DE2145564C3

DE2145564C3 - Gearbox of an oscillating piston machine

Info

Publication number: DE2145564C3
Application number: DE19712145564
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7000 Stuttgart-Vaihingen Munzinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-09-11
Filing date: 1971-09-11
Publication date: 1974-02-14
Also published as: DE2145564A1; DE2145564B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe einer Schwenkkolbcnmaschinc i.ii: wenigstens einem von einer Kolbenwelle drehfest durchsetzten Einfachkolben, dessen Umkehrpunkte über ein Winkelmaß von mehr als 180° voneinander entfernt liegen, wobei das Getriebe eine vorzugsweise parallel zur Kolbenwelle angeordnete Kurbelwelle aufweist, die beide verbunden sind über je eine Kurbel und ein Pleuel.The invention relates to a transmission of a rotary piston machine i.ii: at least one of a single piston rotatably penetrated by a piston shaft, its reversal points via an angular dimension are more than 180 ° apart, wherein the transmission has a crankshaft preferably arranged parallel to the piston shaft, both of which are connected via a crank and a connecting rod.

Ein derartiges Getriebe für eine Schwenkkolbenmaschine ist aus der französischen Patentschrift 008 bekannt. Bei diesem bekannten Getriebe entsteht kurz vor und kurz nach dem Durchschwingtotpunkt ein asymptomatischcr Kräfteanstieg, der eine überdimensionierte Baugröße bedingt. Außerdem ist ^{dabei die p}l^euclIängc zum Abstand der beiden Kurbeimitten für die Verhaltnisse des Durchschwingtotpunkts hinsichtlich der genauen Übereinstimmung sehr schwierig herzustellen. Es müssen folglich sehr enge Fertigungstoleranzen zwischen dem Kurbelwel- · lentotpunkl und dem Durchschwingtotpunkt des Einfachkolbens eingehalten werden, und es muß weiterhin die Leistungsspitze auf einen vergleichsweiseSuch a transmission for an oscillating piston machine is known from French patent specification 008. In this known transmission, shortly before and shortly after the swing dead center, an asymptomatic increase in forces occurs, which causes an oversized size. In addition, ^{the p} l ^euclIä ngc to the distance between the two crank centers for the conditions of the swing dead center is very difficult to establish with regard to the exact correspondence. Consequently, very tight manufacturing tolerances between the crankshaft dead center and the swing dead center of the single piston must be maintained, and the power peak must continue to be comparatively low

niedrigen Wert begrenzt werden, um diese Unstimmigkciten aufzufangen.low value are limited to these inconsistencies to catch.

Der vorliegenden Erfindung wurde deshalb die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Getriebe für eine langhubige Schwenkkolbenmaschine der vorgenanntenThe present invention was therefore based on the object of a transmission for a long-stroke Oscillating piston machine of the aforementioned

Art zu schaffen, bei welchem im Durchschwingtotpunkt die Bewegungsrichtung der beiden Gelenkpunkte des Pleuels ungefähr senkrecht zueinander geführt sind, und zugleich bei weitgehender Unabhängigkeit von engen Fertigungstolcranzen vergleicr·-Art to create in which the swinging dead center is the direction of movement of the two articulation points of the connecting rod are guided approximately perpendicular to each other, and at the same time with extensive independence of narrow manufacturing treads compared -

ao bar höhere Leistungsspitzen erzielbar sind.ao bar higher power peaks can be achieved.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß sowohl die Kolbenwelle als auch die Kurbelwelle über je ein an ihren Kurbeln angelenktes Pleuel mit einem drehbar gelagerten SchwinghebelThis object is achieved according to the invention in that both the piston shaft and the crankshaft each via a connecting rod articulated to their cranks with a pivoted rocker arm

as gelenkig verbunden sind und daß die Gelenkpunkte des Kolbenpleuels und die Gelenkpunk.te des Kurbelwellenpleuels so gelegt sind, daß der eine Kurbelwellentotpunkt mit dem Durchschwingtotpunki des Einfachkolbens zusammenfällt.as are articulated and that the points of articulation of the piston connecting rod and the joint points of the crankshaft connecting rod are placed so that the one crankshaft dead center coincides with the swing dead center of the single piston.

Mit dieser Ausgestaltung wird ein Getriebe erhalten, das bezüglich des kritischen Zusammenspiels zwisehen dem Kurbelwellentotpunkt und dem Durchschwingtotpunkt des Einfachkolbens wesentlich günstigere Verhältnisse besitzt. Weil auf den Einfachkolben in seinem Durchschwingtotpunkt praktisch keine Kräfte einwirken, ist das Durchschwingen der Kurbelwelle durch ihren Totpunkt weitgehend problemlos. Es können deshalb ohne weiteres auch bei einem sehr langen Hub des Einfachkolbens in derWith this refinement, a transmission is obtained that has between two with regard to the critical interaction the crankshaft dead center and the swing dead center of the single piston has much more favorable ratios. Because on the single piston there are practically no forces acting in its swing dead center, the swing is the Crankshaft largely problem-free due to its dead center. It can therefore also be used with a very long stroke of the single piston in the

nur konstruktionsgebundenen Größenordnung bis etwa 300° sehr große Hubzahlen des Einfachkolbens und damit entsprechend große Arbeitsdrehzahlen der Kurbelwelle zugelassen werden, wobei die angestrebte hohe Leistungsspitze auch in diesem Falle ohne weiteres crzielbar ist.only construction-related order of magnitude up to about 300 ° very large numbers of strokes of the single piston and thus correspondingly high working speeds of the crankshaft are permitted, the desired high power peak can also be achieved without further ado in this case.

Vorteilhafte Weitergestaltungen des erfindungsgemäßen Getriebes sind in den darauf bezogenen Unteransprächen erfaßt.Advantageous further developments of the transmission according to the invention are given in the related subclaims recorded.

Einige Ausführungsbeispiele, die nachfolgend näher beschrieben werden, sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigtSome exemplary embodiments, which are described in more detail below, are shown in the drawing shown schematically. It shows

F i g. 1 eine Schnittdarstellung des Getriebes gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei die wesentlichsten Teile der Schwenkkolbenmaschine gestrichelt dargestellt sind,F i g. 1 is a sectional view of the transmission according to a first embodiment, the most important of which Parts of the oscillating piston machine are shown in dashed lines,

F i g. 2 in schematischer Darstellung eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform des Getriebes gemäß F i g. 1,F i g. 2 in a schematic representation a slightly modified embodiment of the transmission according to FIG. 1,

F i g. 3 in gleichfalls schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform des Getriebes in Scitenansicht, undF i g. 3 also shows a schematic representation of a further embodiment of the transmission in a scaled view, and

F i g. 4 das Getriebe gemäß F i g. 3 in Draufsicht.F i g. 4 the transmission according to FIG. 3 in plan view.

In F i g. 1 ist der Einfachkolben 1 einer Schwcnk-In Fig. 1 is the single piston 1 of a swivel

kolbenmaschine gezeigt, deren Arbeitszylinder 2 nach außen mit einer Isolierung 3 versehen sein kann, sofern die Maschine als Wärmekraftmaschine arbeitet. Arbeitet die Maschine als Kompressor, dann wird die Isolierung 3 selbstverständlich ersetzt durch einenpiston machine shown, the working cylinder 2 can be provided with an insulation 3 to the outside, if the machine works as a heat engine. If the machine works as a compressor, the 3 insulation replaced by one of course

geeigneten Kühlmantel. Der Einfachkolben 1 ist von einer Kolbenwelle 4 drehfest durchsetzt, parallel zu welcher die Kurbelwelle S des Getriebes angeordnet ist. An einer Kurbel 6 der Kurbelwelle 5 ist am Gelenkpunkt 7 ein Pleuel 8 angelenkt. Das Pleuel 8 ist seinerseits am Geleukpunkt 9 mit einem auf einer Welle IC drehbar gelagerten Schwinghebel 11 gelenkig verbunden, an welchem über den Gelenkpunkt 12 ein weiteres Pleuel 13 angelenkt ist. Das Pleuel 13 ist über einen Gelenkpunkt 15 mit der Kurbel 14 der Kolbenwelle verbunden. Die Kurbel 14 des Kolbens ist mit einem Ausgleichsgewicht 16 einstückig verbunden. suitable cooling jacket. The single piston 1 is penetrated by a piston shaft 4 in a rotationally fixed manner, parallel to which the crankshaft S of the transmission is arranged. On a crank 6 the crankshaft 5 is at the pivot point 7 a connecting rod 8 is articulated. The connecting rod 8 is in turn at the Leeukpunkt 9 with one on one Shaft IC rotatably mounted rocker arm 11 articulated to which via the hinge point 12 another connecting rod 13 is articulated. The connecting rod 13 is via a pivot point 15 with the crank 14 of the Piston shaft connected. The crank 14 of the piston is connected in one piece to a counterweight 16.

Für die Kurbelwelle S ist noch das üblicherweise vorgesehene Schwungrad 17 angedeutet, mit welchem ein Anlasser 18 zusammenwirkt. Die Wirkung dieses Anlassers 18 wird zweckmäßig unterstützt bzw. ersetzt durch die Wirkung eines weiteren, der Kolbenwelle 4 zugeordneten Anlassers, für dessen Anschlußmöglichkeit Kupplungsklauen 19 an einer mit der Kolbenkurbel 14 fest verbundenen Kurbelwange vorgesehen sind. Dieser weitere Anlasser-, welcher auch direkt an die Kolbenwelle angekuppelt sein kann, bringt während des Startvorgangs den Einfachkolben auf die zu seinem Durchschwingen durch den Totpunkt benötigte Geschwindigkeit. Werden für den Startvorgang beide Anlasser betätigt, was insbesondere dann vorgesehen werden sollte, wenn für den Einfachkolben ein sehr langer Hub vorgegeben ist, dann müssen natürlich die beiden Anlasser in ihrer jeweiligen Anzugskraft aufeinander abgestimmt werden. For the crankshaft S, the usually provided flywheel 17 is also indicated, with which a starter 18 cooperates. The effect of this starter 18 is expediently supported or replaced by the action of a further starter assigned to the piston shaft 4 for its connection option Coupling claws 19 are provided on a crank web fixedly connected to the piston crank 14 are. This further starter, which can also be coupled directly to the piston shaft, brings the single piston to the point where it swings through dead center during the starting process required speed. If both starters are operated for the starting process, what in particular should be provided if a very long stroke is specified for the single piston, then of course the two starters must be matched to one another in terms of their respective tightening force.

Beim Startvorgang werden die Kurbelwelle 5 und die Kolbenwelle 4 beispielsweise im Uhrzeigergegensinn in Drehung versetzt, wie dies mit den Richtungspfeilen 20 und 21 angedeutet ist. Beide Drehbewegungen sind synchron gekoppelt über die Kurbel 6, das Pleuel 8, den Schwinghebel 11, das Pleuel 13 und die Kurbel 14, so daß in dieser Startphase auch der Schwinghebel 11 im Uhrzeigergegensinn um sein Auflager gedreht wird, wie dies mit dem Richtungspfeil 22 angedeutet ist. Durch die Drehung der Kolbenwelle 4 wird der Kolben 1 gegen seinen einen Umkehrpunkt bewegt. In den beiden Umkehrpunkten des Kolbens 1, die in der dargestellten Ausführungsform über ein Winkelmaß von etwa 250° voneinander entfernt liegen, sitzen jeweils zwei Ventile 23 und 24 für den Ein- und Auslaß des Arbeitsmediums, dessen Scrömungsrichtung in den jeweils zugeordneten Strömungskanälen durch entsprechende Strömungspfeile angedeutet ist.During the starting process, the crankshaft 5 and the piston shaft 4 are counterclockwise, for example set in rotation, as indicated by the directional arrows 20 and 21. Both rotations are synchronously coupled via the crank 6, the connecting rod 8, the rocker arm 11, the connecting rod 13 and the Crank 14, so that in this starting phase the rocker arm 11 is also counterclockwise around its support is rotated, as indicated by the directional arrow 22. By the rotation of the piston shaft 4, the piston 1 is moved towards its one reversal point. In the two turning points of the piston 1, which in the embodiment shown over an angle of about 250 ° from each other are away, sit two valves 23 and 24 for the inlet and outlet of the working medium, its Direction of flow in the respectively assigned flow channels by corresponding flow arrows is indicated.

Ist die Schwenkkolbenmaschine als Wärmekraftmaschine, beispielsweise als Heißgasmaschine, ausgebildet, dann strömt das Arbeitsmedium im oberen Umkehrpunkt des Einfachkolbcns 1 unter Druck über das Ventil 23 in den Arbeitszylinder 2 ein und verschwenkt unter gleichzeitiger Expansion den Einfachkolben im Gegenuhrzeigersinn. Der Einfachkolben schiebt dann das beim vorhergehenden Hub expandierte Arbeitsmedium über das im unteren Umkehrpunkt angeordnete Ventil 24 aus. Bei einer Arbeitsweise als Kompressor würde der Einfachkolbcn bei dieser Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn das beim vorhergehenden Hub expandierte Arbeitsmedium verdichten und es dann über das Ventil 24 ausschieben. If the oscillating piston machine is used as a heat engine, for example, designed as a hot gas machine, then the working medium flows in the upper The reversal point of the single piston 1 enters the working cylinder 2 under pressure via the valve 23 and swivels the single piston counterclockwise with simultaneous expansion. The single piston then pushes the working medium that has expanded during the previous stroke over the one at the bottom reversal point arranged valve 24 from. When working as a compressor, the single piston would in this counterclockwise rotation, the working medium expanded during the previous stroke compress and then push it out through valve 24.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g. 2 liegen im wesentlichen gleiche Verhältnisse vor, weshalb gleiche Teile mit gleichen Bo-ugsziffem, jeweils versehen mit einem Strichindex, bezeichnet sind. In Unterscheidung zu der vorbeschriebenen Ausführungsform sind hier das Kurbelwellenpleuel 8' und das Kolbenwcllenpleuel 13' auf einen gemeinsamen Gelenkpunkt 25 des Schwinghebels 11' zusammengeführt. Dieser eine Gelenkpunkt 25 ist wiederum bezüglich des jeweils anderen Gelenkpunkts T bzw. 15' der beiden Pleuel 8' und 13' so gelegt,In the modified embodiment according to FIG. 2 there are essentially the same conditions, which is why the same parts are denoted by the same letter numbers, each provided with a prime index. In contrast to the embodiment described above, here the crankshaft connecting rod 8 'and the piston shaft connecting rod 13' are brought together on a common pivot point 25 of the rocker arm 11 '. This one hinge point 25 is in turn placed with respect to the respective other hinge point T or 15 'of the two connecting rods 8' and 13 ',

ίο daß der eine Kurbeiwellentotpunkt, welcher bei 26 angedeutet ist, mit dem Druckschwingtotpunkt 27 des Kolbens zusammenfällt. Mit dieser Anordnung wird eine bezüglich des Durchschwingens weitgehend problemlose Überwindung dieses kritischen Kurbel-ίο that the one crankshaft dead center, which at 26 is indicated, coincides with the pressure swing dead center 27 of the piston. With this arrangement a largely problem-free overcoming of this critical crank-

wellentotpunkts 26 erreicht, weil dabei der dem Einfachkolben in seinem einen oder anderen Umkehrpunkt aufgegebene Schwung dazu ausgenutzt wird, die Kurbelwelle über ihren Totpunkt hinweg zu drehen. Der andere Totpunkt 28 der Kurbelwelle 5'shaft dead center 26 reached because of the dem Single piston exploited momentum given up at one or the other turning point will rotate the crankshaft past its dead center. The other dead center 28 of the crankshaft 5 '

ist demgegenüber weniger problematisch, weil dabei der Einfachkolben jeweils einen seiner beiden Umkehrpunkte 29 und 30 einnimmt. In diesen Umkehrpunkten 29,30 befindet sich der Gelenkpunkt 25 der beiden Pleuel 8' und 13' in den Umkehrpunkten 31 und 32.is less of a problem, because the single piston has one of its two reversal points 29 and 30 occupies. The articulation point 25 is located at these reversal points 29, 30 of the two connecting rods 8 'and 13' at the reversal points 31 and 32.

Bei dem in den F i g. 3 und 4 gezeigten Getriebe ist der Schwinghebel 11,11' mit zugeordneten Pleueln der beiden vorbeschriebenen Ausführungsformen ersetzt durch eine Kurbelschleife. Dabei ist die Kurbelwellenkurbel 6" mit einem Zapfen 7" und die Kolbenkurbel 14" mit einem Zapfen 15" versehen. Die Zapfen 15" und 7" lagern je einen Gleitstein 33 bzw. 34, welche in einer linearbeweglichen Führung 35 geführt sind, die über Stangen 36 und 37 bei 38 und 39 gelagert ist. Der auf dem Zapfen 7" gelagerte Gleitstein 34 bewegt sich bei der Drehung der Kurbelwelle 5" entlang des KurbeJwcllenkreises 40 und besiti'.t seinen Durchschwingtotpunkt 41 in der Längsachse der Stangen 36 und 37. Dieser Durchschwingtotpunkt 41 bildet gleichzeitig den Durchschwingtotpunkt des anderen Gleitsteins ^3, der sich entlang der Bahn 42 bewegt. In F i g. 3 tangieren sich die beiden Kreise 40 und 42 deshalb in dem Durchschwingtotpunkt 41, weil die Lagerzapfen 7" und 15" der Gleitsteine gleichachsig und weil die Achsen von Kolben- und Kurbelwelle parallel zueinander versetzt sind. Wenn man bei dieser Ausführungsform die Kurbelwelle in Achsverlängerung der Kolbenwelle anoidnet, welche Maßnahme im übrigen auch bei den beiden anderen Ausführungsformen ohne weiteres verwirklichbar ist, dann müssen die beiden Zapfen 7" und 15" um ein dem in den F i g 3 und 4 angedeuteten Versatz der Achsen von Kolbenwelle und Kurbelwelle entsprechendes Maß versetzt werden, damit die Glcitsteine 33 und 34 in der Mitte der Führung 35, also auf der Längsachse der Führungsstange 36 und 37, den gemeinsamen Durchschwingtotpunkt 41 aufweisen. Hinsichtlich desselben ist es im übrigen keine zwingende Voraussetzung, daß sich in 'hm die Kreise 40 und 42 tangieren, vielmehr kann auch eine Anordnung getroffen sein, die analog der Darstellung in F i g. 2 den einen Kurbelwellentotpunkt in einen Abstand zu dem Durchschwingtotpunkt des Kolbens auf der Führungsmitte legt.In the case of the FIG. The transmission shown in FIGS. 3 and 4 is the rocker arm 11, 11 'with associated connecting rods of the two embodiments described above replaced by a slider crank. Here is the crankshaft crank 6 "is provided with a pin 7" and the piston crank 14 "is provided with a pin 15". the Pins 15 ″ and 7 ″ each support a sliding block 33 and 34, respectively, which are guided in a linearly movable guide 35 which is supported by rods 36 and 37 at 38 and 39. The sliding block mounted on the pin 7 " 34 moves with the rotation of the crankshaft 5 ″ along the crank shaft circle 40 and besiti'.t its swing dead center 41 in the longitudinal axis of the rods 36 and 37. This swing dead center 41 simultaneously forms the swing dead center of the other sliding block ^ 3, which is located along the Track 42 moves. In Fig. 3, the two circles 40 and 42 are therefore tangent in the swing dead center 41 because the journals 7 "and 15" of the sliding blocks are coaxial and because the axes of Piston and crankshaft are offset parallel to one another. If you look at this embodiment the crankshaft anoidnet in the axis extension of the piston shaft, which measure, by the way in the two other embodiments can be realized without further ado, then the two must Pins 7 ″ and 15 ″ by an offset of the axes of the piston shaft as indicated in FIGS. 3 and 4 and crankshaft to be offset accordingly so that the Glcitsteine 33 and 34 in the middle the guide 35, that is, on the longitudinal axis of the guide rod 36 and 37, the common swing dead center 41 have. With regard to the same, it is not a mandatory requirement, that in 'hm the circles 40 and 42 are tangent, rather an arrangement can also be made that analogous to the illustration in FIG. 2 the one crankshaft dead center at a distance from the swing dead center of the piston on the center of the guide.

Auch für die Ausführungsformen nach den F i g. 2 und 3,4 ist zweckmäßigenvcisc sowohl der Kurbelwelle als auch der Kolbenwelle ein eigener AnlasserAlso for the embodiments according to FIGS. 2 and 3.4 is expedient vcisc both the crankshaft and the piston shaft have their own starter

zugeordnet. Alle Ausführungsformen eignen sich ohne weiteres für eine Mehrfachanordnung, wobei im Falle eines Vorsehens von zwei oder drei Einfachkolbcn diese dann um 180° bzw. um 120° gegeneinander versetzt arbeiten sollten. Für die beiden Umkehrpunktc des bzw. jedes Einfachkolbens sollte zur Erzielung eineü günstigen Expansionswirkungsgrads ein möglichst weiter Winkelabstand gewähli werden, dessen konstruktionsgebundenes Optimurr bei etwa 240° bis etwa 300° liegen wird.assigned. All embodiments are readily suitable for a multiple arrangement, wherein if two or three single pistons are provided, these are then rotated by 180 ° or 120 ° relative to one another should work staggered. For the two reversal points of the or each single piston should To achieve a favorable expansion efficiency, the largest possible angular distance is selected whose construction-bound optimurr will be around 240 ° to around 300 °.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentan-nruche · raientaii-prucne.

1. Transmission of an oscillating piston machine with at least one of a piston shaft in a rotationally fixed manner durchetztcn single piston, the reversal points over an angle of more than 18G ° from each other are distant, the gearbox preferably being arranged parallel to the piston shaft Has crankshaft, which are both connected via a crank and a connecting rod, thereby characterized in that both the piston shaft (4; 4 ') and the crankshaft (5; 5 ') via one each on their cranks (6,14; 6', 14 ') articulated connecting rod (8, 13; 8 ', 13') with a pivoted rocker arm (11; 1Γ) articulated connected., ind and that the hinge points (12, 15; 15 ', 25) of the piston connecting rod (13; 13') and the Articulation points (7, 9; 7 ', 25) of the crankshaft connecting rod (8; 8 ') are placed so that the one crankshaft dead point (26) with the swing dead point (27) of the single piston (1) coincides.

2. Transmission according to claim 1, characterized in that the piston connecting rod (13; 13 ') and the Camshaft connecting rod (8: 8 ') two separate pivot points (9, 12) or a common hinge point (25) on the rocker arm (11; IT).

3. Transmission according to claim 1, characterized in that the Kolrxnwelle (4 ") and the crankshaft (5 ") are connected to one another via a curve loop, each consisting of one with dcn shafts connected crank (14 "; 6") with pin (15 "; 7") and sliding block (33; 34) and one linearly movable guide (35) for the sliding blocks, both of which are in the middle of this guide have common swing dead center (41).

4. Transmission according to one of claims 1 to 3, characterized in that in addition to one of the The starter (18) assigned to the crankshaft (5; 5 '; 5 ") is assigned to the piston shaft (4), (4'; 4") Occasioncr is provided.

5. Transmission according to claim 4, characterized in that on one with the Kolbenwclle (4; 4 '; 4 ") firmly connected crank web a connection (19) is provided for the associated starter is.