DE1966099A1

DE1966099A1 - Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung oder umgekehrt

Info

Publication number: DE1966099A1
Application number: DE19691966099
Authority: DE
Inventors: Kenjiro Ishida; Takashi Matsuda
Original assignee: Shizuoka University NUC
Current assignee: Shizuoka University NUC
Priority date: 1968-01-30
Filing date: 1969-01-30
Publication date: 1972-10-05
Also published as: US3528319A; FR2000950A1; DE1905245A1; GB1261546A; CH480567A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine. Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung oder umgekehrt.

Die bekannten Kolbenmasehinen bzw. Maschinen -zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung oder umgekehrt, beispielsweise Verbrennungsmaschinen, führen im Betrieb zwangsläufig zu Vibrationen, da die nicht ausgeglichenen, durch·die Trägheitskräfte der sich hin- und herbewegenden Massen, wie etwa der Kassen des Kolbens und der Pleuelstange,; hervorgerufenen Kräfte theoretisch nicht ausgeglichen werden können« Die Vibration schafft bei Erhöhung der Drehzahl oder des Dreh-

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moments die "bekannten Gefahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile auszuschalten und eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung oder umgekehrt zu schaffen, bei der die unausgeglichenen Kräfte und Momente infolge der sich hin- und herbewegenden und schwingenden Massen vollkommen ausgeglichen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kurbelwelle, an deren um-den Betrag £ exzentrischen Kurbelzapfen eine geradlinig hin- und herbewegbare Stange drehbar gelagert ist, mindestens ein drehbar gelagertes, kurbelwangenähnliches Teil, in dem die Kurbelwelle um den Betrag £ exzentrisch drehbar gelagert ist, Planetenräder mit einem Teilkreisdurchmesser. 2 <£ , . die auf der Kurbelwelle befestigt sind, innenverzahnte Zahnräder, die mit dem Gehäuse der Vorrichtung verbunden und konzentrisch zu den kurbelwangenähnlichen Teilen angeordnet sind, einen Teilkreisdurchmesser von 4 £ aufweisen und mit den Planetenrädern kämmen, eine erste Ausgleichsmasse pu, die an der Kurbelwelle im Abstand E^, von deren Achse diametral gegenüber dem Kurbelzapfen befestigt ist, und eine zweite Ausgleichsmasse 'nip., die an dem oder den kurbelwangenälmlichen Teilen im Abstand E^ von deren Achse diametral'gegenüber den Lagern der Kurbelwelle befestigt ist, wobei Abmessungen und Massen so gewählt sind, daß die Gleichungen

• £ a m . R und . (m + nu + nu) . · £

mit m als sich hin- und herbewegender Masse und m^ als sich drehender Masse erfüllt sind.

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Die Vibrationsamplituden-Gharakteristik der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in der Größenordnung von. 3x*im bei JjOOO ^m-, drehungen dep Kurbelwelle pro Minute, was ungefähr den achtzigsten Seil der entsprechenden herkömmlichen Vorrichtungen darstellt* · "

Da die den Kolben oder das Arbeitsteil mit der übrigen Vorrichtung verbindende Stange eine geradlinige hin- und hergehen'-de Bewegung längs der Achse der Stange ausführt, wird der Stange lediglich eine dem Kompressionsdruck entsprechende Kraft mitgeteilt, aber kein Biegemoment. Der Zylinder hat damit keine seitlich wirkenden Druckkräfte aufzunehmen*

Die Eigenschaften de* erfindungsgemäßen vibrationsfreien und vollkommen ausgeglichenen Vorrichtung können auf vielen An-• Wendungsgebieten bei Kraftmaschinen, beispielsweise bei Verbrennungsmaschinen oder Heißgas-Maschinen, und auch bei Arbeitsmaschinen, d· h. bei durch andere Kraftmaschinen angetriebenen Vorrichtungen vorteilhaft verwendet werden. Einige Anwendungsgebiete sollen nachstehend aufgeführt werden. "

Vor allem kann das vibrationsfreie Verhalten vorteilhaft bei solchen Maschinen ausgenutzt werden, die nicht auf einem festen Fundament montiert sind, insbesondere bei ortsbeweglichen Benzinmotoren für vielfältige Verwendungszwecke, z. B. zum Antrieb von Glieder- bzw. Kettensägen, Hähern, Vorrichtungen zum Abschneiden von Ästen oder Zerstäubungsvorrichtungen, aber auch für weich bzw. federnd gelagerte Maschinen in Fahrzeugen, wie z. B. in Booten, Motorrädern, Automobilen, Flugzeugen oder Mähmaschinen.

Das Verhalten der vibrationsfrei und geradlinig sich hin- und herbewegenden Stange kann sowohl in Kraftmaschinen als auch in Arbeitsmaschinen vorteilhaft ausgenutzt werden. Bei Kraftmaschinen können beide Seiten des Kolbens zur Erzielung des

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Effekts' eines doppeltwirkenden Kolbens ausgenutzt werden. Auch kann die Unterseite des Kolbens als Vorkompressionsraum für den Einlaß von Gasgemisch oder Luft, insbesondere bei einer 2-Takt-Maschine, verwendet werden» Bei Kompressoren kann auf einfache Weise ein doppeltwirkender oder ein 2-Stufen-Kompressor geschaffen werden. Darüber hinaus kann die Verbindungsstange geteilt xverden, um ein federndes Element zwecks Anpassung an Drehmomentsvariationen oder zwecks Zwischenschaltung ™ einer Vorrichtung zur Einstellung und Variation des Kompressionsverhältnisses ζwischenzuschalten.

Das geradlinige Hin- und Herbewegen kann auch bei Arbeitsmaschinen und durch, andere Kraftquellen angetriebenen Vorrichtungen vorteilhaft verwendet werden, z. B. bei Nadelführungsvorrichtungen an Nähmaschinen, bei sich hin- und herbewegenden Mechanismen für Spinn- und Webvorrichtungen, bei Federspannmechanismen an Federprüf Vorrichtungen, bei sich hin-und herbewegenden Vorrichtungen für Werkzeugmaschinen, Nietmäschinen,· Meißel oder Hämmer.

fe Die Erfindung soll nachstehend anhand einiger in den Figuren· dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigens =

Fig. 1 ein Vektordiagramm eines Punktes A auf einer Scheibe D_r die gleichzeitig einen Umlauf und eine Drehung mit gleicher Winkelgeschwindigkeit cc , aber entgegengesetzter Drehrichtung,· durchführt,

Fig. 2 ein Ortsdiagramm kennzeichnender Punkte auf der Scheibe D,

Fig. J. eine zeichnerische Darstellung der erfindungsgemäßen !Vorrichtung, ' .

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- 5 -" iseaoaa

4 eine Prinzipdarsteilung einer vollkommen ausgeglichenen erfindungsgeniäßen' Vorrichtung mit" Kolben und Kurbelmechanismus,

Fig. 5 ein Vektordiagramm der in I¹Xg. 4- dargestellten . , Punkte A, P und Q, - .

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine 2-Takt-Kolbenmaschine mit i einer vollkommen ausgeglichenen Vorrichtung zur Umwandlung einer Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung oder umgekehrt und mit einer planetenartig umlauf enden und sich drehenden erfindungsgemäßen Kurbel-^ welle,

Fig. 7 einen Schnitt im wesentlichen entlang der Linie 9-9 der Fig. 6.

Zunächst soll eine theoretische Betrachtung des grundlegenden Prinzips der Erzeugung einer geradlii|igen Hin- und Herbewegung durch Überlagerung zweier gleichförmiger Kreisbewegungen durchgeführt werden. . _r . .'

Wie in Fig. *1 gezeigt wird, dreht sich eine Scheibe D um ihre^: Achse 0., und zwar mit einer Winkelgeschwindigkeit co j gleich»* zeitig dreht sich der Punkt O^ in eiftem Abstand £ und mit der Winkelgeschwindigkeit ω im zur Bewegung der Scheibe D entgegengesetzten Sinn um den Mittelpunkt Q. Die Bewegung des Punktes A auf der Scheibe D wird mathematisch untersucht.

Es ist:

1 ^! ■ Achse der Scheibe D in Ausgangsposition, P » Achse der Scheibe D nach t Sekunden,

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-6-

Ό · a UmI auf winkel der Ach.se O. nach, t Sekunden bei einer Drehung um die Achse O mit einer Winkelgeschwindigkeit to,

A m ein Punkt auf der Scheine D,

B m Ort des Punktes A nach t Sekunden,

r m Abstand des Punktes A von der Achse O.,

£ » Betrag der Exzentrizität, d. h.. Abstand zwischen -der Achse Ov und dem Mittelpunkt O₃₁

L ■ ein den Ort der Achse P in bezug auf die Achse bezeichnender Vektor,

Hq* ■ ein den Ort des Punktes A in beziig auf die Achse O^ bezeichnender Vektor,

B»B «· ein den Ort des Punktes B in bezi|g auf den Punkt A bezeichnender Vektor,

R-prg * ein den Ort des Punktes B in bezug auf die Ach.se P bezeichnender Vektor und

Rq2 » ein den Ort des Punktes B in beziig auf das Zentrum bezeichnender Vektor.

Die Argumente de}? Ortsvektoren sind in !"ig· Λ dargestellt.

Die Bewegung des Punktes L auf der Scheine wird durch die nachfolgende Gleichung wiedergegeben:

+ 2?COS(© +A-)) i (1)

Es gilt j

Die Differentiation der Gleichung (2) nacli der Zeit ergibt; _t5, ,209841/0140 _

^iaft . BAD ORIGINAL

E_0B = -4-£r4sin (20+«j)/2E_OB (3)

!"alls die Gleichung (5) den Wert "Null" annimmt, ist. der Wert für Rq-o konstant und es liegt eine kreisförmige Bewegung vor:

£ r » O, /7 r - O . (4)

Wenn der Hinkt Q* eine gleichförmige, kreisförmige Bewegung ausführt, so ergeben sieb, für seine Geschwindigkeit V und seine Besclileunigung a folgende Wertes ' .

r β 0 ^ R_0B » ε J- ⁽2 ~ ^θ) ...."■"

Aus der Gleichung (Ό ergibt sich das Argument W von Eq-o wie

folgt: ■'..-■

tanW β ( s cosO + rcos(ö + oc )) / ( £ sinö - rsin(Ö + α: )) (6)

Wenn das Argument W konstant ist, d. h«. wenn längs OB eine geradlinige Bewegung stattfindet, gilt für die erste partielle Ableitung des Ausdrucks tanW nach der Zeit:

6tanW -£²4 -Fr²O (7)

öt C ε sinö - rsin^« + cc) )

6tanW » O s\ £» τ
öt .

Somit führt jeder Punkt mit einem Abstand r -£ vom Punkt 0 ' eine geradlinige Hin-und Herbewegung mit einem Hub von 4- £ durche

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OBfGlNAt-

Fig. 2 zeigt die Ortskurven verschiedener Punkte des obigen Falles» Der Punkt A (O, 2 £) in Fig. 2 führt eine geradlinige Hin- und Herbewegung mit einem Hub von 4 <£ entlang der Linie b aus. Weiter sind: die Linie a die Ortskurve des Punktes C, die Ellipse c die Ortskurve des Punktes O^ * (O₁ .-£ ) und der Kreis d die Ortskurve des Punktes O- (O, £).

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Kolben-Kurbel-Mechanismus, bei dem eine geradlinige Hin- und Herbewegung der Verbindungsstange ausgeführt wird. In Fig. 2 stellt K den oberen Totpunkt, S den unteren Totpunkt und P das Drehzentrum der Kurbelwelle dar. O stellt das UmlaufZentrum der Kurbelwelle dar. Umlauf und Drehung erfolgen mit gleicher Winkelgeschwindigkeit ω , aber im einander entgegengesetzten Drehsinn. Der Abstand zwischen den Zentren 0 und P beträgt £L. Bei diesem Ausführungsbeispiel führt die Verbindungsstange Λ eine geradlinige Hin- und Herbewegung aus und ist verbunden mit einer entsprechenden Arbeitßvorrichtung, beispielsweise einem Kolben 2 in einem Zylinder 3· Der Hub, d. h. die Entfernung KÜ, beträgt 4 £ . Falls^:der Kolben 2 das Antriebselement ist, wird die gerad-•linige Bewegung der Verbindungsstange 1 durch die Kombination zweier gleichförmiger, kreisförmiger Bewegungen in eine Drehung einer Welle um die Achse O umgesetzt.

Die theoretische Betrachtung des grundlegenden Prinzips des vollkommenen Ausgleichs der oben beschriebenen Bewegung ent-' sprechend der Erfindung wird nachfolgend beschriebe^;;werden.

In Fig· 4- dreht sich die Kurbelwelle 4 um die Achse P, und zwar mit einer Winkelgeschwindigkeit ω \ die Achse P läuft im. ent-, gegengesetzten Sinn um die Achse 0, so daß die Kurbelwelle 4 ; von ekzönijMschen^ kurbelwangenähnlichen Teilen 5 und 6 getragen wird, die sich um die Achse 0 in der Drehung der Kurbelwelle entgegengesetztem Sinne ._;drehen» Die.Kurbelwelie 4 trägt eine Ausgleichsmasse du = ( ·— ) für die Drehung. Die exzentrischen

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kurbeljrangenähnlichen Teile 5 und 6 'tragen eine Ausgleichsmasse nip = C ·— ) für den Umlauf'.,

Me, l^toren* <!$# ÖKfee; ^n^ifellen. Izw;*, Ä:&eh®i%t®nr <fes: in? IiIg^ %'

in? Wig^ 5"?" - '

9 "** Umlauf ζ en trum der Kurbelwelle,

I^ » Drehzentrum der Kurbelwelle,

4 " Ort des· Kurbelvrellenzapfens, - '■■ 1$- ψ Schwerpunkt der Ausgleichsmasse für- die Drehung.,,

G; ■ Schwerpunkt der Ausgleichsmasse für den Umlauf, .

ψ « sich hin- und herbewegende Masse»

mu «* Ausgleichsmasse für die- Rotation,

mig « Ausgleichsmasse für den Umlauf,

Di^. s»· sich drehende Hasse (sich drehende Masse des s.ioh dre-_; henden Abschnitts, ausgenommen die entsprechende hin- und hergehende Masse und die Ausgleichsmasse)

g m Abstand zwischen dem Zentrum C und, der Achse P, '

5 β d,er Darstellung des Ortes der Achse P in bezug auf das

Zentrum O dienender· Vektor,.

&?".. β der Darstellung des Ortes des Punktes A in bezug auf das Zentrum O dienender Vektor,

ίί^-Γ ** ein den Ort des Punktes B in bezug auf die Achse P

darstellender Vektor,

—*-
i « ein den Ort des Punktes B in, bezug auf das Zentrum O

r darstellender Vektor,

g_; « ein den Ort des Punktes 0 in bezug auf das Zentrum O darstellender Vektor. - '

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ferner werden die Argumente der Ortsvektoren in Fig. 5 dargestellt.

Es wird der Ausgleich der Kräfte beschrieben. Die Trägheitskraft F, die durdh die hin- und hergehende Masse m hervorgerufen wird, ergibt sich wie folgt*

—* —* —** OP PA

¹OA " ^E0P ^{+ R}PA * ^£ ^(e + ^e > C8)

-5A · P

^c'e (9)

r-Entsprechend ergibt sich auch die Trägheitskraft F^, die durch die Masse w* verursacht wird!

■» ->τ

i _f _N

^ e (11)

Ö9 ^{Ί Ί} OP

Ebenso ergibt sich auch die Trägheitskraft Ig, die durch die Ausgleichsmasse mu hervorgerufen wirdi

ζ -

^e e (13)

. Entsprechendea gilt für die durch die sich drehende Masse m^ ■hervorgerufene Trägheitskraft F_xI

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op

ε e ^υ± (14)

ΩΡ

-ie

(15)

Bedingung für einen Ausgleich der Trägheitskräfte ist, daß die resultierende Kraft den Wert "Null" hat} es ist demnach:

-♦-*_♦-♦ . ρ -ie . ρ

im £-O_0p ^ce + im<£ e _pA ^£le + Im₁ £%p β

-ice . ρ iß -i<

> ^e e - im_oR_oe ^e e + im^^e ^e (16) • · OP ^{2 2} 5 op

und mit eQp « e » .ep^ ma/ und Λ« ß « 0

₂ ie ρ -ie

Die Gleichung (17) muß unabhängig von e sein. Daraus folgti

2
±cj e (m<£. - m₁R_/.) « O und

Daraus folgt:

Demnach gilt, daß die Kräfte unabhängig vom Winkel e ausgeglichen sind, wenn ε , m, m₁, R^, m₂, m-z und Rg der Gleichung (19) entsprechend gewählt werden und oc^m ß ■■ 0 gilt·

Eine andere Voraussetzung zur Erzielung eines vollkommenen Ausgleichs ist der Momentausgleich der Kräfte.

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,Das Moment Mp infolge der Trägheitskräfte um die Achse P ergibt sich wie folgt:

Et T? - ι»- "D iTi¹ tr* (T) ."D^

+ Hi₂E₂^β-^sin(pt - ß) (20)

da m· <£. ■ in,j.E^ und α: ^β ß » 0:

m .T²O₀P²SIn^ - m^E^ ε 4_0p ²sin2O·

- sin2ö'O_op ²£ (m ε - m^) «0 (21)

Somit wird keine Ungleichgewichts-Kraft durch das Moment der Trägheitskräfte um die Achse P hervorgerufen.

Entsprechend ist das Moment Mourn das Umlauf Zentrum 0 xirie folgt:

Mo = F^x H₀^₁ + F^ χ (E^p + Ε^)+ί^χίζ + ΪΓ^χ ζ β Fx (E^_p;+ ζ_Α) + F₁ χ (H^p + ξ,) + F₂ χ E^ ^

Der Betrag der einzigen Komponente von Mo ist Mo - m£?4p_A ²sinC- 2©) + m£²0_0p ²sin2O - m^ £.4_Qp ²sin(^ - 20 '+ Xn(2O -π -se) (22)

— 13 — 209841/014 0

da #» ß - O und 4_0p ²

Mo » - p_{A 0}p ^^g^

^^ - 0 (23)

Somit wird keine Ungleichgewichtskraft durch, das Moment der Irägheitskräfte um das UmlaufZentrum 0 hervorgerufen.

Dementsprechend kann in den Vorrichtungen nach 3?ig. 4- und 5 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung oder umgekehrt ein vollkommener Ausgleich ohne Ungleichgewichtskräfte infolge einer trägheitskraft und eines Moments aus Trägheitskräften erreicht werden, wenn (K = ß » 0 ist und £ , m, nu, R^, IH₂J KU und Rp-so gewählt werden, daß sie die Gleichung (19) erfüllen.

Nachdem die grundlegenden Prinzipien der geradlinigen Hin- und Herbewegung infolge Überlagerung zweier gleichförmiger kreisförmiger Bewegungen und der vollkommene Ausgleich der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert worden sind, soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel einer Kolbenmaschine mit einer vollkommenen * ausgeglichenen Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung oder umgekehrt beschrieben werden.

Die I¹Ig. 6 und 7 zeigen eine 2-Iakt-Kolbenmaschine. Obwohl dieses Beispiel zur Erläuterung der Erfindung herangezogen wird, ist die Erfindung selbstverständlich nicht darauf beschränkt; sie läßt sich vielmehr bei fast allen Kolbenmaschinen oder entsprechenden Vorrichtungen einsetzen, die mit Hilfe einer drehenden Antriebsmaschine eine Hin- und Herbewegung erzeugen, z.B. bei Kompressoren, Nietmaschinen, Meißeln oder sich hin- und h er bewegen den i'rennwerkzeugen, oder die mit Hilfe einer sich hin- und herbewegenden Antriebsmaschine eine Drehbewegung er-

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zeugen, wie etwa 2-Takt- oder 4-Takt-Benzin- oder Diesel-Maschinen.

Wie Fig. 6 zeigt, ist an der sich, hin- und herhewegßnden Stange 1 eine Arbeitsvorrichtung vorgesehen, z. B. ein Kolben 2, der in dem Zylinder 3 gleiten kann.

Eine Dichtung 7 ist am Gehäuse 39 befestigt und umfaßt die sich geradlinig hin- und herbewegende Stange 1, wobei ein Gleiten der Stange möglich ist. Dadurch entsteht im Zylinder 3 eine innenliegende Kammer 8, und zwar zwischen der Dichtung 7 und dem Kolben 2, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben werden wird. Der Zylinder 3 weist im oberen Teil 3¹ eine Zünd- oder Glühkerze 9 auf.

Die sich geradlinig hin- und herbewegende Stange 1 ist mit einem Kurbelzapfen 31 verbunden. Dieser Kurbelzapfen 31 ist mit den Kurbelwangen 32 verbunden oder mit diesen aus einem Stück gefertigt, wobei diese wiederum mit den Wellenabschnitten 33 und 34- der Kurbelwelle 4¹ aus einem Stück bestehen. Die Wellen 33 und 34- sind in geeigneten Lagern, beispielsweise in Nadellagern" 35 und 35Ί drehbar gelagert, die in exzentrischen kurbelwangenähnlichen Teilen 36 und 37 vorgesehen'sind, die in mit dem Gehäuse 39 verbundenen Lagern 38 und 38' aufgenommen werden. Die exzentrischen kurbelwangenähnlichen Teile 36 und 37 entsprechen den Teilen 5 und 6 in Fig. 4.

In dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Planetenräder 40 und 41 mit den Wellen 33 und 3^- verbunden und kämmen mit innenverzahnfcen Rädern 42 bzw. 43, die mit dem Gehäuse 39 verbunden sind und eine doppelt so große Zähnesahl aufweisen wie die Planetenräder 40 und 41, wobei der Teilkrois mit dem Mittelpunkt des Kurbelzapfens 31 zusammenfällt. Zahnräder 44 und 45 sind an den exzentrischen kurbelwangenähnlichen

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^ ¹⁵ OHl

Teilen 36 und 37 angebracht und kämmen mit den Zahnrädern 46 und 47, die in Fig. 7 dargestellt und mit der Abtriebswelle 48 verbunden sind. Wie in den Pig. 6 und 7 gezeigt wird, ist im ⁱ unteren Teil des Zylinders 3 ein Einlaßkanal 26 vorgesehen, durch den das Gasgemisch in die untere Kammer 8 eingeführt werden kann. Ein Auslaßkanal 27 ist für den Auslaß des verbrauchten Gases vorgesehen, Spülkanäle 28 sorgen für die Zuführung komprimierten Gasgemisches zur Verbrennungskammer.

Die Arbeitsweise einer 2-Takt-KoIbenmaschine, wie sie in den Fig. 6 und 7 gezeigt wird, ist wie folgt: ⁱ

Wenn sich der Kolben 2 nach oben bewegt, wird der Einlaßkanal

26 geöffnet, um Gasgemisch in die Kammer 8 einzulassen. Gleichzeitig wird das der Verbrennungskammer zugeführte Gasgemisch durch den Kolben 2 komprimiert. Durch die Verbrennung des durch die Zündkerze 9 gezündeten Gasgemisches wird der Kolben 2 nach unten gedrückt. Das verbrauchte Gas wird durch den Auslaßkanal

27 ausgelassen. Die Bewegung des Kolbens 2 nach unten komprimiert das Gasgemisch in der Kammer 8 und das komprimierte Gasgemisch wird durch die Spülkanäle 28 der Verbrennungskammer zugeführt. Bezüglich der Arbeitsweise entspricht die erfindungsgemäße 2-Takt-Haschine den 2-Takt-Maschinen mit Vorverdichtung im Kurbelgehäuse.

Die in der Verbrennungskammer freigesetzte thermische Energie wird über den Kolben 2 und die sich geradlinig hin- und herbewegende Stange 1 in eine Drehung der Kurbelwelle 4¹ umgesetzt. Da die von der Kurbelwelle 4¹ getragenen Planetenräder 40 und 41 mit den innenverzahnten Rädern 42 und 43 kämmen, die eine doppelt so große Zähnezahl haben wie die Zahnräder 40 und 41, bewegt sich der Hittelpunkt des Kurbelzapfens 31» welcher mit einem' Punkt des Teilkreises der innenverzahnten Räder 42 und 43 znsamraenfällt, geradlinig hin undher, wobei er das Ende der

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"Stange 1 führt. Die exzentrischen kurbelwangenähnlichen ΐβίΐβ 36 und 37 wirken als Planetenträger der Planetenräder 40 und ' 41 und drehen sich um die Achse der innenverzahnten Räder 42 und 43. -

'So wird mit der oben erwähnten Vorrichtung eine geradlinige Hin- und Herbewegung der Stange 1 ausgeführt. Die Hin- und Her bewegung wird auf den Kurbelzapfen 31 als Drehbewegung mit der Winkelgeschwindigkeit cv um die Zentralachse P der Kurbelwelle · übertragen, da die Planetenräder 40 und 41, die mit den feststehenden innenverzahnten Rädern 42 und .43 kämmen, sich mit de Kurbelzapfen 3I drehen. Gleichzeitig laufen die Planetenträger bzw. drehen sich die exzentrischen kurbelwangenähnlichen Teile 36 und 37 um die Achse 0 der .innenverzahnten Räder 42 und 43 und der kurbelwangenähnlichen Teile 36 und 37· Dementsprechend dreht eich die Kurbelwelleneinheit 4^f um die Achse P und läuft gleichzeitig mit gleicher Winkelgeschwindigkeit ca ," aber in entgegengesetzter Richtung um die Achse 0. Wie zuvor gezeigt wurde, führt der Punkt A auf der Längsachse der Stange 1 und im . Abstand 2 £ von der Achse 0 eine geradlinige Hin- und Herbewegung aus mit einem Hub von 4 £ ,wobei die Bewegung als Drehbewegung der Abtriebswelle 48 weitergegeben wird.

Der Ausgleich der Kolbenjnaschine ist bereits ausführlich beschrieben worden. Wie Fig. 6 zeigt, werden an den Kurbelwangen 32 der Kurbelwelle 4' und an den exzentrischen kurbelwangenähnlichen Teilen 36 und 37 auf der dem Kurbelwellenzapfen 31 bezüglich der Achse P der Kurbelwelle 4¹ gegenüberliegenden Seite bzw. auf der bezüglich der Achse 0 gegenüberliegenden Seite Ausgleichsmassen.nu bzw. nu so angebracht, daß die zuvor erwähnte Bedingung oc « ß » 0 eingehalten wird.

Die Ausgleichsmassen m^ und n^ werden erfindungsgemäß so gewählt, daß die Gleichung (19) erfüllt J;i;, d. h.

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-τ,

m· e - IQ₁-B₁

Diese Ausgleichsmassen werden an den Kurbelwangen 32 und den exzentrischen, kurbelwangenähnlichen Seilen 36 und 37 als tatsächliche Gewichte W^ und W₂ in einer Entfernung H. bzw. IU zwischen dem jeweiligen Schwerpunkt und der jeweiligen Achse befestigt. Wie zuvor erläutert, ist die Kolbenmaschine damit vollkommen ausgeglichen. In der Gleichung ist m die hin— und hergehende Masse, m-, ist die sich drehende Masse und & ist die Größe der Exzentrizität. Ferner werden jeweils zwei Ausgleichsgewichte mit der Gesamtmasse m,, im gleichen Abstand vom Zentrum der Stange 1 angeordnet, so daß kein Drall auf die Stange 1 ausgeübt wird. Zwei Ausgleichsgewichte mit der Gesamtmasse hu, werden in der gleichen Weise angeordnet.

Bei einer 2-Takt-Kolbenmaschine, wie sie in den Fig. 6 und 7 dargestellt wird, ergibt sich der Vorteil, daß die Maschine vollkommen ausgeglichen ist und die Vibrations-Amplituden-Charakteristik in der Größenordnung von 3^*xm bei 5000 Umdrehungen der Kurbelwelle pro Minute liegt, was etwa einem Achtzigstel der Vibrationsamplituden einer herkömmlichen Maschine entspricht. Damit ist die Vorrichtung, insbesondere für Maschinen ohne festes Fundament, beispielsweise für ortsbewegliche Maschinen, geeignet. Da sich darüber hinaus die Verbindungsstange 1 geradlinig hin- und herbewegt, kann der untere Bereich des Zylinders 3 vom Kurbelgehäuse durch eine Dichtung 7 abgetrennt werden, so daß die dadurch entstehende Kammer 8 als weitere Verdichtungskammer verwendet werden kann. Das Kompressionsverhältnis der Kammer 8 kann ohne Schwierigkeiten jedem beliebigen V/erb angepaßt werden, so daß eine wirksame Durchspülung zu erzielen isb.

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Patentanspruch:

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Claims

Patentanspruch

Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung oder umgekehrt, gekennzeichnet durch eine Kurbelwelle (4¹)» an deren um den Betrag <£ exzentrischen Kurbelzapfen (31) eine geradlinig hin- und herbewegbare Stange (1) drehbar gelagert ist, mindestens ein drehbar gelagertes, kurbelwangenähnliches Teil (36, 37), in dem die Kurbelwelle um den Betrage exzentrisch drehbar gelagert ist, Planetenräder (4-0, 41) mit einem Teilkreisdurchmesser 2 <£ , die auf der Kurbelwelle befestigt sind, innenverzahnte Zahnräder (42, 34), die mit dem Gehäuse (39) dar Vorrichtung verbunden und konzentrisch zu den kurbelwangenähnlichen Teilen angeordnet sind, einen Teilkreisdurchmesser von 4 £. aufweisen und mit den Planetenrädern kämmen, eine erste Ausgleichsmasse nu, die an der Kurbelwelle im Abstand IL von deren Achse (P) diametral gegenüber dem Kurbelzapfen befestigt ist, und eine zweite Ausgleichsmasse mp, die an dem oder den kurbelwangenähnlichen Teilen im Abstand E^ ^von deren Achse (O) diametral gegenüber den Lagern der Kurbelwelle befestigt ist, wobei Abmessungen und Hassen so gewählt sind, daß die Gleichungen

m· £ - m^-R^ und (m + m^ + m^)· <£ ■ m₂»R2

mit m als sich hin- und herbewegender Masse und m-, als sich drehender Masse erfüllt sind«

/ps- 22 501 209841/0140

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