DE10326953A1

DE10326953A1 - System for converting linear to rotary movement comprises piston, to which two diagonal connecting rods are attached which cross, their lower ends being attached to two crankshafts which drive contra-rotating gear wheels

Info

Publication number: DE10326953A1
Application number: DE2003126953
Authority: DE
Original assignee: KUEHNEMUND MANFRED; WEIN KLAUS D
Current assignee: KUEHNEMUND MANFRED; WEIN KLAUS D
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2005-01-05

Abstract

The system for converting linear to rotary movement comprises a piston (2), to which two diagonal connecting rods (4a, 4b) are attached which cross. Their lower ends are attached to two separate crankshafts (6a, 6b), each of which drives a gearwheel (7a, 7b). The gears rotate in opposite directions and mesh with a double bevel gear (8) which drives a shaft (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftübertragung von linearer Bewegung in rotierender Bewegung und umgekehrt, mit wenigstens einer modularer Übertragungseinheit, beziehugsweise einer Zylindereinheit.The The invention relates to a device for transmitting linear motion in rotating motion and vice versa, with at least one modular transmission unit, relative to a cylinder unit.

Bekannt sind Hubkolbenmaschinen, welche die Grundelemente Kolben, Pleuelstange(n) und Kurbelwelle(n) aufweisen.Known are reciprocating engines, which are the basic elements piston, connecting rod (s) and crankshaft (s).

Dabei dient die Kurbelwelle als Übertragungselement, welches eine lineare Bewegung der Kolben über eine oszillierende Bewegung in eine rotierende Bewegung umwandelt.there the crankshaft serves as a transmission element, which is a linear movement of the pistons via an oscillating motion converted into a rotating movement.

Die dabei entstehenden Massenkräfte sind periodisch veränderlich und können bekanntermaßen nicht vollständig ausgeglichen werden.The resulting mass forces are periodically changeable and can known not completely be compensated.

Diese nicht auszugleichenden Massenkräfte wirken schwingungserregend auf das Hubkolbenmaschine tragende Gesamtsystem.These unresolved mass forces act vibration-inducing on the reciprocating engine-bearing overall system.

Um diesen Nachteil zu mindern, wird versucht, durch spezielle Ausgestaltung der Kurbelwellen dieses Schwingungsverhalten positiv zu beeinflussen.Around to mitigate this disadvantage is tried by special design the crankshafts positively influence this vibration behavior.

Dies wird angestrebt durch technische Lösungen, welche die rotierenden Massen der Kurbelwellen verrigern.This is aimed at by technical solutions, which the rotating Reduce masses of crankshafts.

So wird beispielsweise in der DE 19536349 eine Kurbelwelle vorgeschlagen, welche aus miteinander verschweißten Einzelelementen besteht und mit Hohlräumen in den Lager- und Kurbelzapfen ausgestattet ist, welche als Ölkanäle genutzt werden.For example, in the DE 19536349 proposed a crankshaft, which consists of individual elements welded together and is equipped with cavities in the bearing and crank pin, which are used as oil passages.

Eine weitere Möglichkeit wird beschrieben in der DE 19802593 und beansprucht, daß die Kurbelwellen speziell gelagert werden und die Lagerzapfen abtriebsseitig gegenüber den anderen Lagerzapfen der entsprechenden Kurbelwelle verstärkt wird.Another possibility is described in the DE 19802593 and claims that the crankshafts are specially stored and the bearing journals on the drive side is reinforced with respect to the other bearing journals of the corresponding crankshaft.

Bei allen bekannten Lösungen und Ausgestaltungen der Kurbelwellen wird versucht, den auftretenden und nicht auszugleichenden Schwingungen mittels entsprechender Ausgleichensgewichte, vorzugsweise in Form von Ausgleichswellen, entgegen zu wirken.at all known solutions and embodiments of the crankshaft is tried, the occurring and vibrations not to be compensated by means of corresponding balancing weights, preferably in the form of balance shafts to counteract.

Dies wird beispielsweise beschrieben in der DE3521667 .This is described for example in the DE3521667 ,

Die bei dem bekannten Grundaufbau der Hubkolbenmaschinen aus Kolben, Pleuelstangen und Kurbelwelle auftretenden bekannten Nachteile der Massenschwingungen und dem sich aus den dem entgegenwirkenden eingesetzten Ausgleichsgewichten resultierenden sich verkleinernden Wirkungsgrad kann jedoch nicht durch bloße Weiterentwicklung der Kurbelwellen entgegen gewirkt werden.The in the known basic structure of reciprocating piston engines, Connecting rods and crankshaft occurring known disadvantages of Mass vibrations and arising from the counteracting used Balance weights result in decreasing efficiency but not by mere Further development of the crankshafts are counteracted.

Insbesondere sei dazu benannt die DE 19517677 .In particular, it is named the DE 19517677 ,

Hier wird vorgeschlagen, eine Kurbel einzusetzen, welche aus zwei miteinander verbunenen Kurbelteilen besteht.Here It is proposed to use a crank, which consists of two together consists of curved crank parts.

Diese beiden Kurbelteile bilden miteinander einen Kurbelwinkel, und verhindern, dass ein durch das Gelenkende eingeleiteter Impuls direkt auf die Drehachse wirkt.These two crank parts together form a crank angle, and prevent that an impulse introduced by the hinge end directly on the axis of rotation acts.

Ein weiteres Beispiel dazu ist in der DE 19919252 benannt.Another example is in the DE 19919252 named.

Hier wird eine Kurbelwelle beschrieben, dass die Lage der Kurbelzapfen während der Drehbewegung der Kurbelwelle, entweder in oder entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle verstellbar ausgebildet ist.Here is a crankshaft that describes the location of the crankpins while the rotational movement of the crankshaft, either in or counter to the direction of rotation the crankshaft is adjustable.

Alle Beispiele zeigen das eine wesentliche Verbesserung der Kraftübertragung nicht erreicht wird. Außerdem bleibt die seitenkraftfreie Führung des Kolbens vollkommen unberücksichtigt. Auch eine verstellbare Kurbelwelle, wie in DE 3711729 , löst das Grundproblem der optimierten Kraftübertragung nicht. Deshalb sind Lösungen angestrebt worden, welche sich gedanklich von den lediglich immerzu variierten klassischen Kurbelwellen gelöst haben.All examples show that a significant improvement in power transmission is not achieved. In addition, the lateral force-free guidance of the piston is completely disregarded. Also an adjustable crankshaft, as in DE 3711729 , does not solve the basic problem of optimized power transmission. Therefore, solutions have been sought, which have been solved mentally by the only ever varied classic crankshafts.

Doppelkurbelwellenmotoren wie in der DE 19819234 oder in der WO 89/02029 beschrieben sind gekennzeichnet durch einer besseren Kraftübertragung und der Absenkung der Reibungsverluste, jedoch wird eine optimale Kraftübertragung von den Abtriebskurbelwellen zu einer definierten Abtriebswelle, wie auch in DE 19905057 oder bei der Brennkraftmaschine in DE 3129028 , nicht erreicht.Double crankshaft engines as in DE 19819234 or described in WO 89/02029 are characterized by a better power transmission and the reduction of friction losses, however, is an optimal power transmission from the output crankshaft to a defined output shaft, as well as in DE 19905057 or in the internal combustion engine in DE 3129028 , not reached.

Desweiteren wird eine höchstmöglichste Minimierung von oszillierender Massen und der Gesamtbauhöhe einer modularen Kraftübertragungseinheit angestrebt.Furthermore will be the highest possible Minimization of oscillating masses and the overall height of a modular power transmission unit sought.

Die Erfindung beruht auf empirischer und theoretischer Studien von grundsätzlichen und speziellen Übertragungsmechanismen bei der Kraftübertragung von linearer in rotierender Bewegung und umgekehrt.The Invention is based on empirical and theoretical studies of fundamental and special transmission mechanisms in the power transmission from linear to rotating and vice versa.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Kraftübertragungs-System anzugeben, welches die vorgenannten Probleme löst.Of the Invention has for its object to provide a power transmission system, which is the aforementioned Solves problems.

Die Vorrichtung eines neuen Kraftübertragungssystemes löst die Probleme durch wesentlich niedriger Bauweise, sowie einer optimierten Kraftübertragung auf einer Getriebeeinheit mit definierter Abtriebswelle, welches sich im drehfesten Eingriff mit den gegenläufigen Kegelzahnabtriebskurbeln befindet.The Device of a new power transmission system solve the Problems due to significantly lower construction, as well as an optimized power transmission on a gear unit with a defined output shaft, which in non-rotatable engagement with the contra-rotating bevel-driven cranks located.

Als Grundgedanke dieser Erfindung ist eine integrierte Abtriebswelle vorzusehen, an der die Leistungen vom Kolben über zwei gekreuzte Pleuelstangen auf die dazu notwendigen Doppelkurbelwellen und nachfolgende Getriebeeinheit übertragen wird.When The basic idea of this invention is an integrated output shaft provide the services from the piston via two crossed connecting rods transferred to the necessary double crankshaft and subsequent transmission unit becomes.

Für eine Optimierung der Kraftübertragung ist eine definierte Drehrichtung erforderlich, wodurch, bei gleichzeitiger Reduzierung der Pleuellänge und der Gesamtbauhöhe eines modularen Schubkurbelsystemes, ein verlängerter Arbeitstakt erreicht wird. Die zwei diagonal aneinander vorbeilaufenden Pleuelstangen ermöglichen eine optimierte Kraftübertragung.For an optimization the power transmission is a defined direction of rotation is required, whereby, at the same time Reduction of the connecting rod length and the overall height a modular push-crank system, a prolonged power stroke achieved becomes. The two connecting rods running diagonally past each other enable an optimized power transmission.

Wie allgemein bekannt, ist das Verhältnis von Nutzleistung zu zugeführter Leistung der vollkommenen Maschine, die Definition des thermischen Wirkungsgrades. Jedoch ist diese Methode zur Berechnung von Brennkraftmaschinen nicht geeignet.As well known, is the ratio of Benefit to supplied Performance of the perfect machine, the definition of thermal efficiency. However, this method is for calculating internal combustion engines not suitable.

So können die Berechnungsmethoden für den thermischen Wirkungsgrad des gemischten Vergleichsprozesses von Brennkraftmaschinen nicht als Grundlage dienen, gleiches gilt bei der Anwendung des Schubkurbelsystemes nach Anspruch 1, wenn es sich um eine Verbrennungsmaschine handeln würde.So can the calculation methods for the thermal efficiency of the mixed comparison process of Internal combustion engines do not serve as a basis, the same applies to the application of the sliding crank system according to claim 1, if it is would be an internal combustion engine.

Des weiteren wird bei Brennkraftmaschinen der Wirkungsgrad bei optimaler Drehzahl ermittelt und somit bleibt der tatsächliche Wirkungsgrad unberücksichtigt, wie auch in DE 3129028 hingewiesen wird.Furthermore, in internal combustion engines, the efficiency is determined at optimum speed and thus the actual efficiency is disregarded, as well as in DE 3129028 is pointed out.

Somit sind alle Aussagen auf, wie der Begriff schon sagt, Brennkraftmaschinen beschränkt und somit auch deren Schlußfolgerungen. (Erfahrungswerte und Näherungsformeln)Consequently are all statements on, as the term implies, internal combustion engines limited and thus also their conclusions. (Empirical values and approximation formulas)

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen dargestellt und in weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:The The invention is illustrated below with reference to schematic drawings and explained in further detail. Show it:

1 Schematische Darstellung eines modularen Schubkurbelsystemes (Vorderansicht). 1 Schematic representation of a modular sliding crank system (front view).

2 Schematische Darstellung eines modularen Schubkurbelsystemes (Seitenansicht). 2 Schematic representation of a modular push-crank system (side view).

3 Schematische Darstellung eines Zusammenschlußes mehrerer Einzelmodule. 3 Schematic representation of a merger of several individual modules.

4 Schematische Gegenüberstellung der Pleuellängen, sowie der Gesamtbauhöhen von Hubkolbenmotoren und Schubkurbelsystem. 4 Schematic comparison of the connecting rod lengths, as well as the overall heights of reciprocating engines and crank system.

5 Schematische Darstellung eines vergrößerten Arbeitstacktes. 5 Schematic representation of an enlarged Arbeitstacktes.

6 Variationsmöglichkeiten. 6 Variations.

Wie aus 1 und 2 ersichtlich, handelt es sich im Sinne der Erfindung um die schematische Darstellung, eines modularen Schubkurbelsystemes, bestehend aus Kolben (2), zwei Kolbenbolzen (3a + 3b), zwei sich kreuzenden Pleuelstangen (4a + 4b), zwei Kurbelzapfen (5a + 5b), zwei Kurbelwellen (6a + 6b), einer Getriebeeinheit, aus zwei Abtriebskegelräder (7a + 7b), einer Abtriebswelle (9) und dem Doppelkegelrad (8) welches sich zwischen den gegenläufigen Abtriebskegelrädern (7a + 7b) befindet.How out 1 and 2 It can be seen, in the context of the invention, is the schematic representation of a modular sliding crank system, consisting of pistons ( 2 ), two piston pins ( 3a + 3b ), two crossing connecting rods ( 4a + 4b ), two crankpins ( 5a + 5b ), two crankshafts ( 6a + 6b ), a transmission unit, from two output bevel gears ( 7a + 7b ), an output shaft ( 9 ) and the double bevel gear ( 8th ) which extends between the counter-rotating output bevel gears ( 7a + 7b ) is located.

Wie aus 3 ersichtlich, ist die Abtriebswelle (9) so angeordnet, dass ein modularer Zusammenschluß von Übertragungs- bzw. Zylindereinheiten wie in 6 dargestellt, in verschiedenen denkbaren Varianten möglich.How out 3 can be seen, the output shaft ( 9 ) arranged so that a modular union of transmission or cylinder units as in 6 shown, possible in various conceivable variants.

Die graphische Darstellung in 4 zeigt in Abhängigkeit von Kurbelzapfenradius und Pleuellänge die Verschiebung des OT und UT voneinander weg (β).The graphic representation in 4 shows the displacement of the TDC and TDC away from each other depending on the crank pin radius and the length of the rod (β).

Der direkte Vergleich in 5 zeigt den Unterschied der Gesamthöhen von Nubkolbenmaschinen (Hh) und Schubkurbelsystem (Hs) bei gleichen Hub.The direct comparison in 5 shows the difference of the total heights of Nubkolbenmaschinen (Hh) and crank system (Hs) at the same stroke.

Die schematische Darstellung in 6 zeigt einige Variationsmöglichkeiten, wie Doppelreihen-, V-Reihenmotoren usw., die über ein Abgriffgetriebe (10 + 11) verbunden sind.The schematic representation in 6 shows some possible variations, such as double-row, V-series engines, etc., which via a tap gear ( 10 + 11 ) are connected.

Claims

System for converting a linear movement into a rotary movement or vice versa, characterized in that a reciprocating piston ( 2 ) two diagonally adjacent connecting rods ( 4a + 4b ), which at their ends by means of piston pin ( 3a + 3b ) and the other ends of the connecting rods ( 4a + 4b ) over the crankpins ( 5a + 5b ) with the crankshafts ( 6a + 6b ) are connected. The crankshafts ( 6a + 6b ) are connected to the gear unit, consisting of two counter-rotating output bevel gears ( 7a + 7b ) and a double bevel gear ( 8th ), which in rotationally fixed engagement with the counter-rotating output bevel gears ( 7 ) intermeshing, is fixed. The double bevel gear ( 8th ) is connected to the output shaft ( 9 ) connected non-positively.

System for converting a linear movement in a rotational movement or vice versa according to claim 1, characterized in that a plurality of successive modular transmission units (sliding crank systems) fixed torque on a common output shaft ( 9 ).

System for converting a linear movement in a rotary motion or vice versa according to claim 1 and claim 2, characterized in that at least two modular sliding crank systems (Boxer, V, double) or three (star) about a central output shaft ( 10 ) are connected torque-tight.

System for converting a linear motion in a rotary motion or vice versa according to claim 1, claim 2 and claim 3 is characterized by the combination of claim 1 and claim 2 for forming rows of modular sliding crank systems about a central output shaft ( 10 ).