DE2350470A1 - Doppelkurbeltrieb fuer kolbenmaschinen - Google Patents

Description

• PATEN rBLrjCHE<EIBuNG Doppelkurbeltrieb für Kolbermaschinen Die Erfindung betrifft einen Doppelkurbeltrieb für alle Kolbenmaschinen mit feststehenden (nicht umlaufenden) Zylindern, bei denen vollkommener Massenausgleich erforderlich ist.
• Neutzeitliche schneillaufende Kolbenmaschinen benötigen Massenausgleich, um ruhigen Lauf auch ohne aufwendige Motorenaufhängungen ZU gewährleisten.
• Die Arbeitsweise eines Doppelkurbeltriebs ist im Allgemeinen nicht bekannt. Er ist jedoch schon um die Dahrhundertwende als Schlagbohrantrieb. in Bergwerken verwendet worden (Bücher: Ingenious Mechanisms for Designers and Inventors, Band 1, Seite 277). (Jer damalige Zweck des Antriebes war, in platzsparender Weiss die umlaufende Bewegung eines Elektromotors in hin- und hergehende Bewegung umzuwandeln. Ein Massenausgleich war nicht erforderlich, und die genaue Anordnung dieses Antriebs ist nicht bekannt. Mit dem heutigen Stand der Technik kann ein vollkommener Massenausgleich nur an herkömmlichen Kolbenmaschinen mit mehr als 6 Zylindern (12 Zylinder für Zweitaktmaschinen), an Kreis-und Drehkolbenmaschinen oder aber nur durch zusätzliche Massenausgleichswellen erreicht werden. Der Rhombenantrieb der Philips Heißgasmaschine (Stirling Motor) ist auch voll ausgeglichen. Dieser Antrieb ist jodoch zu aufwendig, um allgemeine Verwendung finden zu können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Kolbenmaschine mit feststehenden Zylindern und herkömmlichen hin- und hergehenden Kolben zu entwickeln, bei der trotz beliebiger Anzehl und Anordnung von Kolben und Zylindern keine treien Massenkräfte auftreten.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kurbeltrieb einer Kolbenmaschine mindestens ein gegenlaufiges Kurbelpaar mit gleichen Kurbelradien enthält, bei dem der Hauptzapfen der ersten Kurbel eines Paares im feststehenden Maschinenblock und der Hauptzapfen der zweiten Kurbel an dem kurbelzapfen der ersten Kurbel gelagert ist, wobei gegenüber den KurbelzapfEn jeder Kurbel Ausgleichsgewichte angebracht sind, dio-mit den Kurbeln rotieren.
• Für eine weitere Ausbildung der Erfindung ist im Doppelkurboltrieb mindestens ein Zahnradpaar volgesehen, das erstens für ununterbrochene Bewegung des Kurbeltriebr sorgt, zweitens eine geradlinige Führung des zweiten Kurbelzapfens überflüssig macht und somit Seitenbelastungen der Kolben vermeidet und drittens die Antriebsmomente teilweise überträgt.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß an Kolbenmaschinen trotz beliebiger Anzahl und Anordnung von Zylindern und Kolben vollkommener Massenausgleich erzielt werden kann.
• Auch wird das an herkömmlichen Maschinen sehr oft problematische im Kolben liegende Pleuelaugenlager vollkommen vermieden und durch die starr ausgeführte Kolbenstange, die direkt mit dem Kurbelzapfenlagergehäuse der zweiten Kurbel verbunden ist, ist es möglich, Kolbenmaschinen mit doppelt wirkendem Kolben-ohne ein aufwendiges Kreuzkopflager auszuführen.
• Ein weiterer Vorteil ist, daß die Arbeitskolben in beliebiger Weise auf einer oder mehreren mit dem Kurbelzapfenlagergehäuse der zweiten Kurbel starr verbundenen Kolbenstange angebracht werden können und daß auf diese Weise z.B. der oder die Arbeitskolben ainen nur durch die Festigkeit der Kolbenstange begrenzten Abstand vom eigentlichen Kurbelhieb haben können.
• Auch ist das Gewicht der hin- und hergehenden Kolben nicht mehr so maßgebend wie bei herkömmlichen Kolbenmaschinen, da diese durch die gegenläufigen Ausgleichsgewichte voll ausgeglichen werden können und für hoch beanspruchte (Temperatur, Spannung) Kolben wird die Verwendung von Schwer-oder Eisenmetallen möglich gemacht.
• Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 Prinzipskizze der Doppelkurbelmaschine, Hauptansicht Fig. 2 Prinzipskizze des Doppelkurbeltriebs, Seitenansicht Fig. 3 Optimale Auslegung des Doppelkurbeltriebs, Anordnung der Kurbeln, Ausgleichsgewichte, Zahnräder und Lager Fig. 4 Beispiel eines 1000 cm³ Zweitakt-Diesel-Motors mit Doppelkurbeltrieb, Spülkolben und Gleichstromspülung Fig. 5 Skizze eines Außenrdmotors mit separatem Zylinder- und Triebwerksteil Fig. 6 Lösung der Schmierölzufuhr zum doppelt wirkenden Kolben Das Prinzip des Doppelkurbeltriebs geht aus den Abbildungen 1 und 2 hervor.
• In einem feststehenden Gehäuse 16 und Lager 12 rotiert die äußere (erste) Kurhel 10, bestehend aus dem Hauptzapfen 10 a, dem Kurbelzapfen 1L c und dem Verbindungsstück mit Ausgleichsgewicht 19. Die innere (zweite) Kurbel 11 ist mit ihrem Hauptzapfen 11 a in oder auf der Kurbelzapfen der äußeren Kurbel mittels Lager 13 gelagert. Diese innere Kurbel hat den gleichen Kurbelradius wie die äußere Kurbel und rotiert mit der gleichen Drehzahl aber in entgegengesetzte, Richtung, ihr Kurbelzap es 11 c beschreibt dabei eine geradlinige hin- und hergehende Bewegung in radialer Richtung, dessen Amplitude dem Vierfachen eines Kurbelradiusses entspricht.
• Auch die innere Kurbel. ist mit einem Gegengewicht 20 versehen. Die Kolben stange 15 b ist über das innere Zapfenlager 14 direkt an dem inneren Kurbelzapfen angelenkt, wobei die andere Seite der Kolbenstange starr mit dem Kolben 15 verbunden ist, welcher im Zylinder 16 b läuft. Ein Zahnradpaar, aus dem am inneren Kurbelhauptzapfen konzentrisch befestigten Stirnrad 17 und dem im Gehäuse konzentrisch festliegenden Hohlrad 18-bestehend, verhindert den Stillstand der Kolbeneinheit in der Kolbenmittelstellung. Das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder ist 2 : 1 und der Teilkreisdurchmesser des Stirnrades ist zweimal so groß wie der Kurbelradius einer Kurbel, währcnd der. Teilkreisdurchmesser des Hohlrades das Vierfache eines Kurbelradiuses beträgt.
• Wie in Fig. 1 dargestellt wird, wird für eine praktische Ausführung des Doppelkurbeltriebs je ein Kurbelpaar beidseitig der Zylinderachse verwendet werden müssen. Auch die Zahnradtriebe sollten auf beiden Seiten im Kurbeltrieb verwendet werden, um unsymmetrische Lagerbelastungen und Wellendurchbiegungen zu vermeiden.
• Der in Fig. 3 vorliegende Entwurf zeigt die optimale Anordnung der Kurbeln. Ausgleichsgewichte, Zahnräder und Lager. Diese platzsparende und für die Belastung der Lager und Wellen äußerst g-ünstige Anordnung wird dadurch erreicht, daß das innere Hauptlager 12 b genügend groß ausgeführt wird um das kleinere oxzentrische Zapfenlager 13 innerhalb der des Hauptlagerdurchmessers unterzubringen. Die Zahnräder 17, 18 können daher zwischen die beiden Hauptlager 12 a , 12 b gelegt werden, wobei für das Stirnrad 17 eine Aussparung in der äußeren Kurbel vorgesehen werden muß.
• Für den in Fig. 4 dargestellten Zweitaktmotor mit Gleichstromspülung, 2 parallelen Arbeitskolbenachsen und 2 Spülkolben werden außer dem mittigen Kurbelzapfen der inneren Kurbel noch 2 um jeweils 90° versetzte Kurbelzapfen beidseitig des Hauptkurbelzapfens verwendet, die in diesem Falle die beiden Spülkolben 21 treiben, deren Zylinderachse unter 45° zur Hauptzylinderachse liegt. Um vollkommnenen Massenausgleich an diesem Motor zu erreichen, mössen auch die Gegengewichte der inneren Kurbel entsprechend verändert und in die Gegenrichtung der resultierenden Massenkräfte versetzt werden.
• Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel, , an dem aus hydrodynamischen- und Dichtungsgründen der Arbeitszylinder 15 b und der Doppelkurbeltrieb separiert und nur durch eine verhältnismäßig lange Kolbenstange 15 b bewegungsverbunden sind.
• in Fig. 6 wird gezeigt wie Schmieröo oder Künlöl durch den Arbeitskolben zirkuliert werden kann. Das Ül gelangt durch die Kurbelapfcnlagernu'L und Bohrung 23 in das Zuführungsrohr 22 und durch Bohrungen 24 in das Kolben innere. Durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens wird das 01 hier verteilt, kühlt den Kolben und gelangt durch Bohrungen 25 teilweise an die Zylinderwand. Ölabstreifringe begrenzen wie an herkömmichen Motoren den Olaustritt in die Verbrennungskammern und das abgestreifte Öl gelangt durch Bohrungen 26 wieder in das Kolbeninnere. Während des im unteren Teil des Hubes in der KolbeneinhEit auftretenden Beschleunigung wird das im Kolbeninnere bedindliche Öl bei jedem Hub teilweise durch die hohle Kolbenstange 15 b und Borhungen 27 in das Kurbolgshöuse der Plaschins entleert.

Claims (10)

P A T E N T A N 5 P fl Ü C H E

1. Doppelkurbeltrieb für Kolbenmaschinen mit feststehenden (nicht umlaufenden Zylindern, bei denen vollkommener Massenausgleich erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbeltrieb @ ner Kolbenmaschine mindestens ein gegenläufiges Kurbeipaar (10, 11) mit gleichen Kurbelradien enthält, bei dem der Hauptzapfen der zweiten Kurbel (11 a) an den Kurbelzapfen der ersten Kurbel (10 c) gelagert ist, wobei gegenüber den Kurbelzapfen (10 c, 11 cj jeder Kurbel Ausgleichsgewichte (19, 20) angebracht sind, die mit den Kurbeln rotieren.

2. Doppelkurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Doppelkurbeltrieb mindestens ein Zahnradpaar (17, 18) vorgesehen ist, welches erstens für eine ununterbrochene Bewegung des Kurbeltriebs sorgt, zweitens eine geradlinige Führung des zweiten Kurbe-lzapfens überflüssig macht und somit Seitenbelastungen der Kolben vermeidet und drittens die Antriebsmomente teilweise überträgt.

3. Doppelkurbeltrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnradtrieb (17, 18) aus einem am inneren (zweiten) Kurbelhauptzapfen (11 a) befestigten Stirnrad (17) und einem in das Stirnrad eingreifenden, im Gehäuse (16) festliegenden Hohlrad (18) besteht.

4. Doppelkurbeltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 2 : 1 ist, wobei der Teilkreisdurchmesser des Stirnrades zweimal so groß wie der Kurbelradius einer Kurbel ist und der Teilkreisdurchmesser des Hohlrades das Vierfache eines Kurbelradiuses beträgt.

5. Doppelkurbeltrieb nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Kolbenmaschine, die den Doppelkurbeltrieb verwendet, ein oder mehrere Kolben (15) und eine oder mehrere parallele Kolbenstangen (15 b) mit dem Lager (14) am inneren (zweiten) Kurbelzapfen (11 c) starr verbunden sind.

6. Doppelkurbeltrieb nach An sprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine optimale Anordnung des Doppelkurbeltriebs eine äußere (erste) Kurbel (10) auf beiden Seiten der inneren (zweiten) Kurbelwelle (11) angebracht ist und daß diese Außenkurbeln (10) in inneren und äußeren Hauptlagern (12 a, 12 b) gelagert sind.

7. Doppelkurbeltrieb nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fig. 3 für eine platzsparende und für die Belastung der Lager und Wellen günstige Anordnung dadurch erreicht wir', daß das innere Hauptlager (12b) genügend groß ausgeführt wird um das relativ kleinere exzentrische Zapfenlager (13) innerhalb des Jeuptlgerdurcrncssers unter.

zubringen und daß die Zahnräder (17, 18) zumindest auf einer Seite des Doppelkurbeltriebes zwischen den beiden Hauptlagern (12 a, 12 b) angebracht sind, so daß die Zapfenlager (13) den geringst möglichen Abstand haben.

8. Doppelkurbeltrieb nach Ansprüchen 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß statt des einen inneren Kurbelzapfens (11 c) mehrere winkelversetzte Kurbelzapfen zwischen den Hauptlagerzapfen (11 a) der inneren (zweiten) Kurbel (11) angebracht werden können, die auf ebenso viele radiale Kolbenachsen wirken, wobei die Winkelversetzung der Zylinder und Kolbenachsen halb so groß ist wie die Winkelversetzung der inneren Kolbenzapfen.

9. Doppelkurbeltrieb nach Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelhiebeinheit und die Zylindereinheit einer Kolbenmaschine separiert werden können, wobei die Antriebsverbindung zwischen diesen Einheiten nur aus eincr oder mehreren verhältnismäßig langen hin- und hergehenden Kolbenstange besteht, deren Massenkräfte im Doppelkurbeltrieb völlig ausgeglichen werden können.

10. Dopplekurbeltrieb nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für Kolbenmaschinen, bei denen Kolbenschmierung und (oder) Kolbenkühlung benötigt wird, dem Kolbem mittels eines in der Kolbenstange (15 b) befindlichen Zuführungsrohrs (22) Schmieröl zugeführt wird, welchen, nachdem der Kolben (15) geschmiert und gekühlt ist, durch die in der Kolbeneinheit auftretenden Beschleunigungen durch die selbe Kolbenstange, jedoch vom Zuführungsöl durch das Zuführungsrohr getrennt, wieder abgesaugt wird.

L e e r s e i t e