahnrad) miteinander verbunden. Dieses läuft mit seinem Mittelpunkt an der Stelle um die Kurbelwelle, an der üblicherweise bei Motoren das Pleuel angebracht ist.
Dabei wird es durch den Zahnkranz so geführt, dass es pro Umdrehung der Kurbelwelle genau zwei Umdrehungen in entgegengesetzter Drehrichtung vollführt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Zahnkranz genau doppelt so viel Zähne wie das Zahnrad hat. Seitlich, aber exzentrisch am Zahnrad, befindet sich ein scheibenartiger Vorsprung, an dem das Pleuel aufgehängt wird. Auch das Pleuel kreiselt somit ebenfalls exzentrisch um den Zahnradmittelpunkt. Erfolgt nun eine Drehung mit der doppelten Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung wie bei der Kurbelwelle, so führt dies zu einer Retardierung des Kolbens in der Kompressionsphase und somit zu einer geradlinigeren und schnelleren Bewegungsführung des Pleuels in der Schubphase. Durch diese Anordnung ergibt sich ein exzentrisches Kreiseln des Pleuels um die Kurbelwelle.
Bei Kurbeltrieben mit Pleuelstangen besteht ein Interesse an einer weiteren Veränderung und Optimierung gegenüber dem Stand der Technik.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen doppelt exzentrischen Kurbeltrieb mit Pleuelzahnrad vorzuschlagen, der eine alternativ geänderte oder optimierte Konstruktion zur Verfügung stellt.
Diese Aufgabe wird mittels der Erfindung bei einem gattungsgemäßen Kurbeltrieb dadurch gelöst, dass das Pleuelzahnrad mittels zweier verbundener Lager exzentrisch mit einer Antriebswelle verbunden ist, wobei die Antriebswelle im Zentrum des feststehenden Zahnkranzes angeordnet ist; wobei die Pleuelstange mittels eines Pleuelbolzens exzentrisch am Pleuelzahnrad angebracht ist; und wobei die Pleuelstange mit einem Kolben vom Verbrennungsdruck eines Motors oder Kompressors, vorzugsweise eines Hubkolbenmotors oder eines Kolbenkompressors, beaufschlagt wird; dass bei Einwirkung eines Verbrennungsdrucks auf den Kolben, auf die Pleuelstange und auf den Pleuelbolzen mittels des Pleuelzahnrades die Antriebswelle im Zentrum des Zahnkranzes über die verbundenen Lager angetrieben wird; wobei sich das Pleuelzahnrad mit der Verzahnung gegen den anliegenden feststehenden Zahnkranz stützt; und wobei das Pleuelzahnrad eine Drehbewegung ausführt und sich gleichzeitig um das Zentrum des feststehenden Zahnkranzes bewegt.
Diese Erfindung stellt eine wesentliche Veränderung und Optimierung der aus dem Stand der Technik bekannten Pleuelstangenkurbeltriebe für Hubkolbenmotoren oder Kolbenkompressoren durch einen doppeltexzentrischen Kurbeltrieb mit Pleuelzahnrad dar.
Bei diesem erfindungsgemäßen doppeltexzentrischen Kurbeltrieb mit Pleuelzahnrad, welches in einem Kurbelgehäuse mit Zahnrad geführt ist, ist der Kurbeltrieb mit einem Zahnrad an der Pleuelstange in einem feststehenden Zahnkranz ausgeführt. Das Zahnrad treibt in Verbindung mit der Pleuelstange die Antriebswelle im Zahnkranzmittelpunkt an, während das Zahnrad sich hierbei dreht und sich um das Zentrum des feststehenden Zahnkranzes bewegt.
Die Pleuelstange ist exzentrisch am sich drehenden Pleuelzahnrad angebracht.
Das Pleuelzahnrad ist exzentrisch mit zwei verbundenen Lagern mit der Antriebswelle verbunden.
Ein Vorteil dieser doppeltexzentrischen Kurbeltriebe mit Pleuelzahnrad gemäß der Erfindung ist die Eigenschaft, die Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens mit einem höheren Wirkungsgrad in eine Drehbewegung umzuwandeln, zum Beispiel bei einem Hubkolbenmotor.
Es ist auch möglich, in umgekehrter Richtung eine Drehbewegung mit höherem Wirkungsgrad in eine Auf- und Abwärtsbewegung umzuwandeln, zum Beispiel bei einem Kolbenkompressor. Dieses Prinzip ist somit an allen Maschinen anwendbar, besonders dann, wenn ein höherer Wirkungsgrad gefordert ist.
Der Kurbeltrieb erreicht auf diese Weise einen höheren Wirkungsgrad, als derzeit bekannte und dem Stand der Technik entsprechende Kurbeltriebe.
Mit diesem Kurbeltrieb wird es möglich, den Vorteil des höheren Wirkungsgrades zur Umwandlung einer Auf- und Abwärtsbewegung in eine Drehbewegung oder umgekehrt zu verwenden.
Es ist auch möglich, den Winkel des senkrecht zur Antriebswelle stehenden Zylinders zu verändern.
Ferner ist es möglich, den senkrecht zur Antriebswelle stehenden Zylinder waagerecht zu verschieben.
Die Pleuelstange kann an jedem technisch möglichen Punkt am Pleuelzahnrad eingesetzt werden.
Die Drehrichtung des Kurbeltriebes ist in beide Richtungen möglich.
Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung von der Seite aus gesehen;
2 eine Schnittdarstellung durch die Anordnung aus 1;
3 eine Darstellung ähnlich 1 in vereinfachter Form;
4 bis 9 Darstellungen ähnlich 3 in verkleinerter Form, welche verschiedene Phasen der Kolbenbewegung wiedergeben.
Die 1 zeigt Folgendes:
Ein Pleuelzahnrad 5 mit einer Pleuelstange 3 treibt eine Antriebswelle im Zentrum eines Zahnkranzes an, während das Pleuelzahnrad 5 sich hierbei drehend um das Zentrum des feststehendes Zahnkranzes bewegt.
Die Pleuelstange 3 ist exzentrisch an dem sich drehenden Pleuelzahnrad 5 angebracht. Das Pleuelzahnrad 5 ist mit zwei verbundenen Lagern 6 ebenfalls exzentrisch zur Antriebswelle (gleich Zahnkranzmittelpunkt) gelagert, sodass ein doppeltexzentrischer Kurbeltrieb möglich wird.
Dies ist auch in 2 zu erkennen.
Die in 3 groß und dann in den 4 bis 9 klein dargestellte vereinfachte Ansicht des doppelt exzentrischen Kurbeltriebs zeigt jetzt den Ablauf der Bewegung.
In der 4 (0° und 360° an der Kurbel) hat der Kolben den höchsten Punkt (OT) erreicht. Das Pleuelzahnrade 5 befindet sich ebenfalls fast ganz oben im Zahnkranz, etwas links von der Mitte. Ein Pleuelbolzen mit der Pleuelstange 3 befindet sich zirka waagerecht links von der Mittel des Pleuelzahnrades.
Wirkt jetzt zum Beispiel ein Verbrennungsdruck auf den Kolben, die Pleuelstange 3 und den Pleuelbolzen, so stützt sich das Pleuelzahnrad mit der Verzahnung gegen den anliegenden feststehenden Zahnkranz. Es entsteht daraus eine Drehbewegung des Pleuelzahnrades linksherum in der Folge der
4 bis 9. Dabei zeigt als Beispiel
5 eine Stellung mit 60° an der Kurbel.
6 eine Stellung mit 120° an der Kurbel.
7 eine Stellung mit 180° an der Kurbel.
8 eine Stellung mit 240° an der Kurbel.
9 eine Stellung mit 300° an der Kurbel.
Es folgt dann wieder 4 mit einer Stellung mit 360°.
Gleichzeitig bewegt sich das Pleuelzahnrad im feststehenden Zahnkranz rechts herum. Die Antriebswelle läuft somit vom Pleuelzahnrad angetrieben ebenfalls rechts herum.
Um den Startpunkt des Pleuelzahnrades, der in der 4 wiedergeben ist, erneut zu erreichen, wurde ein Verhältnis des Zahnkranzes zum Pleuelzahnrad von 2:1 gewählt. Das Pleuelzahnrad ist also ungefähr halb so groß wie der Zahnkranz. Ein anderes Verhältnis ist auch möglich.
In den Figuren stehen Kolben und Zylinder senkrecht zur Antriebswelle. Es ist aber auch möglich, diesen Winkel in gewissen Grenzen zu verändern.
Weiterhin ist es möglich, den senkrecht zur Antriebswelle stehenden Zylinder in gewissen Grenzen waagerecht zu verschieben.
Die Pleuelstange kann an jedem technisch möglichen Punkt am Pleuelzahnrad eingesetzt werden. Der Hebel ist dadurch veränderbar.
Die Drehrichtung des doppeltexzentrischen Kurbeltriebs mit Pleuelzahnrad ist frei wählbar.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder
2: Kolben
3: Pleuelstange
4: feststehender Zahnkranz
5: Pleuelzahnrad
6: exzentrische Lagerverbindung zur zentrischen Antriebswelle
7: Pleuelbolzen

Claims

Doppeltexzentrischer Kurbeltrieb mit einem Pleuelzahnrad (5), wobei der doppeltexzentrische Kurbeltrieb mit dem Pleuelzahnrad (5) in einem Kurbelgehäuse mit einem feststehenden Zahnkranz (4) geführt ist, a) bei dem der Kurbeltrieb mit dem Pleuelzahnrad (5) an einer Pleuelstange (3) in dem feststehenden Zahnkranz (4) ausgeführt wird; dadurch gekennzeichnet, b) dass das Pleuelzahnrad (5) mittels zweier verbundener Lager (6) exzentrisch mit einer Antriebswelle (6) verbunden ist, b1) wobei die Antriebswelle (6) im Zentrum des feststehenden Zahnkranzes (4) angeordnet ist; b2) wobei die Pleuelstange (3) mittels eines Pleuelbolzens (7) exzentrisch am Pleuelzahnrad (5) angebracht ist; und b3) wobei die Pleuelstange (3) mit einem Kolben (2) vom Verbrennungsdruck eines Motors oder Kompressors, vorzugsweise eines Hubkolbenmotors oder eines Kolbenkompressors, beaufschlagt wird; c) dass bei Einwirkung eines Verbrennungsdrucks auf den Kolben (2), auf die Pleuelstange (3) und auf den Pleuelbolzen (7) mittels des Pleuelzahnrades (5) die Antriebswelle im Zentrum des Zahnkranzes (4) über die verbundenen Lager (6) angetrieben wird; c1) wobei sich das Pleuelzahnrad (5) mit der Verzahnung gegen den anliegenden feststehenden Zahnkranz (4) stützt; und c2) wobei das Pleuelzahnrad (5) eine Drehbewegung ausführt und sich gleichzeitig um das Zentrum des feststehenden Zahnkranzes (4) bewegt.
Doppeltexzentrischer Kurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Pleuelzahnrad (5) eine Drehbewegung links herum ausführt und sich gleichzeitig um das Zentrum des feststehenden Zahnkranzes (4) rechts herum bewegt, a1) wobei die Antriebswelle vom Pleuelzahnrad (5) ebenfalls rechts herum angetrieben wird; und b) dass die Drehbewegung des Kurbeltriebes auch in die entgegengesetzte Richtung möglich ist.
Doppeltexzentrischer Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Kurbeltrieb zur Umwandlung von Auf- und Abbewegungen des Kolbens (2) in Drehbewegungen oder umgekehrt verwendbar ist; a1) wobei innerhalb einer Auf- und Abbewegung des Kolbens (2) eine Umdrehung der Antriebswelle um 360° bewirkt wird.
Doppeltexzentrischer Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass ein Größenverhältnis zwischen Zahnkranz (4) und Pleuelzahnrad (5) von zwei zu eins gewählt wird; a1) wobei andere Größenverhältnisse möglich sind.
Doppeltexzentrischer Kurbelbetrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass es möglich ist, den Winkel des senkrecht zur Antriebswelle stehenden Zylinders (1)zu verändern.
Doppeltexzentrischer Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es möglich ist, den senkrecht zur Antriebswelle stehenden Zylinder (1) waagerecht zu verschieben.
Doppeltexzentrischer Kurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (3) an jedem technisch möglichen Punkt am Pleuelzahnrad (5) angebracht werden kann.