DE1937066A1

DE1937066A1 - Vollkommen ausgewuchtete,schwingungsfreie Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Wechselbewegung

Info

Publication number: DE1937066A1
Application number: DE19691937066
Authority: DE
Inventors: Kenjiro Ishida
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-07-16
Filing date: 1969-07-16
Publication date: 1970-03-05
Also published as: US3563222A; GB1223237A

Description

Vollkommen ausgewuchtete, schwingungsfreie Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Wechselbewegung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh- in eine lineare Wechselbewegung und betrifft insbesondere eine vollkommen ausgewuchtete Kolbenmaschine oder ein Maschinenteil, die mittels Wechselbewegung und in ihrer Geschwindigkeit gleichmässiger Kreisbewegung verbunden sind.

Bekannte Kurbelgetriebe oder Vorrichtungen zur Umwandlung einer Dreh- in eine lineare Wechselbewegung, wie beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, sind unvermeidlich von Schwingungen begleitet, da sich die durch die Trägheit der sich hin und her bewegenden Masse verursachten Unwuchtkräfte, beispielsweise des Kolbens und der Pleuelstange, theoretisch nicht ausgleichen lassen. Die Schwingung verursacht mit Zunahme der Drehzahl oder des Drehmoments bekannte Gefahren.

0 09810/1233

Hauptaufgabe der Erfindung ist es, solche Mängel zu belieben und eine vollkommen ausgewuchtete, schwingungsfreie Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh- in eine lineare Wechselbewegung zu schaffen, mittels derer die Unwuchtkräfte der sich hin und her bewegenden Masse, die man bisher bei dieser Art von Vorrichtungen für unvermeidlich hielt, theoretisch ausgeschaltet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäss der Erfindung eine vollkommen ausgewuchtete, schwingungsfreie Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh- in eine lineare Wechselbewegung vorgeschlagen, die ein Gehäuse, eine an einem Ende mit Arbeitsmitteln versehene Stange, einen den anderen Endabschnitt der Stange drehbar haltenden Exzenterring mit einer eine Exzentrizität Jt aus der Mitte des Ringes aufweisenden Öffnung, eine von dem Gehäuse drehbar gehaltene und die Öffnung des Exzenterringes mit Hilfe eines Kurbelzapfens mit einer Ex- ^ntrizität JZ drehbar haltende Kurbelwelle, mit dem Exzenterring und der Kurbelwelle zusammenwirkende, die Kurbelwelle und den Exzenterring zum Bewirken der linearen Wechselbewegung der Stange mit der gleichen Geschwindigkeit und in einander entgegengesetzten Eichtungen antreibende Mittel, an dem Exzenterring auf seiner der Mitte entgegengesetzten Seite in Abständen E,, bzw. E_n von der Achse

des Kurbelzapfens und in Abständen (L. -^) bzw. £\ von der Längsachse der Stange befestigte Ausgleichgewichte mit dem Gewicht W^ bzw. W₁-, weitere, an jeder Kurbelwange der Kurbelwelle auf der dem Kurbelzapfen entgegengesetzten Seite in einem Abstand E_c bzw. R_n von der Achse der Kur-

b /

beiwelle und in einem Abstand (Lp -^2} ^zw. ^^ von der Längsachse der Stange befestigte Ausgleichgewichte mit dem Gewicht W₆ bzw. W₇ besitzt, wobei die AusGleichgewichte so bestimmt sind, dass sie den Formeln

009610/1233

i!3?eee

£ = W₄R₄ +

m W₆R₆ + W₇R₇ L₂W₆R₆ = /₂ (W₀ + W₃ '+ W₄ f W₅)^

entsprechen, worin

W₀ : das sich hin und her bewegende Gewicht W. : das sich drehende Gewicht

L. : den Abstand zwischen den Schwerpunkten von W₄ und W-

L₂ : den Abstand zwischen den Schwe punkten von W₆ und W-

bedeuten, so dass die durch die sich hin und her bewegende Masse verursachten Unwuchtkräfte ausgeglichen werden.

Wie vorstehend erwähnt, besitzt die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Umwandlung einer Dreh- in eine lineare Wechselbewegung eine sich linear hin und her bewegende Stange, eine sich drehende Kurbelwelle, einen die Stange haltenden und sich auf dem Kurbelzapfen drehende sowie auf ihm umlaufenden Exzenterring und miteinander zusammenwirkende Mittel zum Erzeugen einer linearen Wechselbewegung der Stange. Die Vorrichtung besitzt erfindungsgemäss ferner Ausgleichgewichte, die, wie nachstehend noch näher erläutert, theoretisch sämtliche Unwuchtkräfte ausgleichen. Die Bauweise ist sehr einfach, ohne dass

009810/1233

1β?70ββ

dem üblichen Kurbelgetriebemechanismus viele Seile hinzugefügt werden müssen. Die Schwingungsamplitudenkennlinie der Torrichtung nach der Erfindung liegt bei 5000 Upm der Kurbelwelle in der Grössenordnung von 3 bis 4· Ά » deren Wert im Vergleich zu üblichen Kurbelgetrieben etwa 1/80 beträgt.

Das Ausgleichgewicht lässt sich sehr leicht bestimmen und braucht zu der Längsachse der Stange nicht symmetrisch befestigt zu werden, so dass die Verwendungsvielseitigkeit der Vorrichtung noch weiter vermehrt wird.

Ferner nimmt die Stange für den Anschluss des Kolbens oder der.Arbeitsmittel, da sie eine lineare Wechselbewegung ausführt, nur Druckbelastung auf, wobei auf sie kein Biegemoment einwirkt, und ausserdem auf den Zylinder kein Seiten druck ausgeübt wird.

Die vorerwähnten Merkmale der einwandfrei ausgewuchteten, schwingungsfreien Vorrichtung nach der Erfindung zur Umwandlung einer Dreh- in eine lineare Wechselbewegung lassen sich bei vielen Anwendungen als Antriebs— maschinen, wie beispielsweise Verbrennungskraft- oder Heissgaskraftmaschinen und auch als mittels einer anderen Eingangskraftquelle angetriebene Arbeitsmaschinen oder -mechanismen verwenden. Einige dieser Anwendungen sind im Nachstehenden näher erörtert.

Zunächst lässt sich das Merkmal der Schwingungsfreiheit vorteilhaft bei Maschinen ausnutzen, die nicht auf einem starren Fundament angebracht werden sollen. Zu diesen Anwendungen gehören ortsveränderliche Benzinmotoren für zahlreiche Zwecke, beispielsweise als Kettensäge, Mäher, Gehölzbeschneide- oder -Spritzvorrichtungen, und

009810/1233

ausserdem nicht ortsgebundene Kraftmaschinen für Fahrzeuge, wie Schiffe, Motorräder, Kraftfahrzeuge, Flugzeuge oder Easenmäher.

Das Merkmal der schwingungsfreien, sich linear hin und herbewegönden Stange lässt sich bei Antriebs- und Arbeitsmaschinen vorteilhaft nutzen. Bei Antriebsmaschinen können beide Seiten des Kolbens als doppeltwirkende Kraftmaschine verwendet werden, oder die Unterseite des Kolbens kann als Vorverdichtüngsraum für das Ansaugen von Gasgemisch oder Luft, insbesondere bei Zweitaktmotoren_r verwendet werden. Bei Kompressoren lässt sich leicht ein doppeltwirkender oder 2-stufiger Verdichter erzielen. Ferner kann die Pleuelstange zum Einsetzen von Federn unterteilt werden zwecks Anpassung an Drehmomentveränderungen oder zum Einsetzen einstellbarer Mittel zwecks Veränderung des Verdichtungs-Verhältnisses« .

Das Merkmal einer linearen Vechselbewegung läset? sich auch bei mittels einer sonstigen Eingangszeile angetriebenen Arbeit«maschinen oder -mechanismen ausnutzen. Zu solchen Anwendungen gehören der Nadelstangenmechaniaimie für Häh-IBEB chin en, «ich hin und her bewegen dt Mechanismen für Spinn- und Webmaschinen, ledardehnnechanieiien für iederprufKasohinent sich bin und her bewegende Mechanismen für Werkzeugmaschinen, Hietaaschinen, Meiesel oder Hämmer.

Die Grundsätze, Mecjianiimen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Be-* Schreibung zweier Aueführungßbeispielß anhand der beigefügten Zeichnungen offenbar.

Ss zeigenι

. fig· 1 ein OrUiaiagrsjui «ines mrnfcf?** an einem AuseenuMfang einer sich mit konstanter Winkelg·- sohwindigiceit tut ihr· Achse drehenden und mit

000110/1233

gleicher Winkelgeschwindigkeit in entgegenge-, setzter Richtung umlaufenden Scheibe D,

Fig. 2 ein jede auf die Ebene X-Y projizierte, sich bewegende Masse veranschaulichendes Diagramm,

Fig. 3 ein die in Fig. 2 auf die Ebene X-Y projiziert dargestellten, sich drehenden Massen veranschaulichendes Diagramm,

Fig. 4 ein die in Fig. 2 auf die Ebene X-Y projiziert dargestellten umlaufenden Massen veranschaulichendes Diagramm,

Fig. 5 einen Längsschnitt nach der Linie A-A in

Fig. 6, der eine eine Kurbelwelle antreibende, aussenverzahnte, einwandfrei ausgewuchtete Zweitakt-Kolbenkraftmaechine nach der Erfindung dargestellt,

fig«. 6 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht der Kr*Xtm»echine nach Hg. 5,

Tig· ? einen LÄngeechnitt durch eine eine Kurbelwelle antreibende, innenverzahnte, einwandfrei ausgewuchtete Zweitakt-Kolbenkraftmaschine nach der Erfindung und

einen Sohnitt nach der Linie B-B in Fig. 7.

Zuniohit wird die theoretische Analyse de« Grundprinzips "de*"Ireemgülig- tine> linearen Weefc«eXbeweg«nf d^fo& Kombi- nation von awti Iraieb«if«eungen nit gleicheäeaiftr Geeriäutirt,

Wie in Fig. 1 gezeigt, dreht sich eine Scheibe D mit konstanter Winkelgeschwindigkeit co um ihre Achse O^, und zugleich läuft der Punkt O^ um einen Mittelpunkt 0 in einem Abstand X bei konstanter Winkelgeschwindigkeit uj in zu der Richtung der Scheibe umgekehrter Richtung um, so dass alle Punkte am Aussenumfang der Scheibe D beim Radius £ durch, den Punkt 0 eine 'lineare Wechselbewegung ausführen. B.li., dass, wenn sich eine Kurbelwelle 00. bei konstanter Winkelgeschwindigkeit ω um die Achse 0 und sich dabei ein Glied 0.-Op auf dem Kurbelzapfen O^ mit konstanter Winkelgeschwindigkeit OJ in der Kurbelwelle entgegengesetzter Richtung dreht, so führt der Punkt O^ auf cbr Linie 0-X durch das Drehen und Umlaufen des Gliedes, 0^2 eine lineare Wechselbewegung mit einem Hub *\-£ aus.

Das theoretische Prinzip der einwandfreien Auswuchtung des vorerwähnten Mechanismus ist ,folgendes:

In der Beschreibung wird angenommen, dass sich die drehenden Teile mit konstanter Winkelgeschwindigkeit drehen und dass die Reibungskräfte zwischen den Teilen und die Auswirkungen von Spiel zwischen Wellen und Lagern vernachlässigbar sind.

Wenn, wie in Fig. 2 gezeigt,

A s Schwerpunkt des Drehbewegungsausgleichsgewichts B : Scherpunkt des Umlaufbewegungsausgleichsgewichts C : Schwerpunkt der sich hin und her bewegenden Masse 0 : Umlaufbewegungsmittelpunkt 0,.: Drehbewegungsmittelpunkt

0_?: Hittelpunkt des kurbelwellenseitigen Pleuelkopfes der Pleuelstange

W₀: Sich hin und her bewegende Gewichte (Massensumme aus Kolben, Pleuelstange und sich hin und her

009810/1233

bewegenden !Teilen der Kurbelwelle O^Og)

W_x. s Gewicht des Drehbewegungsausgleichsgewichts

Wg- ί Gewicht des Umlaufbewegungsausgleichsgewichts

W^ j Drehbewegungsgewicht ausser Wq und W.

g : Schwerkraftbeschleunigung

E. : Die Ortslage des Punktes A aus dem Mittelpunkt O. darstellender Vektor

Ep s Die Ortslage des Punktes B aus dem Mittelpunkt

O darstellender Vektor
J ί Abstand zwischen den Mittelpunkten O und O_x,

P : Die Ortslage des Punktes C aus dem Mittelpunkt Op darstellender Vektor

so erhält man die auf die sich hin und her bewegende

W
Masse m « __0 einwirkende Trägheitskraft wie folgt:

S
Der Vektor für die Ortslage von Punkt C ist

Die am Punkt 0 einwirkende Trägheitskraft 3F ist • W_n" W_n _o A& au ^n

^^r£j? ω ²COs^ ..(2)

w-

Die auf die Drehbewegungsausgleichsmasse Bi_x. - -r¹ einwir-

'O

kende Trägheitskraft F. erhält man wie folgt: Der Vektor für die Ortslage von Punkt A ist

(3)

Die am Punkt A einwirkende Trägheitskraft ist 009810/1233

F.— £Λ

Die auf die Umlauf bewegungsausgleichsmasse %>·■--=■ einwirkende Trägheitskraft F₂ erhält man wie folgt:

Der Vektor für die Ortslage von Punkt B ist

Die am Punkt B einwirkende Trägheitskraft F₂ ist F₀---§Ro^²£^ - ....o ο (5)

Die auf die Drehbewegungsmasse m^"~~ einwirkende Trägheits kraft F, erhält man wie folgts

Der Vektor für die Ortslage von Punkt 0,. ist

0O₁-J^ £0 . .o.o.o ο ο ο ... ο (6)

Die am Punkt O. einwirkende Trägheitskraft F, ist.

W ** W
23² £^ά0 ο... oo ο 000.(7)

In ausgewuchtetem Zustand muss die Summe der Kräfte Null sein, also

so dass

(10)

Eine weitere Bedingung zum Erzielen einer einwandfreien Auswuchtung ist das Auswuchten des Trägheitskräftemoments. Das Trägheitskräftemoment M₀ ,. um den Drehbewegungsmittelpunkt 0. ist

^M0 ^-0^O

wie Formel (9),

Bei diesem Mechanismus verlaufen die Verlängerungslinien der Trägheitskräfte F₁, F₂ und F, alle durch den Punkt 0, und die Trägheitskräftemomente um den Punkt 0 sind alle Null.

Das Moment Mq der Trägheitskräfte F₁ um den Umlaufbewegungsmittelpunkt 0 ist

009S10/1233

Somit verläuft die Verlängerung der auf die Umlaufbewegungsausgleichsmasse einwirkenden Trägheitskraft F. durch

den Punkt O₀

Folglich ist das Moment der Trägheitskräfte um die Achse Z einwandfrei ausgewuchtet.

Wie vorstehend erörtert, wird, sofern durch passende Wahl der Werte £ , W_Q, W^, W₂, W,, R^ und E₂ die in den Formeln

(9) und (¹IO) dargestellten Auswuchtbedingungen erfüllt sind, eine einwandfreie Auswuchtung auf der Ebene X-ϊ erzielt.

Jedoch sind bei dem vorliegenden Mechanismus die Massen in Richtung der Z-Achse verteilt} dabei ist der Zustand des Ausgleichs der Trägheitskräfte in Richtung der Z-Achse notwendige Die Bedingung des Ausgleichs der Drehbewegungsund der Umlaufbewegungsmasse in Richtung der Z-Achse ist nachstehend beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt bedeuten

Wq : sich hin und her bewegendes Gewicht

W, s sich drehendes Gewicht ■"

W. s Drehbewegungsausgleichsgewicht auf der linken Seite W₁- : Drehbewegungsausgleichsgewicht auf der rechten Seite W . : Gesamtdrehbewegungsgewicht <>

XX : Achse der Drehbewegungswelle (Antriebswelle)

X^X. s Achse des kurbelwellenseitigen Pleuelkopfes der Pleuelstange

TL % Zylinderlängsachse
(L· : Schwerpunkt von W .

O₂ : Mittelpunkt des kurbelwellenseitigen Pleuelkopfes der Pleuelstange

009810/1233

E₄ s Abstand zwischen Schwerpunkt von W₄ und Drehbewegungsachse ^v

Ec" s Abstand zwischen Schwerpunkt von W,- und Drehbewegungsachse

£ i Abstand zwischen der Achse des kurbelwellenseitigen Pleuelkopfes der Pleuelstange und· der Drehbewegungsachse

: Abstand zwischen Zylinderachse und Schwerpunkt von W₁.

$ Abstand zwischen den Schwerpunkten von W₄ und

Da angenommen werden kann, dass sich der Schwerpunkt des sich hin und her bewegenden Gewichts Wq an dem Punkt CU befindet, besteht der Drehbewegungsauswucht zustand bei

L₁W₄E₄-^₁W₀ £ ο . .>... * ...... ο ο.... (13)

Die Formel (9) lässt sich auch unter Verwendung von W^, W₁-, E. und E,- schreiben.

Das Ge samt drehbewegung sgewicht W_ro^. beträgt

^Vrot'¥i⁺VVVV^W5 o...0.0..o.....0...(15)

Die Bedingung des Ausgleichs der Umlaufbewegung ist (im Nachstehenden) beschrieben.

In Pig. 4 bedeuten

009810/1233

- 13 -

Wg ί Umlauf bewegungsausgleichsgewicht auf der linken

Vr₇ ι Umlaufbewegungsausgleichsgewicht auf der rechten

ZZ : Achse der Umlaufbewegungswelle XX : Achse der DrehbewegungsweHe YY J Schwerpunktachse von W .

CL : Schwerpunktlage von W ,

Rg : Abstand zwischen Umlaufbewegungsmittelpunkt und Schwerpunkt von Wg

Rn s Abstand zwischen Umlaufbewegungsmittelpunkt und Schwerpunkt von W„

£ j Abstand zwischen !Drehbewegungsmittelpunkt und Umlaufbewegungsmittelpunkt

JL : Abstand zwischen Schwerpunkt achse von Wp₀^ und

Schwerpunkt von

Lp : Abstand zwischen den Schwerpunkten von Wg und W„

Da angenommen werden kann, dass sich der Schwerpunkt des GesamtdrehbewegungsgewichtsW . an dem Punkt CL befindet,

besteht der Umlaufbewegungsauswuchtzustand bei '

Die formel (10) lässt sich au«eh unter Verwendung von Wg, W_n, E^. und Ε« schreiben.

^¥Γθΐ/"^ν2^Ε2*^ν6^Η6^+ν7^Η7 ····*·· · ····—··' C17)

Somit wird ein einwandfreier Ausgleich in Richtung der Z-Achse erzielt, indem Wq, W,, W^, W^, Wg, W„, £_ ^ J^ -^j» L^, L«, R^, R₅, Rg und R₁-, so gewählt werden, dass sie

der Auseleiclibedingung der durch die Formeln (13 bis (17) 009810/1233

1937069

dargestellten Trägheitskräfte in Richtung der Z-Achse genügenβ

Nachdem im Vorstehenden die Grundprinzipien einer durch Kombination von Kreisbewegungen und perfektem Auswuchten des Mechanismus nach der Erfindung erzielten linearen Wechselbewegung beschrieben worden sind, werden Jetzt im Nachstehenden zwei Ausführungsbeispiele einer einwandfrei ausgewuchteten, schwingungsfreien Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh- in eine lineare Wechselbewegung im einzelnen beschrieben.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine ein Exzentergetriebe bildende Zweitakt-Kolbenkraftmaschine,mit aussenverzahntem Mechanismus. Obwohl dies zum Beschreiben der Erfindung als Beispiel verwendet wird, ist klar, dass die Erfindung auf fast alle eine hin und her gehende Bewegung ausführenden Maschinen oder Mechanismen zum Erzielen einer Wechselbewegung mittels Antriebsdrehkraft, wie beispielsweise Kompressoren, Nietmaschinen, Meissel, sich hin und her bewegende Schneideinrichtungen, Federprüfmaschinen, Hochleistungs-Ermüdungsprüfmaschinen oder eine Schlagbewegung ausführende Mechanismen für Webmaschinen, anwendbar und zum Erzielen einer Drehbewegung mittels hin und her gehender Antriebskraft verwendbar ist, wie bei Zweitakt— oder Viertakt-Benzin- oder Dieselkraftmaschinen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird der kurbelwellenseitige Pleuelkopf einer einen in einem Zylinder 3 gleitbar angeordneten Kolben 2 aufweisenden Pleuelstange 1 mittels eines Gleitlagers 12 von einem Exzenterring 5 gehalten, der mittels eines Nadellagers 6 von einem Kurbelzapfen 10 einer Kurbelwelle 4 drehbar gehalten wird.

An einem Gehäuse 15 ist eine Dichtung 7 so angebracht, dass 009810/1233

1937060

sie sich gleitend gegen die sich linear hin und her bewegende Pleuelstange 1 anlegt, um in dem Zylinder 3 zwischen der Dichtung 7 und dem Kolben 2 eine geschlossene Kammer 8 abzugrenzen. Der Zylinder 3 weist eine Zündkerze 9 am Zylinderkopfabschnitt 3¹ auf.

Der Exzenterring 5 wird von einem Kurbelzapfen 10 gehalten, der an den Kurbelwangen 11 der Kurbelwelle 4 angebracht ist· ihif einer Seite des Exzenterringes 5 ist ein Antriebsstirnrad 13 so angebracht, dass es sich mit dem Ring 5 um die Achse des Kurbelzapfens 10 dreht. Die Kurbelwelle 4 ist in von dem Gehäuse 15 gehaltenen Kugellagern 14 drehbar gelagert» Auf einem Endabschnitt der Kurbelwelle 4 ist ein Stirnrad 16 angebracht. In dem Gehäuse

15 sind ausserdem eine Exzenterradwelle 17 und eine Untersetzungsgetriebewelle 18 drehbar gelagert, iftuf der Exzenterradwelle 17 ist ein Exzenterrad 19 angebracht, das mit dem Stirnrad 13 in Eingriff steht. Auf der Exzenterradwelle 17 ist ausserdem ein Stirnrad 20 angebracht, das mit einem auf der Untersetzungsgetriebewelle 18 befestigten Untersetzungszahnrad 21 in Eingriff steht, das seinerseits mit dem auf der Kurbelwelle befestigten Stirnrad

16 in Eingriff steht'. Auf diese Weise lässt sich die Drehbewegung der Kurbelwelle 4 auf den Exzenterring 5 übertragen.

Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, ist im unteren Abschnitt des Zylinders 3 eine Einlassöffnung 22 zum Einbringen von Gasgemisch in die untere Kammer 8, eine Auspufföffnung 23 für den Auslass der Abgase und ein Spülschlitz 24 für die Zufuhr von verdichtetem Gasgemisch in den Verbrennungsraum vorgesehen.

Die in Fig. 5 und 6 dargestellte Zeitakt-Kolbenkraftmaschine hat folgende Arbeitsweise:

009810/1233

₁₆ . 1937065

Mit dem Aufwärtsbewegen des Kolbens 2 wird die Einlassöffnung 22 zum Einbringen von Gasgemisch in die Kammer 8 geöffnet und zugleich das in den Verbrennungsraum zugeführte Gasgemisch durch den Kolben 2 verdichtet. Durch Verbrennung des mit Hilfe der Zündkerze 9 gezündeten Gasgemisches wird der Kolben 2 abwärtsbewegt und dabei das Abgas über die Auspuff Öffnung 23 abgeführt. Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 2 wird das in der Kammer 8 vorhandene Gasgemisch verdichtet und dann das vorverdichtete Gasgemisch über die Spülschlitz-e 24· dem Verbrennungsraum zugeführt. Demzufolge ist die Zweitakt-Kolbenkraftmaschine nach der Erfindung, was ihre Arbeitsweise anbelangt, den bekannten Zweitakt-Kurbelgehäuseverdichtern ähnlich. ,

Die in dem Verbrennungsraum erzeugte Wärmeenergie wird über den Kolben 2 und die sich linear hin und her bewegende Pleuelstange 1 auf die Drehbewegung des eine Winkelgeschwindigkeit ^ aufweisenden Exzenterringes 5 übertragen. Diese Drehbewegung wird über das an dem Exzenterring 5 befestigte Antriebsstirnrad 13 auf das Exzenterrad 19 übertragen, das mit der Exzentrizität <£ auf der Exzenterradwelle 17 befestigt ist und die gleiche Zähnezahl aufweist wie das Antriebsstirnrad 13· Die Drehbewegung des Exzenterrades 19 wird über die mit ihm starre Exzenterradwelle 17 und über das ebenfalls auf der Welle 17 starr befestigte Stirnrad 20 auf das auf der Untersetzungsgetriebewelle 18 starr befestigte Untersetzungszahnrad 21 übertragen. Das Untersetzungszahnrad 21 überträgt seinerseits die Drehbewegung über das auf der Kurbelwelle 4 starr befestigte und die gleiche Zähnezahl wie das Stirnrad 20 aufweisende Zahnrad 16 auf die Kurbelweite 4·. Auf diese Weise dreht sich die Kurbelwelle 4- bei einer Winkelgeschwindigkeit & in der entgegengesetzten Sichtung des Antriebszahnrades 13, das von dem Kurbel-

00981071233

1937068

zapfen 10 getragen wird, dessen Mittelachse O. mit einer

Exzentrizität £ ausserhalb der Mittelachse O der Kurbelwelle 4 liegt. Folglich dreht sich das Stirnrad 13 um die Achse 0. und läuft mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung um die Achse 0 herum um. Wie oben erörtert, führt der Mittelpunkt CU des Antriebsexzenterringes 5j da er auf der Längsachse der Pleuelstange 1, und zwar in einem Abstand 2/von der Achse 0 liegt, eine lineare Wechselbewegung mit einem 4./ betragenden Hub aus. Die lineare Wechselbewegung wird über die Zahnräder 13, 19, 20, 21 und 16 als Drehbewegung auf die Kurbelwelle 4 übertragen.

Im Nachstehenden ist das Auswuchten der in Fig. 5 und 6 beschriebenen Kolbenkraftmaschine beschrieben. Wie in !Fig.. 5 gezeigt, weist der Antriebsexz ent erring 5 beiderseits der Pleuelstange 1 auf der der Exzentrizität des Einges 5 zur Achse 0. entgegengesetzten Seite ein linkes und ein

rechtes Drehbewegungsausgleichsgewicht W₄ bzw. Wj- auf. Die Kurbelwangen 11 der Kurbelwelle 4 weisen auf der zur Achse 0 dem Kurbelzapfen 10 entgegengesetzten Seite Umlaufbewegungsausgleichsgewichte Wg bzw. Wr₇ auf· Die Aus

r₇

gleichsgewichte W₂,, Wj-, Wg und W„ sind erfindungägemäss so bestimmt, dass sie den vorerwähnten Formeln (9)» (10) und (13) bis (17), d.h. den Formeln

W₀₊W₃₊W₄₊W₅I L₂W₆R₆-Z₂W_ro1/i W^-W₂B₂-W₆H₆₊W₇H₇, entsprechen. Die Ausgleichsgewielite werden an dem Exzenterring 5 und an den Eurbelwangen 11 als Gewichte W₁ und V₂

in Abständen E₁ und E₂ zwischen dem Schwerpunkt und der Achse oder (bzw.) als Gewichte W₄, W₅, W₆ und W₇ in Abständen E₄, E₅, E₆ und E₇ angebracht. Auf diese Weise ist

009810/1233

1937068

wie vorstehend beschrieben, die Kolbenkraftmaschine einwandfrei ausgewuchtet. In den vorerwähnten Formeln bedeuten Wq das sich hin und her bewegende Gewicht, W₅. das Drehbewegungsgewicht, w^-W^+w^, W₂»W₆+W"₇, £ einen Exzentrizitätsbetrag, ^ den Abstand zwischen dem Schwerpunkt W₁- und der Zylinderachse, £^ den Abstand zwischen der Schwerpunktachse von W . und dem Schwerpunkt von W₇, ~L den Abstand zwischen den Schwerpunkten von WV und W₁- und Lp den Abstand zwischen den Schwerpunkten von W^ und W₇.

Als Zweitakt-Kraftmaschine hat die in Fig. 5 und 6 dargestellte Kolbenmaschine die Yorteile, dass die Kraftmaschine einwandfrei ausgewuchtet ist und die Schwingungsamplitudenkennlinie bei 5OOO Upm d.er Kurbelwelle in der Grössenordnung von 3 his A- η liegt, was etwa I/8O einer gewöhnlichen

Kraftmaschine bedeutet, so dass die Kraftmaschine sich als Kraftmaschine ohne starres Fundament, beispielsweise als ortsveränderliche Kraftmaschine, besonders eignet. Ferner kann, da sich die Pleuelstange 1 linear hin und her bewegt, der untere Raum des Zylinders 3 mit Hilfe der Dichtung 7 gegen den Raum des Kurbelgehäuses abgedichtet werden, so dass sich die abgegrenzte Kammer 8 als weitere Verdichtungskammer verwenden lässt· Das Verdichtungsverhältnis der Kammer 8 lasst sich sehr leicht federn beliebigen gewünschten Wert anpassen, so dass eine wirksame Spülung erreicht werden kann.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Verwendung eines innenverzahnten Übertragungsmechanismus. Der Deutlichkeit halber und zur Vereinfachung der Beschreibung zeigen die Fig. 7 und 8 ebenfalls eine Zweitakt-Kolbenkraftmaschine., Zur Bezeichnung

009810/1233

193706ft

gleicher Teile oder Abschnitte sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der kurbelwellenseitige Pleuelkopf der sich linear hin und her bewegenden Pleuelstange 1 * wird mit Hilfe eines Lagers 12* von einem Exzenterring 5¹ gehalten, der seinerseits mittels eines Nadellagers 6¹ von einem Kurbelzapfen 10' einer Kurbelwelle 4^! gehalten wird. Auf einer Seite des Exzenterringes 5' ist ein Planetenrad 26 angebracht. Die Kurbelwelle 4' ist mittels Kugellager 14' in einem Teil eines Gehäuses 15' drehbar gelagert. Das Planetenrad 26 steht mit einer Innenverzahnung 27 in Eingriff, die die zweifache Zähnezahl des Planetenrades 26 aufweist und an dem Gehäuse 15' befestigt ist. Die Achse der Innenverzahnung 27 fällt mit der Achse der Kurbelwelle 4* zusammen, während die Achse des Planetenrades 26 mit der Achse des Kurbelzapfens 10' zusammenfällt. Der-Exzenterring 5¹ weist, wie im vorgehenden Ausführungsbeispiel, beiderseits der Pleuelstange 1' auf der der Exzentrizität des Ringes 5^! zur Achse O entgegengesetzten Seite ein linkes und ein rechtes Drehbewegungsausgle.iehsgewicht W^ bzw. Wj- auf. Die Kurbelwangen 11. · der Kurbelwelle 4' weisen

auf der zur Achse 0 dem Kurbelzapfen 10* entgegengesetzten Seite je ein Umlaufbewegungsausgleichsgewicht Wg bzw. Wr₇ auf. Die Ausgleichsgewichte W., W₁-, W_g und W₁^ sind so bestimmt, dass sie den vorerwähnten Formeln (9)» (10) und (13) bis (17) entsprechen.

Die Arbeitsweise der in lig. 7 und 8 dargestellten Zweitakt-Brennkraftmaschine stimmt mit der der Kraftmaschine gemäss Fig. 5 und 6 völlig überein.

Mit dem Aufwärtsbewegen des Kolbens 2 wird die Einlassöff nung 22 zum Einbringen von Gasgemisch in die Kammer 8 ge-

009810/1233

öffnet, und zugleich wird das in den Verbrennungsraum zugeführte Gasgemisch verdichtet. Durch Verbrennung des Gasgemisches wird der Kolben 2 abwärtsbewegt und die dabei in dem Verbrennungsraum erzeugte Wärmeenergie über den Kolben 2 und die sich linear hin und her bewegende Pleuelstange 1' auf die Drehbewegung des Exzenterringes 5¹ übertragen. Da die Achse des einen Seilkreisdurchmesser 2/aufweisenden und an dem Exzenterring 5' befestigten oder mit ihm aus einem Stück gefertigten Planetenrades 26 mit der Achse des Kurbelzapfens 11^f zusammenfällt und das Plaietenrad 26.mit der an dem Gehäuse 15' befestigten und die zweifache Zähnezahl der Zähnezahl des Planetenrades 26 aufweisenden Innenverzahnung 27 in Eingriff steht, deckt sich die Achse O₂ des Exzenterringes 5' mit einem Punkt des Umfangs des Teilkreises der einen Teilkreis durchmesser *±£ aufweisenden Innenverzahnung 27 und bewegt sich linear hin und her. Die Kurbelwelle 4¹ dient dem Planetenrad 26 als Planetenradträger und dreht sich um die Achse der Innenverzahnung 27·

Auf diese Weise führt bei dem beschriebenen Mechanismus die Pleuelstange 1' eine lineare Wechselbewegung aus, die auf die Drehbewegung des mit der Innenverzahnung 27 in Eingriff stehenden Planetenrades 26 um die Achse O^ des Kurbelzapfens 10* übertragen wird, um eine Drehbewegung des Exzenterringes 5* mit einer Winkelgeschwindigkeit ä> um die Hittelachse O₂ zu bewirken. Zugleich läuft der Kurbelzapfen 10* um die Kurbelwellenachse 0 mit der gleichen Winke !geschwindigkeit^ und in dem Exzenterring 5* entgegengesetzter Richtung um. Folglich dreht sich der Exzenterring 5¹ um die Achse 0. und läuft mit der gleichen

Winkelgeschwindigkeit um die Achse 0 in entgegengesetzte*¹ Richtung um. Das Auswuchten dieser Vorrichtung ist das

009810/1233

■1837.0W

gleiche wie bei der einen aussenverzahnten Mechanismus aufweisenden Kolbenkraftmaschine nach Fig. 5 und 6. Es wird aber im Vergleich zu dein Mechanismus nach Fig. 5 und 6 ein einfacherer Mechanismus zum Erreichen einer einwandfrei ausgewuchteten Maschine nach der Erfindung zur Umwandlung einer Dreh- in eine lineare Wechselbewegung erzielt.

Auch in diesem Falle ist die Anwendung der Vorrichtung und die Auswuchttheorie nicht auf die dargestellte Zweitakt-Kolbenkraftmaschine oder auf sonstige Kraftmaschinen zum Antrieb der Ausgangswelle beschränkt. Die gleiche Vorrichtung lässt sich verwenden, um mittels einer Eingangswelle angetrieben zu werden, wie beispielsweise bei Verdichtern, Nietmaschinen, Hochleistungs-Ermlidungsprüfmaschinen oder sonstigen Maschinen oder Mechanismen, um eine schwingungsfreie lineare Wechselbewegung aus einer rotierenden Antriebskraftquelle zu erhalten.

Patentansprüche:

009810/1233

Claims

1937065

.^Vollkommen ausgewuohtete, schwingungsfreie Vorrichtung zur umwandlung einer Dreh- in eine lineare Wechselbewegung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (15)t eine an eines Ende mit Arbeitsmitteln (2) versehene Stange (Pleuelstange) | (l), einen den anderen Endabschnitt der Stange drehbar haltenden Exzenterring (5) mit einer eine Exzentrizität £ aus der Mitte (O„) des Ringes aufweisenden Öffnung, eine von dem Gehäuse (15) drehbar gehaltene und die Öffnung des Exzenterringes mit Hilfe eines Kurbelzapfens (lO) nit einer Exzentrizität £ drehbar haltende Kurbelwelle (4)₉ lit dei Exzenterring und der Kurbelwelle zusammenwirkende, die Kurbelwelle und den Exzenterring zum Bewirken der linearen Wechselbewegung der Stange (l) mit der gleichen Geschwindigkeit in einander entgegengesetzten Richtungen antreibende Mittel, an dem Exzenterring (5) auf seiner der Mitte entgegengesetzten Seite in Abständen R. bzw« R- von der Achse (O.) des Kurbel zapf ens (lO) und in Abständen (L₁ — Jl Λ bzw· £ λ von der Längsachse der Stange befestigte Ausgleichsgewichte mit dem Gewicht W. bzw. W_, weitere, an jeder Kurbel— wange (ll) der Kurbelwelle (4) auf der äem Kurbelzapfen (lO) entgegengesetzten Seite in einem Abstand Rg bzw· R- von der Achse (O) der Kurbelwelle und in einem Abstand (L₂ -^) bzw. X₁ von der Längsachse der Stange befestigte Ausgleichgewichte mit dem Gewicht Wg bzw. Y₇₉ wobei die Ausgleichgewichte so bestimmt sind, dass sie den Foreeln

009810/1233

(W₀₊W₃₊W₄₊W₅),/ = W₆R_{6 +} W₇R₇ und L₂W₆R₆ =/₂ (W₀₊W₃₊W₄₊W₅)

entsprechen, worin

W₀ s das sich hin und her bewegende Gewicht W, : das sich drehende Gewicht

L₁ : den Ali st and zwischen den Schwerpunkten von W₄ und W₅

L„ : den Abstand zwischen den Schwerpunkten von W₆ und W₇

bedeuten, so dass die durch die sich hin und her bewegende Masse verursachten Unwiaehtlcräfte ausgeglichen werden»

2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zusammenwirken von Exzenterring (5) und Kurbelwelle (%) aus einest an dem Exzenterring befestigten ersten Zahnrad (±3)_f einer ersten und einer zweiten Welle(17 bzw· 18), die von dem Gehäuse (15) drehbar gehalten und zur Achse (θ) der Kurbelwelle (4) parallel angeordnet sind, einem auf der ersten Welle (l?) starr befestigten und mit dem ersten Zahnrad (13) in Eingriff stehenden Exzenterzahnrad (19) mit der gleichen Zähnezahl wie der des ersten Zahnrades (13) und des Exzentrizitätsbetrag £ ,einem auf der ersten Welle (17) starr befestigten zweiten Zahnrad (20), einem von der zweiten Welle (18) getragenen und mit dea zweiten Zahnrad (20) in Eingriff stehenden dritten Zahnrad (21) und aus einem auf der Kurbelwelle (4) starr befestigten und mit dem dritten

009810/1233

- 24 - 1937068

Zahnrad (21) in Eingriff stehenden sowie die gleiche Zähnezahl vie das zweite Zahnrad (20) aufweisenden vierten Zahnrad (l6) bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zusammenwirken von Exzenterring (5') und Kurbelwelle (4·) aus einem einen Teilkreisdurchmfcsser 2,/ aufweisenden und an dem Exzenterring um den Kurbelzapfen (iO¹) drehbar befestigten Planetenrad (26) und aus einer an dem Gehäuse (15') zur Kurbelwellenachse (θ) konzentrisch angebrachten und mit dem Planetenrad (26) in Eingriff stehenden sowie einen Teilkreisdurchmesser 4£ aufweisenden Innenverzahnung (27) bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem einen Ende der Pleuelstange (l) verbundenen Arbeitsmittel aus einem Kolben (2) bestehen und dass die Vorrichtung ferner einen mit dem Gehäuse (i5) verbundenen, den Kolben (2) aufnehmenden und zwischen sich und dem Kolben einen Verbrennungsraum abgrenzenden Zylinder mit einem Einlass (22), einem Auslass (23) und Spülschlitzen (24), eine an dem Zylinder (3»3') angebrachte Zündkerze (9) und eine an dem Gehäuse (15) befestigte und sich gleitend gegen die Pleuelstange (i) anlegende, in dem Zylinder zwischen Kolben (2) und Gehäuse (15) einen weiteren Raum (8) abgrenzende Dichtung (7) besitzt, wobei der Einlass (22)

" und ein Ende der Spülschlitze (24) mit dem weiteren Raum (8) in Verbindung stehen, so dass die Vorrichtung als Zweitakt-Brennkraftmaschine und der weitere Raum (8) als Vorverdichtung skammer der Kraftmaschine ausgebildet ist.

MB/si/FÜ - 22 037

009810/1233

■er

Leerseite