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Vorrichtung zur Umwandlung der Längsbewegung von Kolben in eine rotierende
Bewegung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung der Längsbewegung
von Kolben in eine rotierende Bewegung bei Kolbenmaschinen mit paarweise gegenüberliegenden,
um eine Kurbelwelle verteilt und parallel zu derselben angeordneten Zylinder-Kolben-Einheiten,
wie z. B. bei Dampfmaschinen, Verbrennungsmotoren, Pumpen od. dgl.
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Es ist bekannt, die hin- und hergehenden Teile solcher Zylinder-Kolben-Einheiten
durch übertragungsglieder gelenkig mit den Zapfenlagem eines zur Achse der Kurbelwelle
geneigten Kurbelzapfens zu verbinden. Die übertragungsglieder sollen so, angeordnet
sein, daß eine relative transversale Winkelbewegung zwischen den übertragungsgliedem
möglich ist, während in axialer Richtung eine im wesentlichen vollständige Starrheit
besteht. Bei den bekannten Vorrichtungen bestehen die übertragungsglieder aus steifen
Platten in Form von gleichschenkligen Dreiecken, die in im wesentlichen radial zum
Kurbelzapfen liegenden Ebenen angeordnet sind, wobei sie an jedem Ende einer dem
Kurbelzapfen benachbarten Seite des Dreiecks mit den Endzapfenlagem auf dem Kurbelzapfen
mittels Bolzen befestigt sind, die eine begrenzte Drehbewegung der übertragungsglieder
um die Achsen der Zapfen ermöglichen, und wobei jedes Übertragungsglied mit der
der genannten Seite des Dreiecks gegenüberliegenden Ecke mit den hin- und hergehenden
Teilen bzw. Kolben der Zylinder-Kolben-Einheiten verbunden ist. Bei solchen Maschinen
können aber im Betrieb unzulässig große Spannungen auftreten. Man hat zwar versucht,
diesem überstand durch die Verwendung getrennter Zapfenlager für die verschiedenen
übertragungsglieder auf dem zur Achse der Kurbelwelle geneigten Kurbelzapfen abzuhelfen.
Dadurch erhält man aber sehr komplizierte und teure Konstruktionen, ohne eine befriedigende
Lösung des Problems zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verhältnismäßig einfache
Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, welche außer größeren zulässigen Abweichungen
und Toleranzen der Axialität der Zy-
linder und der Kurbelwelle sowohl bei
der Herstellung als auch unter Betriebsbedingungen, die bisher für unzulässig gehalten
wurden, eine ausreichende transversale Beweglichkeit der übertragungsglieder zuläßt,
während eine große Steifigkeit der übertragungsglieder in Bezug zueinander in der
Hauptrichtung der Kurbelwellenachse beibehalten wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß jedes übertragungsglied
mit mindestens einem der benachbarten übertragungsglieder durch eine bewegliche,
in Querrichtung eine relative Winkelbewegung zwischen den übertragungsgliedern zulassende,
in Axialrichtung eine starre Verbindung bewirkende Scherplatte verbunden ist. Diese
Scherplatten bestehen vorzugsweise aus flexiblen Scherblättern und können gemäß
einer vorteilhaften Ausführungsform in senkrecht zur Achse des Kurbelzapfens verlaufenden
Ebenen eine nach außen gerichtete konkave Form aufweisen.
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Die gestellte Aufgabe ist auf diese Weise mit verhältnismäßig einfachen
Mitteln gelöst und entspricht dadurch den Anforderungen der Praxis besser als die
bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art.
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Bei Zylinder-Kolben-Einheiten von Verbrennungsmotoren, insbesondere
von Dieselmotoren, die axial entgegengesetzt in einer Linie angeordnet sind, werden
z. B. vier übertragungsglieder in zwei Ebenen vorgesehen, die sich unter einem rechten
Winkel auf der Achse der Kurbelwelle schneiden und von denen jedes durch flexible
Scherblätter mit zwei benachbarten Übertragungsgliedern verbunden ist, wobei die
diametral entgegengesetzten Zylinder gleichzeitig arbeiten. An Hand eines solchen
Verbrennungsmotors
mit vier Zylinder-Kolben-Einheiten als Ausführungsbeispiel
wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung ist eine solche
Maschine mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine allgemeine, perspektivische Ansieht des Äußeren
der Maschine; F i g. 2 ist ein teilweiser Schnitt durch eine einzelne Ebene,
die zwei der Xibe-rtraguügsglieder einschließt; F i g. 3 ein teilweiser Längsschnitt
in vergrößertem Maßstab; F i g. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV
der F ig. 3.
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Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, hat die dargestellte Maschine
einen starren Rahmen 1 und eine Kurbelwelle 2, die drehbar in koaxial an
dem Rahmen 1 befestigten Endzapfenlagern 3 gelagert ist.
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Die zwei Endteile 4 und 5 der Kurbelwelle haben ähnliche Kurbelarme
6 und 7, die so geformt sind, daß auf jeder Seite der durch die Linie
10 (F i g. 2) markierten Kurbelwellenachse ebene Innenflächen
8
und 9 entstehen. Diese Flächen sind unter gleichen spitzen Winkeln
gegen die Kurbelwellenachse geneigt. Zwischen diesen Flächen 8 und
9 erstreckt sich ein Kurbelzapfen 11, der mit den Kurbelarmen
6 und 7
starr verbunden oder ein Teil dieser ist. Die durch die Linie
42 in F i g. 2 angedeutete Achse des Kurbelzapfens ist in einem spitzen Winkel
zu er Achse 10
der Kurbelwelle geneigt und schneidet diese in einem Punkt
in der Mitte zwischen den beiden Kurbelarmen 6 und 7.
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In dem Maschinenrahmen 1 sind vier Zylinder-Kolben-Einheiten
angebracht, von denen zwei in F i g. 2 mit 12, 13 und 14,
15 bezeichnet dargestellt sind. Jede davon enthält zwei koaxiale Zylinder
16
und 17 und zwei Kolben 18 und 19, die miteinander
starr durch Verbindungsstücke 20 verbunden sind, um eine lineare hin- und hergehende
Bewegung parallel zu der Achse 10 der Kurbelwelle 2 zu bewirken.
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Auf den zwei entgegengesetzten Enden des.geneigten Kurbelzapfens
11 sind Ringzapfenlager 21 und 22 angebracht, in welchen der Kurbelzapfen
11 rotieren kann. Zwischen jedem Verbindungsstück 20 und den beiden Zapfenlagerringen
21 und 22 ist ein übertragungsglied angeordnet.
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Die übertragungsglieder werden durch steife, im wesentlichen die Form
eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweisende Platten 23 gebildet, deren
ösenförmige, an den beiden entgegengesetzten Enden der Basis des Dreiecks angebrachte
Ansätze 24, die in den äußeren Wandungen der Ringzapfenlager 21 und 22 (s. F i
g. 3) angeordneten Vertiefungen 25 eingreifen und die üi diesen Vertiefungen
25 durch die Bolzen 26 kreisförmigen Querschnitts gehalten werden,
in die axial verlaufenden Öffnungen 27 in den Ringzapfenlagern und in die
Öffnungen in den Ansätzen 24 eingreifen. Dadurch wird eine gelenkige Verbindung
zwischen den Platten 23 der übertragungsglieder und den Ringzapfenlagern
21 und 22 hergestellt. Die Platten 23 sind an den von den Kurbelzapfen entfernten
Ecken so geformt, daß sie Zapfen 28 bilden, die in den Bohrungen 29 gleitend
gelagert sind. Die Bohrungen 29 sind in Kopplungsgliedem angebracht, die
die Form zylindrischer oder kugelförmiger Körper 30 haben. Die Kopplungsglieder
sind so in den in den übertragungsgliedem angeordneten Lagern 31 gelagert,
daß eine hin- und hergehende Bewegung ermöglicht wird.
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Z,
Vier solcher übert ' ragungsglieder sind im dargestellten
Fall benutzt. Sie sind in zwei Ebenen angeordnet, die rechtwinkerig-zueinander stehen
und die die Achse des Kurbelbolzens 11 einschließen.
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Dieb Platte 23- jedes ühertrag.ungg-gliedes ist -mit den zwei
benachbarten Platten 13 durch n ach außen konkav gewölbte Scherplatten
32 verbunden, von denen jede an ihren zwei Enden mit zwei Platten
23 entlang parallel zu der Achse des Kurbelbolzens 11 verlaufenden
Linien mittels der Schrauben 33 verschraubt ist.
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Die flexiblen Scherplatten 32 erstrecken sich im dargestellten
Fall über ein Drittel bis die Hälfte der Länge der Basis der dreieckförmigen Platten
23, und ihre Ecken können an den Enden eingedreht sein, wie das bei 34 dargestellt
ist, um auftretende Spannungen zu vermindern.
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Es ist leicht einzusehen, daß, wenn man die Zylinder 16, 16
und 17, 17 (F i g. 2) diametral entgegengesetzt anordnet, so daß jede
Ebene zwei der übertragungsglieder enthält, auf die gleichzeitig die Motorkräfte
wirken, der axial steife, aber seitlich bewegliche Aufbau der übertragungsglieder
bewirkt, daß sich ein axiales Gleichgewicht der Motorkräfte einstellen kann und
zwischen benachbarten Übertragungsgliedern die notwendige seitliche Beweglichkeit
besteht.
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Die axiale Länge der aus den übertragungsgliedem 23 und den
Zapfenlagerringen 21 und 22 bestehenden Anordnung ist kleiner als die des Kurbelzapfens
11, so daß die Anordnung eine axiale Gleitbewegung auf dem Kurbelzapfen
11 zwischen den Armen 6
und 7 ausführen kann.
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Wenn bei dieser Anordnung einer der Zylinder nicht arbeiten sollte,
ein Betriebszustand, der normalerweise eine Störung des Gleichgewichts in der Maschine
bewirken würde, wird die aus den Übertragungsgliedern und den Zapfenlagerringen
bestehende Anordnung sich entlang dem geneigten Kurbelzapfen in Richtung auf die
Zylinderreihe bewegen, die den defekten Zylinder enthält, wodurch eine Erhöhung
des Verdichtungsgrades in dieser Zylinderreihe bewirkt wird. Die dadurch auftretende
Erhöhung der von den Zylindern dieser Reihe erzeugten Kraft kompensiert teilweise
den durch den defekten Zylinder hervorgerufenen Abfall des mittleren Druckes, wodurch
eine annähernd stabile Betriebsweise erreicht wird.