DE1451686C - Umlaufkolbenmaschine des mittelachsigen Typs, bestehend aus zwei parallelachsig zur gemeinsamen Welle angeordneten Maschineneinheiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus zwei parallelachsig zur gemeinsamen Welle angeordneten Maschineneinheiten des mittelachsigen Typs bestehende Umlaufkolbenmaschine, wobei jede Maschineneinheit zwei ungleichförmig umlaufende, elliptische Kolbenführungs-Zahnräder aufweist und diese mit der gemeinsamen Welle über ein weiteres Zahnradgetriebe in Wirkverbindung stehen.

Eine derartige Umlaufkolbenmaschine ist aus der USA.-Patentschrift 1 231 995 bekannt.

Bei derartigen Umlaufkolbenmaschinen sind auf den Wellen mit jeweils einem Kolben elliptische, in einem der beiden Brennpunkte gelagerte Kolbenführungs-Zahnräder angeordnet, welche mit gleichen elliptischen Zahnrädern in Eingriff stehen, die auf der gemeinsamen Welle um 180° versetzt zueinander, ebenfalls in ihren Brennpunkten angeordnet sind. Der Winkel, der von den durch je eine Welle der Maschineneinheiten und der gemeinsamen Welle gelegten Ebenen eingeschlossen ist, beträgt dabei etwa 110°. Die Anwendung eines Ellipsenzahnradgetriebes mit Anordnung der einzelnen Ellipsenzahnräder in einem der beiden Brennpunkte hat zur Folge, daß auf Grund der kinematischen Eigenheit des Ellipsenzahnradgetriebes keine Doppelkolben verwendet werden können, so daß im Zylindergehäuse nur zwei Arbeitsräume zur Verfügung stehen. Um den Steuervorgang der Ein- und Auslaßöffnung durch die Kolben teilweise durchführen zu können, müssen sehr breite Kolben vorgesehen werden. Außerdem ist sowohl beim 2-Takt-Arbeitszyklus als auch beim 4-Takt-Arbeitszyklus zur Öffnungssteuerung zusätzlich eine Ventilsteuerung erforderlich. Wegen der zeitlich ausgedehnten Aufeinanderfolge der Arbeitstakte kann bei einem 4-Takt-Verbrennungsmotor kein Drehmomentenausgleich an der Welle mit Fortfall der Lastwechsel erzielt werden. Als 2-Takt-Antriebsmotor könnte bei besonderen baulichen Maßnahmen zwar eine ständige Anlaufbereitschaft erreicht werden, jedoch ist dabei ein Drehmomentenausgleich an der Welle nicht möglich.

Aus der französischen Patentschrift 1 305 903 ist ferner eine aus einer einzelnen Maschineneinheit bestehende Umlaufkolbenmaschine mit zwei Doppelkolben bekannt, auf deren Wellen zentrisch gelagerte, elliptische Kolbenführungs-Zahnräder angeordnet sind, die über ein aus zentrisch angeordneten elliptischen Zahnrädern bestehendes Getriebe mit der mit konstanter Drehzahl umlaufenden Welle verbunden sind. Aus der britischen Patentschrift 641 973 ist es bei einer einzelnen Maschineneinheit ferner bekannt, die elliptischen Zahnräder der Wellen über exzentrisch angeordnete kreisförmige Zahnräder mit der Welle zu verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umlaufkolbenmaschine der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß keine Lastwechsel auftreten, sich ein möglichst vorteilhafter Drehmomentenverlauf an der Welle ergibt und dabei eine ständige Anlaufbereitschaft bei einem druckmittelbetätigten Motor erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zahnradgetriebe aus zwei weiteren, hintereinander auf der Welle zentrisch angeordneten elliptischen Zahnrädern besteht und der von den durch je eine Welle der Maschineneinheiten und durch die gemeinsame Welle gelegten Ebenen eingeschlossene Winkel ungefähr 135° beträgt.

Durch eine solche Anordnung, bei der das Verhältnis der Kolbenwinkelgeschwindigkeiten einer Einheit vom Momentanwert 1 abweicht, während das Verhältnis der Kolbenwinkelgeschwindigkeiten der anderen Maschineneinheit den Momentanwert 1 aufweist, wird auf Grund der Wahl des von den durch je eine Welle der Maschineneinheiten und durch die gemeinsame Welle gelegten Ebenen eingeschlossenen Winkels — im folgenden als Verbundwinkel bezeichnet — ein Kompromiß zwischen den verschiedenen Anforderungen erreicht, so daß sich ein vorteilhafter Drehmomentenverlauf an der gemeinsamen Welle ergibt, der frei von Lastwechseln ist, während bei einem druckmittelbetriebenen Antriebsmotor eine ständige Anfahrbereitschaft gegeben ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß man gleiche Bauelemente verwenden kann, unabhängig davon, ob die Umlaufkolbenmaschine als Pumpe oder Verdichter oder auch als druckmittelbetriebener Antriebsmotor vorgesehen wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner dadurch gelöst, daß das Zahnradgetriebe aus zwei

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weiteren hintereinander auf der Welle exzentrisch der Umfang der Kolbenführungszahnräder 6, 7 dopangeordneten kreisförmigen Zahnrädern besteht und pelt so groß wie jener der Exzenterzahnräder 11, 12 der von den durch je eine Welle der Maschinen- ist. Unabhängig von der Ausführungsform des kineeinheiten und durch die gemeinsame Welle gelegten matischen Getriebes kann am Umfang des Zylinder-Ebenen eingeschlossene Winkel ungefähr 90° beträgt. 5 gehäuses 1, 1 α entweder eine Einlaß- und eine Aus-

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungs- laßöffnung und diesen gegenüberliegend eine Zündgegenstandes werden nachfolgend an Hand der Zeich- kerze 13 angeordnet werden, oder es erfolgt bei Wegnung näher erläutert. fall der Zündkerze eine Anordnung von je zwei

Es zeigt gegenüberliegenden Ein- und Auslaßöffnungen. Die

F i g. 1 schematisch eine Umlaufkolbenmaschine ίο Lage der Ein- und Auslaßöffnungen ist abhängig von mit einem aus zentrisch auf der Welle angeordneten, der in den F i g. 1 und 3 für die rechte Maschinenelliptischen Zahnrädern bestehenden Zahnrad- einheit dargestellten charakteristischen Eingriffslage getriebe entsprechend der Schnittlinie A-A in des kinematischen Getriebes, die symmetrisch zu der F i g. 2, durch die Welle der rechten Maschineneinheit und

Fig. 2 eine Ansicht längs der Schnittlinie B-B in 15 durch die gemeinsame Welle 10 gelegten Ebene sein

Fig. 1 und muß. Bei Anordnung von einer Ein- und Auslaß-

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform. Öffnung mit gegenüberliegender Zündkerze ist für

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Umlaufkolben- jeden Arbeitsraum die Voraussetzung gegeben, pro maschine mit zwei parallelachsig zu einer gemein- Kolbenumdrehung vier verschiedene Arbeitsfunktiosamen Welle 10 angeordneten Maschineneinheiten. 20 nen auszuführen, wie dies z. B. ein 4-Takt-Ver-Eine Maschineneinheit besteht aus einem Zylinder- brennungsmotor erfordert. Bei Anordnung von je gehäuse 1, in dem ein Kolbenpaar 2, 3 zentrisch an- zwei gegenüberliegenden Ein- und Auslaßöffnungen geordnet ist, das den Innenraum des Zylinder- arbeiten die einzelnen Arbeitsräume im doppeltgehäuses in vier Arbeitsräume unterteilt. Der KoI- wirkenden 2-Takt-Zyklus und führen pro Maschinenben 2 weist eine Welle 4 mit einem darauf zentrisch 35 einheit während einer Kolbenumdrehung insgesamt angeordneten elliptischen Zahnrad 6 auf. In ent- acht Arbeitsfunktionen aus, wie es bei druckmittelsprechender Weise ist der Kolben 3 mit einer Hohl- betriebenen Antriebsmotoren sowie bei Pumpen und welle 5 versehen, auf der ein weiteres elliptisches Kompressoren der Fall ist.

Zahnrad 7 zentrisch angeordnet ist. Die Wellen 4, 5 Es sind bei einem aus elliptischen Zahnrädern 8, 9

sind in dem Zylindergehäuse 1 und in einem Getriebe- 30 bestehenden Zahnradgetriebe auf der Welle 10 die

kasten 14 gelagert. Diese als Kolbenführungs-Zahn- Maschineneinheiten in der Weise symmetrisch zu

räder wirksamen, elliptischen Zahnräder 6, 7 stehen dieser angeordnet, daß die jeweils durch die Welle

bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Aus- einer Maschineneinheit und die gemeinsame Welle 10

führungsbeispiel mit zwei weiteren hintereinander auf gelegten Ebenen einen Verbundwinkel φ in der

der gemeinsamen Welle 10 zentrisch angeordneten 35 Größenordnung von 135° einschließen, wie Fig. 1

elliptischen Zahnrädern 8, 9 in Eingriff, die um 90° zeigt. Dadurch erhält man einen Drehmomenten-

versetzt zueinander auf der Welle 10 befestigt sind. verlauf an der Welle 10, der frei von Lastwechseln

Die entsprechenden Bauelemente der anderen ist und lediglich Schwankungen im positiven Bereich

Maschineneinheit sind mit den gleichen Bezugs- aufweist, wobei die einzelnen Drehmomentspitzen

zeichen und dem Index α versehen. 40 einen Maximalwert haben, der ungefähr halb so groß

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind die ist wie jener bei einer einzigen Maschineneinheit, Maschineneinheiten in der gleichen Weise wie oben wenn gleiche Abmessungen der Maschineneinheit sobeschrieben ausgebildet, jedoch stehen die zueinander wie gleiche Drehzahlen gegeben sind. Dieser in versetzten Ebenen angeordneten, elliptischen günstige Drehmomentenverlauf ergibt sich bei dem Kolbenführungs-Zahnräder6, 7, 6 a, la mit zwei 45 Verbundwinkel von 135° bis zu einer bestimmten hintereinander auf der gemeinsamen Welle 10 exzen- oberen Drehzahlgrenze, bei deren Überschreiten intrisch angeordneten kreisförmigen Zahnrädern 11, 12 folge Massenwirkung Drehmomentspitzen sowie Lastin Eingriff, die um 180° versetzt zueinander auf der wechsel an der Welle 10 wieder auftreten würden. Welle 10 befestigt sind. Da jedoch diese Drehzahlgrenze so hoch liegt, daß

Die Kolbenführungs-Zahnräder 6, 7 führen auf 5° für diese Umlaufkolbenmaschine eine mittlere Grund ihres Eingriffs mit den elliptischen Zahn- Schnelläufigkeit vorgesehen werden kann, ergeben rädern 8, 9 bzw. mit den kreisförmigen Zahnrädern sich keine praktisch wirksamen Beeinträchtigungen 11, 12 auf der mit konstanter Drehzahl umlaufenden der Vorteilhaftigkeit der Erfindung.
Welle 10 eine Umlaufbewegung mit periodisch Bei der in Fig. 1 dargestellten Phasenlage des wechselndem Verhältnis ihrer Winkelgeschwindig- 55 Zahnradgetriebes sind die Eingriffsradien der Kolbenkeiten aus, wobei in bestimmten Drehbereichen ab- führungs-Zahnräder 6, 7 mit den elliptischen Zahnwechselnd ein Umlaufkolben eine Drehbeschleuni- rädern 8, 9 auf der Welle 10 gleich. Hierdurch gehen gung und der andere Umlaufkolben eine Dreh- von den beiden Kolben 2, 3 der rechten Maschinenverzögerung erfährt. Die zwischen den Kolben 2, 3 einheit zwei gleich große, jedoch entgegengerichtete eingeschlossenen Arbeitsräume unterliegen dem- 60 Drehmomente aus, welche auf die Welle 10 überzufolge einer periodisch verlaufenden Änderung ihrer tragen werden. Ein mit einem Druckmittel beVolumina zwischen einem maximalen und minimalen triebener Antriebsmotor in Einzelausführung könnte Volumen. in dieser Phasenlage aus dem Ruhezustand nicht an-

Bei Umlaufkolbenmaschinen nach den Fig. 1 fahren, während dies bei der Wahl eines Verbund-

und 2 entspricht einer Kolbenumdrehung eine Um- 65 winkeis in der Größenordnung von 135° möglich ist,

drehung der Welle 10, während bei der Aus- da das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten der

führungsform nach F i g. 3 einer Kolbenumdrehung linken Maschineneinheit vom Momentanwert 1 ab-

zwei Umdrehungen der Welle 10 entsprechen, weil weicht.

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Werden auf der Welle 10 exzentrisch angeordnete kreisförmige Zahnräder 11, 12 vorgesehen, so wird zu diesem Zweck — wie F i g. 3 zeigt — ein Verbundwinkel φ in der Größenordnung von 90° gewählt, wodurch sich die gleichen Vorteile ergeben. Bei der Darstellung in F i g. 3 ist die gleiche Phasenlage der Kolbenführungs-Zahnräder 6, 7 gezeigt wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen nach F i g. 1 und 3 muß zum Ausgleich der Drehmomentschwankungen eine nicht dargestellte Schwungmasse an der Welle 10 vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Aus zwei parallelachsig zur gemeinsamen Welle angeordneten Maschineneinheiten des mittelachsigen Typs bestehende Umlaufkolbenmaschine, wobei jede Maschineneinheit zwei ungleichförmig umlaufende, elliptische Kolbenfiihrungs-Zahnräder aufweist und diese mit der gemeinsamen Welle über ein weiteres Zahnradgetriebe in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradgetriebe aus zwei weiteren, hintereinander auf der Welle (10) zentrisch angeordneten elliptischen Zahnrädern (8, 9) besteht und der von den durch je eine Welle (4, 4a) der Maschineneinheiten und durch die gemeinsame Welle (10) gelegten Ebenen eingeschlossene Winkel (φ) ungefähr 135° beträgt.

2. Aus zwei parallelachsig zur gemeinsamen Welle angeordneten Maschineneinheiten des mittelachsigen Typs bestehende Umlaufkolbenmaschine, wobei jede Maschineneinheit zwei ungleichförmig umlaufende, elliptische Kolbenführungs-Zahnräder aufweist und diese mit der gemeinsamen Welle über ein weiteres Zahnradgetriebe in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradgetriebe aus zwei weiteren hintereinander auf der Welle (10) exzentrisch angeordneten kreisförmigen Zahnrädern (11, 12) besteht und der von den durch je eine Welle (4, 4 a) der Maschineneinheiten und durch die gemeinsame Welle (10) gelegten Ebenen eingeschlossene Winkel (φ) ungefähr 90° beträgt.