DE19957746A1

DE19957746A1 - Kurbelgetriebe (Kurbeltrieb)

Info

Publication number: DE19957746A1
Application number: DE19957746A
Authority: DE
Inventors: Guenter Hoffmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2001-05-17

Abstract

Das technische Problem beim derzeitigen Stand der Technik des Kurbeltriebes ist, daß die anfallende Normalkraft F¶N¶ über den Motorkolben und seiner Zylinderwand verlustig geht und nicht in die Drehkraft F¶T¶ des Motors einfließt. Das Kurbelgetriebe hat die Aufgabe, über ein Umlaufrädergetriebe die Normalkraft F¶N¶ in Drehkraft F¶T¶ dem Kurbelgetriebe zuzuführen. DOLLAR A Die technische Lösung des Kurbelgetriebes ist, daß ein Umlaufgetriebe die Kolbenkraft F in zwei Drehkräfte F¶T1¶ + F¶T2¶ zerlegt und anschließend mit einem Zwei- oder Dreiwellengetriebe, das als Standräder-, Differenzial- oder Planetengetriebe arbeitet, wieder zusammen führt. Dadurch ist gewährleistet, daß bei gleicher Kolbenkraft F die Drehkraft F¶T¶ und der Wirkungsgrad des Kurbelgetriebes positiv verändert wird. DOLLAR A Die Anwendung und die Anwendungsgebiete des Kurbelgetriebes sind wie beim Kurbeltrieb. Im wesentlichen überall dort, wo Schub in Rotation und umgekehrt angewendet wird. Spezielle Anwendungsgebiete sind: DOLLAR A 1. Die Anwendung des Kurbelgetriebes mit Kolbenstange für Mehrzylindermotoren und -pumpen. Da die Kolbenkraft F sehr viel effektiver im oberen Bereich des Kolbenweges umgesetzt wird, eine Gleitbahn nicht zwingend ist, da das Pleuel über das nachfolgende Zahnradgetriebe zwangsgeführt ist und das Kurbelgetriebe mit einem Radius DOLLAR I1 arbeitet (Verringerung der Bauhöhe), ist eine besondere Eignung für große Motoren (Schiffsdiesel) gegeben. DOLLAR A 2. Die Anwendung des Kurbelgetriebes mit Pleuelstange für ...

Description

Der Kurbeltrieb hat in seiner Funktion mit der anfallenden Normalkraft F_N die ins leere geht einen Wirkungsgrad der begrenzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Kurbelgetriebe zu schaffen, bei dem die Kolbenkraft F voll ins Drehmoment einfließt. Diese Erfindung erfüllt diese Aufgabe, die Normalkraft F_N wird mit Hilfe eines Kurbelgetriebes in die Tangentialkraft Nr. 2 überführt. Dadurch wird eine weitere Aufgabe das Drehmoment und den Wirkungsgrad zu steigern vom Kurbelgetriebe erfüllt. Die Aufgabe des Kurbelgetriebe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst.

Die Lösung der Aufgabe besteht beim ersten Ausführungsbeispiel darin, daß das Kurbelgetriebe mit Kolbenstange ein Kurbeltrieb mit Umlauf- (14) und Standrädergetriebe (15) ist. Das Kurbelgetriebe teilt die Kolbenkraft F mit Hilfe des Umlaufrädergetriebes in die Pleuelkraft F_PL und die Tangentialkraft F_T2. Die Tangentialkraft F_T2 wirkt von der Wirkungslinie der Kolbenkraft F ausgehend über das Pleuel (1) auf das Umlaufrad (2). Das Umlaufrad (2) steht mit dem Mittelrad (3) im Übersetzungsverhältnis 1 : 2 in Eingriff. Das Mittelrad (3) steht über die Vorgelegewelle die durch die Kurbelwelle (4) (Hohlwelle) läuft mit dem Standrädergetriebe (15) über ein im Übersetzungsverhältnis von 1 : 2 stehendem Zahnradpaar (8 und 9) mit der Hauptwelle (13) in Eingriff.

Die zweite Teilkraft der Kolbenkraft F die Pleuelkraft F_PL wirkt auf die Pleuelwelle (11). Aus ihr resultiert die Tangentialkraft F_T1 die über die Kurbelwelle (4) auf das Kurbelwellenrad (6) wirkt. Das Kurbelwellenrad (6) sitzt auf der Hohlwelle der Kurbelwelle (4). Vom Kurbelwellenrad (6) wird im Übersetzungsverhältnis 1 : 1 das Endrad (7) des Umlaufrädergetriebes (14) getrieben. Vom Endrad (7) gelangt die Tangentialkraft F_T1 über die Hauptweile (13) in das Standrädergetriebe (15) auf das Schlußrad (9).

Während die Kurbelwelle (4) und die Hauptwelle (13) bei einem Motortakt ½ Umdrehung machen (180°) drehen das Pleuel (1), die Pleuelwelle (11) und die Vorgelegewelle (12) 1 Umdrehung.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel dem Kurbelgetriebe mit Pleuelstange wird durch die Kombination

Pleuelstange - Zahnrad und
Kurbelwelle - Zahnrad

die Normalkraft F_N in Drehkraft F_T umgeformt. Dazu müssen folgende Bedingungen erfüllt werden. Die Umdrehungen des Umlaufrades (2) summieren sich mit den Umdrehungen des Mittelrades (3) und stehen zur Kurbelwelle (4) in einer Differenz. Um die Differenz auszugleichen muß die Kurbelwelle (4) als Hohlwelle ausgebildet und in ihr die Mittelradwelle (17) geführt sein. Mit Hilfe eines sich anschließendem Dreiwellen- oder Differenzialgetriebes kann nun die Differenz der Umdrehungen zwischen Mittelrad und Kurbelwelle ausgeglichen werden.

Die Funktion des Kurbelgetriebes mit Pleuelstange ist folgende:
Mit Hilfe eines Umlaufrädergetriebes (14) wird die Kolbenkraft F über die Pleuelstange (1) in die Pleuelkraft F_PI und die Drehkraft F_T2 geteilt. Eine Normalkraft F_N wird vermieden. Die Drehkraft F_T2 wirkt mit der gesamten Länge der Pleuelstange (1) als Hebelarm. Die Pleuelkraft F_PI wird an der Kurbelwelle (4) in Drehkraft umgesetzt, die Resultierende ist die Tangentialkraft F_T1.

Da dieses Kurbelgetriebe nicht mit einer Kolbenstange sondern mit einer Pleuelstange (1) arbeitet muß sich dem Kurbeltrieb mit Umlaufrädergetriebe zum Ausgleich der Bewegungsabläufe der Pleuelstange (differenzierte Winkelgeschwindigkeiten) ein Ausgleichgetriebe (Dreiwellen- oder Planetenradgetriebe) anschließen. Die jeweiligen Übersetzungsverhältnisse sind dem entsprechendem Anwendungsgebiet anzugleichen.

Zur Beschreibung des Kurbelgetriebes mit Pleuelstange (1), Umlauf- (14) und daran anschließendem Dreiwellengetriebe (16) ist folgendes auszuführen:
Das Kurbelgetriebe teilt mit Hilfe des Umlaufrades (2) und der Pleuelstange (1) die Kolbenkraft F in die Pleuelkraft F_PI und die Dreh- oder Tangentialkraft F_T2. Die Tangentialkraft F_T2 wirkt von der Wirkungslinie der Kolbenkraft F ausgehend und mit der gesamten Länge der Pleuelstange als Hebelarm auf das Umlaufrad (2) des Umlaufrädergetriebes (14). Das Umlaufrad (2) steht mit dem Mittelrad (3) im Übersetzungsverhältnis i = 1 : 2 in Eingriff. Das Mittelrad (3) macht jetzt bei 1 Umdrehung des Umlaufrades (2) 1,5 Umdrehungen.

Das Mittelrad (3) steht mit seiner Mittelradwelle(17) die durch die Kurbelwelle (4) (Hohlwelle) hindurch läuft mit einem nachfolgendem Dreiwellengetriebe (16) (Differenzial- o. Planetenradgetriebe) in Eingriff. Die zweite Teilkraft der Kolbenkraft F die Pleuelkraft F_PI wirkt auf die Pleuelwelle (11). Aus ihr resultiert die Tangentialkraft F_T1 die über die Kurbelwelle (4) in das Dreiwellengetriebe (16) einfließt. Ein Dreiwellengetriebe ist notwendig um die differenzierten Winkelgeschwindigkeiten zwischen Mittelradwelle (17) und Kurbelwelle (4) (Hohlwelle) auszugleichen. Die Einzelheiten zu einem weiteren besonderen Ausführungsbeispiel sind die Ausführung des Kurbelgetriebes mit Kolben- oder Pleuelstange als Mehrzylinder- Kurbelgetriebe (Reihenmotor).

Die Ausführung der Aufgabe des Mehrzylinder - Kurbelgetriebes mit Kolbenstange stellt sich so dar:
Die Drehkräfte der Tangentialkräfte F_T2 werden vom Umlaufrad (2) auf das Mittelrad (3) über die Mittelradwelle (17) durch die Kurbelwelle (4) (Hohlwelle) hindurch auf die Vorgelegeräder (8) über die verlängerte Vorgelegewelle (12) auf das Schlußrad (9) des Abtriebs (18) übertragen.

Die Drehkräfte der Tangentialkräfte F_T1 die an der Pleuelwelle aus den Pleuelkräften F_PI resultieren, werden über die Kurbelwelle (4) und die Kurbelwellenräder (6) auf die verlängerte Hauptwelle (13) und von dort auf das sich anschließende Endrad (7) auf den Abtrieb (18) übertragen. Diese Ausführung der Aufgabe gelingt nur einem Mehrzylinder - Kurbelgetriebe mit Kolbenstange.

Bei einem Mehrzylinder-Kurbelgetriebe mit Pleuelstange bauen sich zwischen dem

ersten und dritten Zylinder und
dem zweiten und vierten Zylinder

ungleiche Winkelgeschwindigkeiten auf, die über zwei voneinander getrennten Vorgelegewellen und über ein Ausgleichgetriebe aufgefangen und angeglichen werden.

Die differenzierten Winkelgeschwindigkeiten zwischen Pleuelwelle und Kurbelwelle werden über die verlängerten Vorgelegewellen und Hauptwelle einem weiteren zweiten Differenzial- oder Planetenradgetriebe zum angleichen oder ausgleichen zugeführt.

Für die mehrmals auftretenden differenzierten Winkelgeschwindigkeiten gibt es eine einfache Lösung, ein aus zwei Planetengetrieben in den Umdrehungen dem weiteren Verwendungszweck angepaßtes Dreiwellensystem, daß dem Abtrieb (18) vorgelagert ist.

Der Vorteil dieser Erfindung liegt in der Erhöhung der Drehkraft F_T und des Drehmomentes M_D durch die Umwandlung der nutzlosen Normalkraft F_N in Drehkraft F_T durch zur Hilfenahme von Rädergetrieben.
Sekundärvorteile bei Kolbenmotoren sind:

- Verbesserung des Wirkungsgrades
- sinkender Kraftstoffverbrauch (g/kWh)
- Absinken der Abgasgrenzwerte (g/km)

Bezugszeichen des Kurbelgetriebes

1

Pleuelstange, Pleuel

2

Umlaufrad

3

Mittelrad

4

Kurbelwelle (Hohlwelle)

5

Kurbelgehäuse

6

Kurbelwellenrad

7

Endrad

8

Vorgelegeräder

9

Schlußrad

10

Kreutzkopf

11

Pleuelwelle

12

verlängerte Vorgelegewelle, Vorgelegewelle

13

verlängerte Hauptwelle, Hauptwelle

14

Umlaufrädergetriebe

15

Standrädergetriebe

16

Dreiwellengetriebe, Differenzialgetriebe, Planetengetriebe

17

Mittelradwelle

18

Abtrieb

19

Kolbenstange

20

Antrieb Nockenwelle

Kurbelgetriebe

Angaben zum Übersetzungsverhältnis im Umlauf- und Standrädergetriebe und dem jeweiligen Umdrehungen des Pleuels der Vorgelege-, Kurbel- und Hauptwelle

Kraftverlauf im Kurbelgetriebe mit Kolbenstange

Claims

1. Die Patentansprüche für das Kurbelgetriebe mit Kolbenstange beziehen sich auf nachfolgend aufgeführte Merkmale:

1. 1.1. Das Kurbelgetriebe mit Kolbenstange und nachgeschalteten Zahnradgetriebe in Eingriff
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenstange fest und starr am Kolben, an dieser ein Kurbeltrieb mit dem Radius s/4 angeordnet ist
dem ein Umlaufrädergetriebe (14), eine Kurbelwelle (4) als Hohlwelle und eine Standrädergetriebe (15) nachgelagert ist.
Durch die Kurbelwelle (Hohlwelle) (4) ist die Vorgelegewelle (12) ins Standrädergetriebe (15) geführt, bei Mehrzylindern ist die Mittelradwelle (17) ins Standrädergetriebe geführt.
2. 1.2. Kurbelgetriebe ist nach Anspruch 1.1. dadurch gekennzeichnet, daß das Umlauf- (14) und Standrädergetriebe (15) je nach Anwendungsgebiet in der Übersetzung variabel und aufeinander abstimmbar ist.
3. 1.3. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1.1. und 1.2. dadurch gekennzeichnet, daß bei Kolbenmaschinen zwei gegenüberliegende Kolben (Boxermotor) starr mit einer Kolbenstange verbunden sind, an die der Kurbeltrieb angreift.
4. 1.4. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1.1. und 1.2. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kolben und Pleuel eine Kolbenstange mit Auge (Kreutzkopf) plaziert ist.

2. Die Patentansprüche für das Kurbelgetriebe mit Pleuelstange beziehen sich auf nachfolgend aufgeführte Merkmale:

1. 2.1. Das Kurbelgetriebe mit Kurbeltrieb, Pleuelstange und nachgeschaltetem Zahnradgetriebe in Eingriff
dadurch gekennzeichnet
daß die Pleuelstange (1) starr mit dem Zahnrad eines Umlaufrädergetriebes dem Umlaufrad (2) verbunden ist,
daß mit dem nachfolgendem Mittelrad (3) auf der Mittelradwelle (17) in Eingriff ist.
Durch die Kurbelwelle (4) (Hohlwelle) ist die Mittelradwelle (17) ins Dreiwellengetriebe (16) (Differenzial- oder Planetenradgetriebe) geführt.
2. 2.2. Kurbelgetriebe nach Anspruch 2.1. dadurch gekennzeichnet daß das Umlaufrädergetriebe (14) und das nachgeschaltete Dreiwellengetriebe (16) (Differenzial- oder Planetenradgetriebe) je nach Anwendungsgebiet in der Übersetzung variabel und aufeinander abgestimmt ist.

3. Die Patentansprüche für das Kurbelgetriebe (Mehrzylinder) beziehen sich auf nachfolgend aufgeführte Merkmale:

1. 3.1. Das Kurbelgetriebe mit Kurbeltrieb, Kolben- oder Pleuelstange und nachgeschalteten Zahnradgetriebe in Eingriff dadurch gekennzeichnet daß zu jedem einzelnen Zylinder mit Kolben, Kolben- oder Pleuelstange ein Umlaufrädergetriebe (14) mit Mittelrad- (17) und Kurbelwelle (4) (Hohlwelle) die je nach gewähltem Übersetzungsverhältnis ihre unterschiedlichen Umdrehungen an eine verlängerte, durchgehende über alle vorhandenen Zylinder bis ins abschließende Getriebe reichende ein oder zwei Vorgelege- und eine Hauptwelle hat, die parallel zu den Kurbelwellensektionen der einzelnen Zylinder verläuft.
2. 3.2. Kurbelgetriebe (Mehrzylinder) ist nach Anspruch 3.1. dadurch gekennzeichnet daß das Umlauf- (14) und Standrädergetriebe (15) je nach Anwendungsgebiet in der Übersetzung variabel und aufeinander abstimmbar ist.
3. 3.3. Kurbelgetriebe nach Anspruch 3.1. und 3.2. dadurch gekennzeichnet daß beim Mehrzylinder - Kurbelgetriebe mit Pleuelstange vor dem Abtrieb (18) der Drehkräfte ein Dreiwellengetriebesystem vorgelagert ist.