DE10242228A1 - Compact piston crank drive has a drive shaft with cranked drive with a pinion with gear teeth meshing with an outer ring attached to a piston - Google Patents

Compact piston crank drive has a drive shaft with cranked drive with a pinion with gear teeth meshing with an outer ring attached to a piston Download PDF

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DE10242228A1 DE2002142228 DE10242228A DE10242228A1 DE 10242228 A1 DE10242228 A1 DE 10242228A1 DE 2002142228 DE2002142228 DE 2002142228 DE 10242228 A DE10242228 A DE 10242228A DE 10242228 A1 DE10242228 A1 DE 10242228A1
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Ralf Dipl.-Ing. Kaufmann
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    • F16H21/18Crank gearings; Eccentric gearings
    • F16H21/36Crank gearings; Eccentric gearings without swinging connecting-rod, e.g. with epicyclic parallel motion, slot-and-crank motion
    • F16H21/365Crank gearings; Eccentric gearings without swinging connecting-rod, e.g. with epicyclic parallel motion, slot-and-crank motion with planetary gearing having a ratio of 2:1 between sun gear and planet gear

Abstract

A compact piston drive has a cranked drive (2.1) attached to a main shaft (2) and fitted with a pinion (5) with outer gear teeth. The pinion meshes with the inner teeth of a ring (4) attached to a piston (7) to form a compact, lightweight drive. The cranked drive is further fitted with an eccentric disc (3) located inside the ring.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Schubkurbelsystem mit einer mindestens einen Hubzapfen aufweisenden Hauptwelle, einem mit dem Hubzapfen in Wirkverbindung stehenden Exzenter und einem mit dem Exzenter in Wirkverbindung stehenden Ring, wobei der Ring mindestens mit einem in Richtung der z-Achse der Hauptwelle nach außen gerichteten Kolben in Wirkverbindung steht.The invention relates to a Thrust crank system with at least one crank pin having Main shaft, one in operative connection with the crank pin Eccentric and a ring operatively connected to the eccentric, wherein the ring at least one in the direction of the z-axis of the Main shaft to the outside directed piston is operatively connected.
  • Es ist bereits ein Schubkurbelsystem mit einem oder mehreren kraftschlüssig auf der Hauptwelle angeordneten Primärexzentern, deren Dreh- und Schwereachsen im Abstand EHy2 parallel zur z-Achse der Hauptwelle verlaufen aus der DE 27 20 284 C3 bekannt. Auf dem Primärexzenter ist mittels eines Lagers ein Trägerrohr gelagert, das kraftschlüssig ein oder mehrere Sekundärexzenter trägt, deren Dreh- und Schwereachsen parallel zur z-Achse der Hauptwelle verlaufen. Der Abstand der Sekundärexzenter von der z-Achse der Hauptwelle beträgt maximal 2 × EHy2 und die Achse des Sekundärexzenters verläuft durch das resultierende Massezentrum M3. Um den Sekundärzylinder ist ein Ringlager mit Drehachse durch das Massezentrum drehbar angeordnet, wobei das Ringlager kraftschlüssig die Schubstange mit dem Arbeitsglied trägt. Auf beiden Seiten der Hauptauswuchtebenen sind entsprechende Gegenmassen angeordnet, deren resultierender Gesamtschwerpunkt im resultierenden Massezentrum M2 liegt, das auf der Hauptwelle mit einem Kreis mit dem Radius EHy2 um das Massezentrum M1 rotiert, dem primäre, kraftschlüssig mit der Hauptwelle verbundene Auswuchtmassen entgegengesetzt sind, sodass sich ein resultierendes Gesamtmassezentrum M1 auf der z-Achse der Hauptwelle ergibt. Ein Nachgetriebe ist so angeordnet, dass die Wirkungslinien der Schwerpunkte seiner Bauelemente durch die Hauptauswuchtebene verlaufen. Die Kraftübertragung durch das Nachgetriebe ist sehr aufwendig und schwer.It is already a sliding crank system with one or more non-positively arranged on the main shaft primary eccentric, whose axes of rotation and gravity at a distance E Hy2 parallel to the z-axis of the main shaft extend from the DE 27 20 284 C3 known. On the primary eccentric, a carrier tube is mounted by means of a bearing, which carries one or more secondary eccentric, whose axes of rotation and gravity run parallel to the z-axis of the main shaft. The distance of the secondary eccentric from the z-axis of the main shaft is a maximum of 2 × E Hy2 and the axis of the secondary eccentric passes through the resulting center of mass M3. To the secondary cylinder, a ring bearing with rotation axis through the center of mass is rotatably arranged, wherein the ring bearing frictionally carries the push rod with the working member. On both sides of the Hauptauswuchtebenen corresponding countermeasures are arranged, the resulting overall center of gravity is in the resulting center of mass M2, which rotates on the main shaft with a circle of radius E Hy2 to the center of mass M1, the primary, non-positively connected to the main shaft balancing masses are opposite, so a resulting total mass center M1 results on the z-axis of the main shaft. A follower gear is arranged so that the lines of action of the centers of gravity of its components run through the main balancing plane. The power transmission through the additional gear is very complicated and heavy.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schubkurbelsystem leichter, kompakter und einfacher auszubilden und anzuordnen.The invention is based on the object Throttle crank system lighter, more compact and easier to train and to arrange.
  • Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Hubzapfen über ein außen verzahntes Hubzapfenritzel mit dem Ring in Wirkverbindung steht und der Kolben als linear bewegtes Bauteil am Ring befestigt ist.The problem is solved according to the invention by that the crankpin over an outside toothed Hubzapfenritzel is in operative connection with the ring and the piston is attached to the ring as a linearly moved component.
  • Hierdurch wird erreicht, dass der Durchmesser des Rings identisch dem Hub ist und somit das Schubkurbelsystem sehr kompakt ist und die Verzahnung zwischen dem Hubzapfenritzel und dem Ring nur der Führung und nicht dem Kraftfluss dient.This ensures that the Diameter of the ring is identical to the stroke and thus the sliding crank system is very compact and the teeth between the Hubzapfenritzel and the ring only the lead and not the power flow serves.
  • Hierzu ist es vorteilhaft, dass der Durchmesser des Hubzapfens kleiner oder nahezu gleich dem Durchmesser der Hauptwelle ist und die Hauptwelle einen Hubradius aufweist. Eine gekröpfte Kurbelwelle lässt kleinere Bauteilabmessungen zu und ist aufgrund zahlreicher Erfahrungsschätze einfacher herzustellen.For this purpose, it is advantageous that the Diameter of the crank pin smaller or almost equal to the diameter the main shaft is and the main shaft has a Hubradius. A cranked one Crankshaft lets smaller component dimensions and is due to numerous experiences easier manufacture.
  • Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass der Sekundärexzenter scheibenförmig als Exzenterscheibe ausgebildet ist, wobei die Abmessungen der Exzenterscheibe und des Hubzapfenritzels in axialer Richtung maximal der Breite des Hubzapfens entsprechen. In der bevorzugten Ausbildung kommen zwei Exzenterscheiben zum Einsatz, die gleitend auf dem Hubzapfen gelagert sind. Die Exzenterscheiben weisen ein sehr günstiges Verhältnis von Bauvolumen zu Belastbarkeit auf. Sie dienen der reinen Kraftübertragung.An additional possibility is according to a development, that the secondary eccentric disc-shaped is designed as an eccentric, wherein the dimensions of the eccentric disc and the Hubzapfenritzels in the axial direction of the width of the maximum Correspond to the journal. In the preferred embodiment, there are two Eccentric discs are used, which are slidably mounted on the crank pin. The eccentric discs have a very favorable ratio of Building volume to capacity on. They serve the pure power transmission.
  • Ferner ist es vorteilhaft, dass der Ring eine Innenverzahnung aufweist und als Innenverzahnungsring ausgebildet ist. Das auf dem Hubzapfen fest angeordnete Hubzapfenritzel kämmt mit der Innenverzahnung des Innenverzahnungsrings. Damit wird die Zwangsführung gewährleistet. Die Zwangsführung über das Hubzapfenritzel und die Kraftübertragung über die Exzenterscheibe sind baulich getrennt.Furthermore, it is advantageous that the Ring has an internal toothing and as an inner toothed ring is trained. The fixed on the crank pin Hubzapfenritzel combs with you the internal toothing of the internal gear ring. This ensures the forced operation. The forced guidance over the Hubzapfenritzel and the power transmission over the Eccentric disc are structurally separated.
  • Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass das Hubzapfenritzel und die Exzenterscheibe parallel zueinander auf dem Hubzapfen der Hauptwelle angeordnet sind, wobei das Hubzapfenritzel eine zentrische Lage und die Exzenterscheibe eine Exzentrizität aufweist. Das Hubzapfenritzel ist wahlweise direkt auf den Hubzapfen bearbeitet oder als separates Bauteil aufgeschrumpft oder auf andere Weise form- oder kraftschlüssig mit dem Hubzapfen verbunden. Die Trennung der Kraftübertragung und der Zwangsführung ist konstruktiv einfach gelöst.It is also advantageous for this that the Hubzapfenritzel and the eccentric disc parallel to each other are arranged on the crank pin of the main shaft, wherein the Hubzapfenritzel a central position and the eccentric disc has an eccentricity. The Hubzapfenritzel is optionally processed directly on the crank pin or shrunk as a separate component or otherwise positive or non-positive connected to the crank pin. The separation of power transmission and the obsession is structurally simply solved.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass der Innenverzahnungsring neben der Innenverzahnung mindestens eine innere Gleitlagerfläche für jede Exzenterscheibe aufweist, auf der die Exzenterscheibe im Innenverzahnungsring gelagert ist. Durch diese Anordnung ist der Kraftfluss vom Hubzapfen zum Innenverzahnungsring sichergestellt. Die Umfangsgeschwindigkeiten in den Gleitlagern sind nicht problematisch.According to a preferred embodiment of inventive solution in the end provided that the internal gear ring in addition to the internal teeth has at least one inner sliding bearing surface for each eccentric disc, on which the eccentric disc is mounted in the internal gear ring. By this arrangement, the power flow from the crank pin to the internal gear ring ensured. The peripheral speeds in the plain bearings are not problematic.
  • von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass der Teilkreisdurchmesser des Innenverzahnungsrings den doppelten Wert des Teilkreisdurchmessers des Hubzapfenritzels aufweist. Der Teilkreisdurchmesser stellt denjenigen Durchmesser dar, auf dem die Zahnflanken aufeinander wälzen.is of particular importance for the present Invention, that the pitch circle diameter of the internal gear ring twice the value of the pitch circle diameter of the pinion pinion having. The pitch circle diameter represents that diameter on which the tooth flanks roll on each other.
  • Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass der Teilkreisdurchmesser des Innenverzahnungsrings den vierfachen Wert des Hubradius der Hauptwelle beträgt und der Hubradius der Hauptwelle identisch der Exzentrizität der Exzenterscheibe ist. Die Exzenterscheibe und der Hubzapfen bilden einen Doppelexzenter.In connection with the training according to the invention and arrangement, it is advantageous that the pitch circle diameter of the internal gear ring is four times the value of the stroke radius of the main shaft is and the stroke radius of the main shaft identical to the eccentricity of the eccentric disc is. The eccentric disc and the crank pin form a double eccentric.
  • Vorteilhaft ist es hierzu, dass der Gesamthub des Kolbens identisch dem Teilkreisdurchmesser des Innenverzahnungsrings ist. Die Kraftübertragung vom Hubzapfen auf den Innenverzahnungsring und auf den Kolben erfolgt durch die Exzenterscheibe. Das Hubzapfenritzel und die Verzahnung im Innenverzahnungsring dient der Zwangsführung für das Schubkurbelsystem.It is advantageous for this purpose that the total stroke of the piston is identical to the pitch circle diameter of the internal gear ring. The power transmission from the crank pin on the internal gear ring and on the piston takes place through the eccentric disc. The Hubzapfenritzel and the teeth in the inner toothed ring serves the positive guidance for the sliding crank system.
  • Außerdem ist es vorteilhaft, dass der Fußkreisdurchmesser des Innenverzahnungsrings maximal dem Lagerdurchmesser der Gleitlagerfläche des Innenverzahnungsrings entspricht. Der Fußkreisdurchmesser stellt denjenigen Durchmesser dar, der den Zahnfüßen zuzuordnen ist. Diese Konstruktion lässt sich fertigungstechnisch besonders einfach herstellen und findet vornehmlich Anwendung, wenn die Innenverzahnung und der Außenring einteilig ausgebildet sind.It is also beneficial that the root diameter of the internal gear ring at most the bearing diameter of the sliding bearing surface of the internal gear ring equivalent. The root diameter represents the diameter to be assigned to the roots of the teeth. This construction can be Production technology is particularly easy to produce and finds primarily Application, if the internal toothing and the outer ring formed in one piece are.
  • Um die Komplexität des erfindungsgemäßen Schubkurbelsystems zu begrenzen, ist es von Vorteil, dass das Schubkurbelsystem durch ein Gehäuse aufgenommen wird, das die Zylinder bildet und in dem die Hauptwelle gelagert ist, wobei das Gehäuse in einer Ebene teilbar ist, die senkrecht zur Kolbenoberfläche verläuft und in der die x-Achse der Hauptwelle liegt. Das Einbringen der Getriebeglieder des Schubkurbelsystems ist unproblematisch. Die Lager der Hauptwelle sind wahlweise geteilt oder werden als ganze Lagerschale eingesetzt.To the complexity of the sliding crank system according to the invention To limit, it is advantageous that the sliding crank system through a housing added is that forms the cylinder and in which the main shaft stored is, with the housing in a plane is divisible, which is perpendicular to the piston surface and in which the x-axis of the main shaft is located. The introduction of the gear members of the crank system is unproblematic. Bearings of the main shaft are either split or used as a whole bearing shell.
  • Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass der Innenverzahnungsring zwei gegenüberliegend angeordnete Kolben aufweist und der Innenverzahnungsring mit den Kolben linear oszillierend bewegbar ist. Der Innenverzahnungsring bildet eine Doppel-Kolbenstange, die fertigungstechnisch zusammen mit den zwei gegenüber liegenden Kolben in einem Bauteil hergestellt wird. Die Kolben sind gegenüber dem Innenverzahnungsring starr angeordnet. Der Abstand zwischen den Kolben und dem Innenverzahnungsring weist je nach Langhub- oder Kurzhub-Bauweise verschiedene Abmessungen auf.Of particular importance for the present Invention, that the internal gear ring opposite two having arranged piston and the inner toothed ring with the Piston is linear oscillating movable. The internal gear ring forms a double piston rod, the production technology together with the two opposite lying piston is produced in a component. The pistons are across from the inner toothed ring rigidly arranged. The distance between the piston and the internal gear ring has, depending on Langhub- or Short-stroke design different dimensions.
  • Ferner ist es vorteilhaft, dass der Außendurchmesser des Innenverzahnungsrings kleiner als der Kolbendurchmesser ist. Dadurch wird eine Kurzhub-Variante des Schubkurbelsystems bereitgestellt, die eine sehr kompakte Bauweise erlaubt. Der Abstand der Kolben zum Innenverzahnungsring und das Kolbenhemd sind dabei sehr kurz gewählt. Das gesamte Schubkurbelsystem liegt im Gehäuse.Furthermore, it is advantageous that the outer diameter of the internal gear ring is smaller than the piston diameter. As a result, a short-stroke variant of the sliding crank system is provided which a very compact design allowed. The distance between the pistons and the Internal gear ring and the piston skirt are chosen very short. The entire Throttle crank system is located in the housing.
  • Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass die Hauptwelle Gegengewichte aufweist und die Gegengewichte innerhalb des Gehäuses vorgesehen sind. Die Gegengewichte sind in ihrer äußeren Form an die innere zylindrische Kontur des Gehäuses angepasst und gleichen die rotierenden Massen innerhalb des Schubkurbelsystems weitgehend aus.In connection with the training according to the invention and arrangement, it is advantageous that the main shaft counterweights and the counterweights are provided within the housing. The counterweights are in their outer shape adapted to the inner cylindrical contour of the housing and same the rotating masses within the crank system largely out.
  • Außerdem ist es vorteilhaft, dass das Gehäuse eine zylindrische äußere Kontur aufweist. Somit wird eine sehr flache Bauweise einer Kurzhubvariante bereitgestellt, die eine Unterflurbauweise erlaubt. In der Höhe beträgt das Gehäuse etwa nur den dreifachen Wert des Kolbendurchmessers.It is also beneficial that the case a cylindrical outer contour having. Thus, a very flat design of a Kurzhubvariante provided that allows an underfloor construction. In height, the case is about only three times the value of the piston diameter.
  • Eine Langhubvariante hat den Vorteil, dass in Richtung der z-Achse pro Kolben jeweils überhalb und unterhalb des Kolbens ein Arbeitsraum gebildet wird. Bei der Langhubvariante ist der Teilkreisdurchmesser des Innenverzahnungsrings größer als der Kolbendurchmesser. Das einem Kolben zugeordnete Paar von Ar beitsräumen arbeitet um eine halben Takt versetzt, was zu einer Verdopplung des Hubvolumens pro Umdrehung führt.A long-stroke variant has the advantage that in the direction of the z-axis each piston above and below the piston, a working space is formed. In the long stroke variant the pitch circle diameter of the internal gear ring is greater than the piston diameter. The piston associated with a pair of Ar work spaces works offset by half a stroke, resulting in a doubling of the stroke volume per revolution leads.
  • Das erfindungsgemäße Schubkurbelsystem ist im Bereich der Antriebs- oder Fördertechnik vielseitig einsetzbar. Dort, wo Linear- in Drehbewegung oder Dreh- in Linearbewegung umgesetzt werden soll, findet das Schubkurbelsystem Einsatz. Hierbei ist neben den Verbrennungsmotoren an Pumpen, Hydraulikmotoren oder an Getriebe z.B. für Webstühle zu denken. Im Bereich der Verbrennungsmotoren ist das erfindungsgemäße Schubkurbelsystem bei allen 4-Takt und 2-Takt Motoren einsetzbar.The thrust crank system according to the invention is in Range of drive or conveyor technology versatile. Where linear or rotary motion or rotation should be implemented in linear motion, finds the crank system Commitment. Here, in addition to the internal combustion engines on pumps, hydraulic motors or to gear e.g. For looms to think. In the field of internal combustion engines is the sliding crank system according to the invention suitable for all 4-stroke and 2-stroke engines.
  • Im Einsatz als einfacher und langsam drehender Hub-Dreh-Mechanismus ist die erfindungsgemäße zweidimensionale Kulisse halbseitig offen, d.h. der Hubzapfen ist einseitig fliegend, ohne Gegengewichte gelagert. Anstatt der Kolbenstange und der Kolben ist ein Lineargestänge vorgesehen.In use as a simple and slow rotating stroke-rotation mechanism is the inventive two-dimensional Backdrop half open, i. the crankpin is flying on one side, stored without counterweights. Instead of the piston rod and the piston is a linear linkage intended.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.Further advantages and details The invention are in the claims and in the description explained and shown in the figures.
  • Dabei zeigen:Showing:
  • 1 eine Schnittansicht eines kurzhubigen Schubkurbelsystems in der xz-Ebene einer Hauptwelle; 1 a sectional view of a short-stroke crank system in the xz plane of a main shaft;
  • 2 eine Schnittansicht eines kurzhubigen Schubkurbelsystems in der yz-Ebene einer Hauptwelle; 2 a sectional view of a short-stroke crank system in the yz plane of a main shaft;
  • 3 eine schematische Darstellung eines langhubigen Schubkurbelsystems in der xz-Ebene einer Hauptwelle; 3 a schematic representation of a long-stroke crank system in the xz plane of a main shaft;
  • 4 eine schematische Darstellung eines langhubigen Schubkurbelsystems in der yz-Ebene einer Hauptwelle; 4 a schematic representation of a long-stroke thrust crank system in the yz plane of a main shaft;
  • 5 eine Prinzipskizze der Bewegungsabläufe eines kurzhubigen Schubkurbelsystems in der yz-Ebene einer Hauptwelle. 5 a schematic diagram of the movements of a short-stroke thrust crank system in the yz plane of a main shaft.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht eines kurzhubigen Schubkurbelsystems 1 in der xz-Ebene einer Hauptwelle 2. Die Hauptwelle 2 weist eine x-Achse auf, die identisch der Drehachse der Hauptwelle 2 ist. Senkrecht zur x-Achse verlaufen entsprechend dem kartesischen Koordinatensystem die y-Achse und die z-Achse, wie auch in 2 dargestellt. 1 shows a sectional view of a short-stroke crank system 1 in the xz plane of a main wave 2 , The main shaft 2 has an x-axis that is identical to the axis of rotation of the main shaft 2 is. Perpendicular to the x-axis, the y-axis and the z-axis run in the same way as in the Cartesian coordinate system 2 shown.
  • Das Schubkurbelsystem 1 besteht im Wesentlichen aus einer Hauptwelle 2, zwei Exzenterscheiben 3, 3a, einem Innenverzahnungsring 4, einem Hubzapfenritzel 5, einem Gehäuse 6 und zwei Kolben 7, 7a.The sliding crank system 1 consists essentially of a main shaft 2 , two eccentric discs 3 . 3a , an internal gear ring 4 , a Hubzapfenritzel 5 , a housing 6 and two pistons 7 . 7a ,
  • Die Hauptwelle 2 ist gekröpft und im Gehäuse 6 an zwei Lagerpunkten gelagert. Die Lager weisen einen Durchmesser 2.3 auf. Der Hubzapfen 2.1 bildet einen Hubradius 2.4 und weist einen Durchmesser 2.2 auf, der kleiner als der Durchmesser 2.3 der Lager der Hauptwelle 2 ist. Zusätzlich weist die Hauptwelle 2 Gegengewichte 8 auf, mit denen die rotierenden Massen des Schubkurbelsystems 1 ausgeglichen werden. Aufgrund der Drehung der Gegengewichte 8 um die x-Achse der Hauptwelle 2 sind die Gegengewichte 8 an die zylindrische Form des Gehäuses 6 angepasst. Die zylindrische Form des Gehäuses 6 in der xy-Ebene der Hauptwelle 2 ist mit gestrichelten Teilkreisen dargestellt.The main shaft 2 is cranked and in the case 6 stored at two storage points. The bearings have a diameter 2.3 on. The crankpin 2.1 forms a stroke radius 2.4 and has a through knife 2.2 on, smaller than the diameter 2.3 bearings of the main shaft 2 is. In addition, the main shaft points 2 counterweights 8th on, with which the rotating masses of the crank system 1 be compensated. Due to the rotation of the counterweights 8th around the x-axis of the main shaft 2 are the counterweights 8th to the cylindrical shape of the housing 6 customized. The cylindrical shape of the housing 6 in the xy plane of the main shaft 2 is shown with dashed pitch circles.
  • Auf dem Hubzapfen 2.1 der Hauptwelle 2 ist in einer zentrischen Lage 5.1 ein Hubzapfenritzel 5 angeordnet. Jeweils benachbart zum Hubzapfenritzel 5 sind die Exzenterscheiben 3, 3a auf dem Hubzapfen 2.1 gleitend gelagert. Die Breite 2.5 des Hubzapfens 2.1 entspricht der doppelten Breite 3.2 der Exzenterscheibe 3.plus der Breite des Hubzapfenritzels 5.On the crankpin 2.1 the main shaft 2 is in a centric location 5.1 a Hubzapfenritzel 5 arranged. Each adjacent to the Hubzapfenritzel 5 are the eccentric discs 3 . 3a on the crankpin 2.1 slidably mounted. The width 2.5 of the journal 2.1 is twice the width 3.2 the eccentric disc 3 .plus the width of the pinion pinion 5 ,
  • Die Exzenterscheiben 3, 3a weisen eine Exzentrizität 3.1 auf und sind gleitend im Innenverzahnungsring 4 gelagert. Hierzu weist der Innenverzahnungsring 4 zwei Gleitlagerflächen 4.2, 4.2a auf. Damit ist eine Kraftübertragung von der Hauptwelle 2 über den Hubzapfen 2.1 auf die Exzenterscheiben 3, 3a zum Innenverzahnungsring 4 gewährleistet.The eccentric discs 3 . 3a have an eccentricity 3.1 on and sliding in the internal gear ring 4 stored. For this purpose, the internal gear ring 4 two sliding bearing surfaces 4.2 . 4 .2a on. This is a power transmission from the main shaft 2 over the crankpin 2.1 on the eccentric discs 3 . 3a to the internal gear ring 4 guaranteed.
  • Das Hubzapfenritzel 5 ist außen verzahnt und greift in die Innenverzahnung 4.6 des Innenverzahnungsrings 4 ein. Die Innenverzahnung 4.6 des Innenverzahnungsrings 4 ist zwischen den Gleitlagerflächen 4.2, 4.2a vorgesehen. Der Lagerdurchmesser 4.4 der Gleitlagerflächen 4.2, 4.2a ist geringfügig größer als der Fußkreisdurchmesser 4.3 des Innenverzahnungsrings 4.The pinion pinion 5 is externally toothed and engages in the internal toothing 4.6 of the internal gear ring 4 on. The internal toothing 4.6 of the internal gear ring 4 is between the sliding bearing surfaces 4.2 . 4 .2a provided. The bearing diameter 4.4 the sliding bearing surfaces 4.2 . 4 .2a is slightly larger than the root diameter 4.3 of the internal gear ring 4 ,
  • Durch die Verzahnung des auf dem Hubzapfen 2.1 fest angeordneten Hubzapfenritzels 5 mit dem Innenverzahnungsring 4, ist die notwendige Zwangsführung für das Schubkurbelsystem 1 gewährleistet. Die Summe des Hubradius 2.4 und der Exzentrizität 3.1 ergibt den Teilkreisdurchmesser 5.2 des Hubzapfenritzels 5. Der Teilkreisdurchmesser 5.2 des Hubzapfenritzels 5 weist den halben Wert des Teilkreisdurchmessers 4.1 des Innenverzahnungsrings 4 auf.By the teeth of the on the crankpin 2.1 fixed Hubzapfenritzels 5 with the internal gear ring 4 , is the necessary positive guidance for the crank system 1 guaranteed. The sum of the stroke radius 2.4 and the eccentricity 3.1 gives the pitch circle diameter 5.2 of Hubzapfenritzels 5 , The pitch circle diameter 5.2 of Hubzapfenritzels 5 indicates half the value of the pitch circle diameter 4.1 of the internal gear ring 4 on.
  • An den Innenverzahnungsring 4 sind in Richtung der z-Achse der Hauptwelle 2 gegenüberliegend zwei Kolben 7, 7a vorgesehen. Die Kolben 7, 7a bilden mit dem Innenverzahnungsring 4 ein materialidentisches und einstöckiges Bauteil. Der Innenverzahnungsring 4 bildet dabei eine Doppelkolbenstange.To the internal gear ring 4 are in the direction of the z-axis of the main shaft 2 opposite two pistons 7 . 7a intended. The pistons 7 . 7a form with the internal gear ring 4 a material identical and single-storey component. The internal gear ring 4 forms a double piston rod.
  • In 2 ist eine Schnittansicht eines kurzhubigen Schubkurbelsystems 1 in der yz-Ebene der Hauptwelle gemäß 1 dargestellt. In dieser Ansicht ist die Ebene 9 dargestellt, in der das Gehäuse 6 geteilt ist, um das Schubkurbelsystem 1 einzubringen.In 2 is a sectional view of a short-stroke crank system 1 in the yz plane of the main shaft according to 1 shown. In this view is the plane 9 shown in the housing 6 is divided to the thrust crank system 1 contribute.
  • Der Innendurchmesser 6.2 des Gehäuses 6 ist größer als der Gesamtdurchmesser 4.7 des Innenverzahnungsrings 4. Das Gehäuse 6 enthält das gesamte Schubkurbelsystem 1 und bildet gleichzeitig die Zylinder 6.1, 6.1a für einen Kompressions- oder Pumpvorgang.The inner diameter 6.2 of the housing 6 is larger than the total diameter 4.7 of the internal gear ring 4 , The housing 6 contains the entire crank system 1 and at the same time forms the cylinders 6.1 . 6 .1a for a compression or pumping operation.
  • In 3 ist eine schematische Darstellung eines langhubigen Schubkurbelsystems 1 in der xz-Ebene der Hauptwelle dargestellt. Im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen kurzhubigen Schubkurbelsystem 1 bildet das Gehäuse 6 eine nicht durchgehend zylindrische Außenkontur aus.In 3 is a schematic representation of a long-stroke crank system 1 represented in the xz plane of the main shaft. Compared to the short-stroke crank system described above 1 forms the housing 6 a non-continuous cylindrical outer contour.
  • Der Gesamthub 7.3, 7.3a ist abhängig vom Teilkreisdurchmesser 4.1 des Innenverzahnungsrings 4 und somit vom Hubradius 2.4 und von der Exzentrizität 3.1 der Exzenterscheibe 3. Die Kurzhub- oder Langhub-Variante unterscheidet sich lediglich im Verhältnis vom Innendurchmesser 6.2 der Zylinder 6.1, 6.1a zum Teilkreisdurchmesser 4.1 des Innenverzahnungsrings 4. Durch die längere Kolbenstange der Langhubvariante ergibt sich die Möglichkeit, jeweils einen zusätzlichen Arbeitsraum in Richtung der z-Achse unterhalb der beiden Kolben 7, 7a zu schaffen.The total stroke 7.3 . 7 .3a depends on the pitch circle diameter 4.1 of the internal gear ring 4 and thus from the Hubradius 2.4 and from the eccentricity 3.1 the eccentric disc 3 , The short-stroke or long-stroke variant differs only in relation to the inner diameter 6.2 the cylinder 6.1 . 6 .1a to the pitch circle diameter 4.1 of the internal gear ring 4 , Due to the longer piston rod of the long stroke variant, there is the possibility, in each case an additional working space in the direction of the z-axis below the two pistons 7 . 7a to accomplish.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines langhubigen Schubkurbelsystems 1 gemäß 3 in der yz-Ebene der Hauptwelle. Der Teilkreisdurchmesser 4.1 des Innenverzahnungsrings 4 ist doppelt so groß wie der Teilkreisdurchmesser 5.2 des Hubzapfenritzels 5. Der Gesamtdurchmesser 4.7 des Innenverzahnungsrings 4 ist größer als der Innendurchmesser 6.2 des Zylinders 6.1. 4 shows a schematic representation of a long-stroke crank system 1 according to 3 in the yz plane of the main wave. The pitch circle diameter 4.1 of the internal gear ring 4 is twice as large as the pitch circle diameter 5.2 of Hubzapfenritzels 5 , The total diameter 4.7 of the internal gear ring 4 is larger than the inner diameter 6.2 of the cylinder 6.1 ,
  • 5 zeigt eine Prinzipskizze der Bewegungsabläufe eines Schubkurbelsystems 1 in der yz-Ebene der Hauptwelle. Um die x-Achse der Hauptwelle 2 ist die Kreisbahn des Mittelpunktes E des Hubzapfens 2.1 durch eine Strich-Punkt-Linie dargestellt. Die Kreisbahn weist den Hubradius 2.4 auf. 5 shows a schematic diagram of the movements of a sliding crank system 1 in the yz plane of the main wave. Around the x-axis of the main shaft 2 is the circular path of the center E of the journal 2.1 represented by a dash-dot line. The circular path has the Hubradius 2.4 on.
  • In der OT-Stellung befindet sich der Mittelpunkt E auf der z-Achse der Hauptwelle 2. Der Mittelpunkt E ist gleichzeitig der Dreh- und Mittelpunkt des Hubzapfenritzels 5, das auf dem Hubzapfen 2.1 angeordnet ist und gleichzeitig der Drehpunkt der Exzenterscheibe 3. Der Teilkreis 5.2 des Hubzapfenritzels 5 ist durch einen durchgezogenen Kreis dargestellt.In the TDC position, the center E is on the z-axis of the main shaft 2 , The center E is also the center of rotation of the Hubzapfenritzels 5 that on the crankpin 2.1 is arranged and at the same time the fulcrum of the eccentric disc 3 , The circle 5.2 of Hubzapfenritzels 5 is represented by a solid circle.
  • Der Mittelpunkt K des Innenverzahnungsrings 4 befindet sich in der OT-Stellung ebenfalls auf der z-Achse der Hauptwelle 2. Der Mittelpunkt K ist gleichzeitig der Mittelpunkt der Exzenterscheibe 3. Der Teilkreis 4.1 des Innenverzahnungsrings 4 ist durch einen durchgezogenen Kreis dargestellt.The center K of the internal gear ring 4 is also in the TDC position on the z-axis of the main shaft 2 , The center K is also the center of the eccentric disc 3 , The circle 4.1 of the internal gear ring 4 is represented by a solid circle.
  • Von der OT-Stellung verdreht die Hauptwelle 2 um einen Drehwinkel φ in einen Betriebspunkt B. Der Teilkreis 5.2 des Hubzapfenritzels 5 rollt dabei auf dem Teilkreis 4.1 des Innenverzahnungsrings 4 ab. Dabei verdreht sich die Exzenterscheibe 3 in entgegengesetzter Richtung um den gleichen Drehwinkel φ. Der Mittelpunkt E verdreht zu Eφ. Der Mittelpunkt K verfährt nach dem Prinzip von Archimedes rein translatorisch auf der z-Achse zu Kφ. Der Teilkreis 5.2 des Hubzapfenritzels 5 und der Teilkreis 4.1 des Innenverzahnungsrings 4 sind im Betriebspunkt B gestrichelt dargestellt.From the TDC position twisted the main shaft 2 by a rotation angle φ in an operating point B. The pitch circle 5.2 of Hubzapfenritzels 5 rolls on the pitch circle 4.1 of the internal gear ring 4 from. The eccentric disc twists 3 in the opposite direction by the same angle of rotation φ. The center E turns to Eφ. The center K moves according to the principle of Archimedes purely translational on the z-axis to Kφ. The circle 5.2 of Hubzapfenritzels 5 and the pitch circle 4.1 of the internal gear ring 4 are at the operating point B shown in dashed lines.
  • Der Kolben 7 verfährt bei der Drehung der Hauptwelle 2 um den Drehwinkel φ von der OT-Stellung um eine Strecke Δz in Richtung der UT-Stellung in den Betriebspunkt B.The piston 7 moves with the rotation of the main shaft 2 by the angle of rotation φ from the TDC position by a distance Δz in the direction of the UT position in the operating point B.
  • Durch die vorstehend beschriebene Kinematik oszillieren die Kolben zwischen einer OT-Stellung und einer UT-Stellung. Diese in 5 dargestellte Kinematik bezieht sich sowohl auf den in Richtung der z-Achse der Hauptwelle 2 oben gelegenen Kolben 7 als auch auf den unten gelegenen Kolben 7a. Die Kolben 7, 7a sind entsprechend mit den Indices 1 und 2 versehen.Due to the kinematics described above, the pistons oscillate between an OT position and a UT position. This in 5 shown kinematics refers to both in the direction of the z-axis of the main shaft 2 top piston 7 as well as on the piston below 7a , The pistons 7 . 7a are consistent with the indices 1 and 2 Provided.

Claims (16)

  1. Schubkurbelsystem (1) mit einer mindestens einen Hubzapfen (2.1) aufweisenden Hauptwelle (2) und mindestens einem mit dem Hubzapfen (2.1) in Wirkverbindung stehenden Sekundärexzenter (3) und einem mit dem Sekundärexzenter (3) in Wirkverbindung stehenden, die Hauptwelle (2) und den Sekundärexzenter (3) umgebenden Ring (4), wobei der Ring (4) mindestens mit einem in Richtung der z-Achse der Hauptwelle (2) nach außen gerichteten Kolben (7) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet , dass der Hubzapfen (2.1) über ein außen verzahntes Hubzapfenritzel (5) mit dem Ring (4) in Wirkverbindung steht und der Kolben (7) am Ring (4) befestigt ist.Throttle crank system ( 1 ) with at least one crankpin ( 2.1 ) having main shaft ( 2 ) and at least one with the crankpin ( 2.1 ) operatively connected secondary eccentric ( 3 ) and one with the secondary eccentric ( 3 ) are in operative connection, the main shaft ( 2 ) and the secondary eccentric ( 3 ) surrounding ring ( 4 ), the ring ( 4 ) at least one in the direction of the z-axis of the main shaft ( 2 ) outwardly directed pistons ( 7 ) is in operative connection, characterized in that the crank pin ( 2.1 ) via an externally toothed pinion pinion ( 5 ) with the ring ( 4 ) is in operative connection and the piston ( 7 ) on the ring ( 4 ) is attached.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, daduch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (2.2) des Hubzapfens (2.1) kleiner oder nahezu gleich dem Durchmesser (2.3) der Hauptwelle (2) ist und die Hauptwelle (2) einen Hubradius (2.4) aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the diameter ( 2.2 ) of the crankpin ( 2.1 ) smaller or nearly equal to the diameter ( 2.3 ) of the main shaft ( 2 ) and the main shaft ( 2 ) a Hubradius ( 2.4 ) having.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, daduch gekennzeichnet, dass der Sekundärexzenter (3) scheibenförmig als Exzenterscheibe (3) ausgebildet ist, wobei die Abmessungen der Exzenterscheibe (3) und des Hubzapfenritzels (5) in axialer Richtung maximal der Breite (2.5) des Hubzapfens (2.1) entsprechen.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the secondary eccentric ( 3 ) disc-shaped as an eccentric disc ( 3 ), wherein the dimensions of the eccentric disc ( 3 ) and the Hubzapfenritzel ( 5 ) in the axial direction at most of the width ( 2.5 ) of the crankpin ( 2.1 ) correspond.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass der Ring (4) eine Innenverzahnung (4.6) aufweist und als Innenverzahnungsring (4) ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ring ( 4 ) an internal toothing ( 4.6 ) and as an inner toothed ring ( 4 ) is trained.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass das Hubzapfenritzel (5) und die Exzenterscheibe (3) parallel zueinander auf dem Hubzapfen (2.1) der Hauptwelle (2) angeordnet sind, wobei das Hubzapfenritzel (5) eine zentrische Lage (5.1) und die Exzenterscheibe (3) eine Exzentrizität (3.1) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the crank pinion ( 5 ) and the eccentric disc ( 3 ) parallel to each other on the crankpin ( 2.1 ) of the main shaft ( 2 ) are arranged, wherein the Hubzapfenritzel ( 5 ) a centric position ( 5.1 ) and the eccentric disc ( 3 ) an eccentricity ( 3.1 ) having.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass der Innenverzahnungsring (4) neben der Innenverzahnung (4.6) mindestens eine innere Gleitlagerfläche (4.2) für jede Exzenterscheibe (3) aufweist, auf der die Exzenterscheibe (3) im Innenverzahnungsring (4) gelagert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the internal gear ring ( 4 ) in addition to the internal toothing ( 4.6 ) at least one inner sliding bearing surface ( 4.2 ) for each eccentric disc ( 3 ), on which the eccentric disc ( 3 ) in the internal gear ring ( 4 ) is stored.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass der Teilkreisdurchmesser (4.1) des Innenverzahnungsrings (4) den doppelten Wert des Teilkreisdurchmessers (5.2) des Hubzapfenritzels (5) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pitch circle diameter ( 4.1 ) of the internal gear ring ( 4 ) the double value of the pitch circle diameter ( 5.2 ) of the Hubzapfenritzels ( 5 ) having.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass der Teilkreisdurchmesser (4.1) des Innenverzahnungsrings (4) den vierfachen Wert des Hubradius (2.4) der Hauptwelle (2) beträgt und der Hubradius (2.4) der Hauptwelle (2) identisch der Exzentrizität (3.1) der Exzenterscheibe (3) ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pitch circle diameter ( 4.1 ) of the internal gear ring ( 4 ) four times the value of the stroke radius ( 2.4 ) of the main shaft ( 2 ) and the stroke radius ( 2.4 ) of the main shaft ( 2 ) identical to the eccentricity ( 3.1 ) of the eccentric disc ( 3 ).
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass der Gesamthub (7.3) des Kolbens (7) identisch dem Teilkreisdurchmesser (4.1) des Innenverzahnungsrings (4) ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the total stroke ( 7.3 ) of the piston ( 7 ) identical to the pitch circle diameter ( 4.1 ) of the internal gear ring ( 4 ).
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass der Fußkreisdurchmesser (4.3) des Innenverzahnungsrings (4) maximal dem Lagerdurchmesser (4.4) der Gleitlagerfläche (4.2) des Innenverzahnungsrings (4) entspricht.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the root diameter ( 4.3 ) of the internal gear ring ( 4 ) maximum bearing diameter ( 4.4 ) of the sliding bearing surface ( 4.2 ) of the internal gear ring ( 4 ) corresponds.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass das Schubkurbelsystem (1) durch ein Gehäuse (6) aufgenommen wird, das den Zylinder (6.1) bildet und in dem die Hauptwelle (2) gelagert ist, wobei das Gehäuse (6) in einer Ebene (9) teilbar ist, die senkrecht zur Kolbenoberfläche (7.2) verläuft und in der die x-Achse der Hauptwelle (2) liegt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding crank system ( 1 ) by a housing ( 6 ), which is the cylinder ( 6.1 ) and in which the main shaft ( 2 ), wherein the housing ( 6 ) in one level ( 9 ) is divisible perpendicular to the piston surface ( 7.2 ) and in which the x-axis of the main shaft ( 2 ) lies.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass der Innenverzahnungsring (4) zwei gegenüberliegend angeordnete Kolben (7, 7a) aufweist und linear oszillierend bewegbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the internal gear ring ( 4 ) two oppositely disposed pistons ( 7 . 7a ) and is linearly oscillating movable.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (4.5) des Innenverzahnungsrings (4) kleiner als der Kolbendurchmesser (7.1) ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the outer diameter ( 4.5 ) of the internal gear ring ( 4 ) smaller than the piston diameter ( 7.1 ).
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass die Hauptwelle (2) Gegengewichte (8) aufweist und die Gegengewichte (8) innerhalb des Gehäuses (6) vorgesehen sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the main shaft ( 2 ) Counterweights ( 8th ) and the counterweights ( 8th ) within the housing ( 6 ) are provided.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) eine zylindrische äußere Kontur aufweist.Device according to one of the preceding Claims, characterized in that the housing ( 6 ) has a cylindrical outer contour.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass in Richtung der z-Achse pro Kolben (7, 7a) jeweils oberhalb und unterhalb des Kolbens (7, 7a) ein Arbeitsraum gebildet wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the direction of the z-axis per piston ( 7 . 7a ) each above and below the piston ( 7 . 7a ) a work space is formed.
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