DE2352231B2 - Fuehrungsgetriebe fuer eine mittelachsige rotationskolbenmaschine - Google Patents
Fuehrungsgetriebe fuer eine mittelachsige rotationskolbenmaschineInfo
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- DE2352231B2 DE2352231B2 DE19732352231 DE2352231A DE2352231B2 DE 2352231 B2 DE2352231 B2 DE 2352231B2 DE 19732352231 DE19732352231 DE 19732352231 DE 2352231 A DE2352231 A DE 2352231A DE 2352231 B2 DE2352231 B2 DE 2352231B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F01C1/063—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them
- F01C1/077—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them having toothed-gearing type drive
Description
Die Erfindung betrifft ein Führungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. ^>
Ein derartiges Führungsgetriebe ist in der US-PS 33 98 643 beschrieben.
In der amerikanischen Patentschrift ist in Fig. 8 ein Führungsgetriebe für eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine
mit zwei jeweils diametral angeordneten i<> Kolbensätzen offenbart, wobei die Kolbensätze auf
koaxialen Wellen drehfest gelagert sind und wobei deren ungleichförmige Bewegungen mit Hilfe eines
Differentials erzwungen werden. Die Ausgleichszahnräder des Differentials werden von einem sie über den i>
Umfang umschließenden Abtriebszahnrad getragen und kämmen axial mit zwei mit den koaxialen Wellen
verbundenen Hauptzahnrädern. Zur Steuerung der ungleichförmigen Bewegungen der Kolbensätze arbeiten
die Hauptzahnräder je mit einem Umkehrhemmer 4» zusammen, wodurch gesichert ist, daß die Kolbensätze
nur in einer Drehrichtung umlaufen.
Aus der Tatsache, daß die Kolbensätze ihre Umlaufgeschwindigkeit während jedes Umlaufes zweimal
von Null auf einen Höchstwert ändern, ergeben sich ■**>
schon bei relativ geringen Drehzahlen hohe Trägheitskräfte, wodurch nur Rotationskolbenmaschinen mit
geringer Leistung und geringer Drehzahl möglich sind. Ferner bestehen die Umkehrhemmer aus Kupplungen,
Bremsen, Sperrklinkeneinrichtungen usw., welche auf- « grund ihrer Bauweise für den vorliegenden Zweck nicht
so robust sind und in ihrer Gestaltung durch die auftretenden Trägheitskräfte ihre Grenze finden, so daß
auch sie nur geringen Geschwindigkeiten und Trägheitskräften ausgesetzt werden können.
In den F i g. 3 und 4 der vorgenannten Patentschrift ist zur Steuerung der Kolbensätze statt des Differentials
mit Umkehrhemmern ein zweipaariges einstufiges Ellipsengetriebe offenbart. Da die Drehachsen der
Ellipsenzahnräder hierbei durch deren Brennpunkte wi
verlaufen, ist das Ellipsengetriebe ebenfalls bei geringen Drehzahlen relativ hohen Trägheitskräften ausgesetzt,
so daß hohe Leistungen und Drehzahlen auch mit diesem Getriebe nicht möglich sind. Da außerdem die
großen Achsen der Ellipsenzahnräder beider Zahnradpaare fluchten bzw. zueinander parallel laufen, kommen
nur zwei Arbeitstakte je volle Kolbenumdrehung zustande, so daß ein Yiertaktbetrieb je Umdrehune
unmöglich ist.
Gemäß Fig. 12 der vorgenannten Patentschrift ist zusätzlich zum Ellipsengetriebe eine normale, einstufige
Zahnradstufe aus zwei Zahnradpaaren mit einem Übersetzungsverhältnis von 2 :1 vorgesehen. Abgesehen
davon, daß auch bei dieser Ausführung aufgrund der vorerwähnten Trägheitswirkungen nur geringe Leistungen
und Drehzahlen zu erzielen sind, ist ein viertaktiger Motorbetrieb erst mit zwei Kolbenumdrehungen je
Arbeitszyklus möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Führungsgetriebes für eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine,
durch welches die Leistung und die Drehzahlen unter Erzielung von vier Arbeitstakten
je Kolbensatzumlauf gegenüber bekannten Maschinen obengenannter Art beträchtlich gesteigert sind.
Die Lösung der Aufgabe ist in dem Kennzeichen des Patentanspruchs definiert.
Durch die Anwendung des vorgeschlagenen Führungsgetriebes
können die Leistung und die Drehzahl von Rotationskolbenmaschinen obengenannter Art
wesentlich gesteigert werden, da die je Umdrehung auftretenden Trägheitskräfte beträchtlich herabgesetzt
sind bzw. ihre schädlichen Wirkungen erst bei wesentlich höheren Drehzahlen als bisher auftreten.
Dies ist auf die Kombination der elliptischen Zahnräder mit dem Differentialgetriebe zurückzuführen, wobei die
Drehachsen der elliptischen Zahnräder durch den Mittelpunkt der großen Achse dieser Zahnräder
verlaufen. Ferner wird durch die Versetzung der elliptischen Zahnräder um 90° zueinander erreicht, daß
je Umlauf der die Kolbensätze tragenden koaxialen Wellen vier Arbeitstakte stattfinden, so daß der übliche
4-Takt-Motorbetrieb möglich ist. Obwohl in der vorgenannten amerikanischen Patentschrift die Verwendung
von elliptischen Zahnrädern offenbart ist, ist deren Anwendung nur als Alternative zum Differential
angeführt, und ferner gibt diese Patentschrift keinen Hinweis auf die vorgeschlagenen Anordnungsweise der
elliptischen Zahnräder.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigen
F i g. 1 und 2 die erfindungsgemäße Eingriffsweise der elliptischen Zahnräder in schematischer Darstellung,
F i g. 3 einen Axialschnitt durch eine Rotationskolbenmaschine gemäß der Linie III-III in F i g. 4,
F i g. 4 eine Stirnansicht der Maschine,
F i g. 5 eine vereinfachte Ansicht in gegenüber den F i g. 1 und 2 verkleinertem Maßstab eines Getriebes
mit elliptischen Zahnrädern.
Gemäß den F i g. 1 und 2 sind a bzw. b die Längen der
halben großen Achse bzw. der halben kleinen Achse von Ellipsen und η und κ der Abstand des Kontaktpunktes
Mvon den Mitten O\, Oi mit λ+ 12 = a+6. Sobald η = Γ2
ist, drehen die beiden Ellipsen mit gleicher Winkelgeschwindigkeit. Es ist leicht zu verstehen, daß auf jeder
Ellipse vier sogenannte homokinetische Punkte A\, B\, Ci, A, At, Bi, Ci und Di bestehen, definiert durch
A\O\=(a+b)l2 = O\B\= usw. Die großen Achsen der
Ellipsen sind um 90° zueinander versetzt (F ig. 1).
Alpha und beta sind die Winkel zwischen den Strahlen zu den homokinetischen Punkten. Dreht sich
die eine Ellipse um den Winkel alpha, dann dreht sich die andere um den Winkel beta. Wird die Bewegung der
Ellipsen auf Kolben einer Maschine mit koaxialen Wellen angewendet, entspricht die Differenz alpha
minus beta der Winkeländerung zwischen den Kolben,
definiert durch ihre Mittellinie. Die maximale Differenz der Winkelgeschwindigkeiten der Ellipsen ist erreicht,
sobald das Ende der großen Achse der einen Ellipse sich
in Berührung mit dem Ende der kleinen Achse der anderen Ellipse befindet (Fig. 1). Dunn ist das r>
Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten a/b oder b/a.
Wenn eine der Ellipsen mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit V umläuft, ändert sich die Winkelgeschwindigkeit
der anderen von V χ a/b bis V χ b/a.
Wenn z.B. a/b— 2 ist, variiert ihre Geschwindigkeit ι ο
zwischen 2,0 VbisO,5 V.
Das ist normal der Fall, wenn ein elliptisches Zahnrad drehfest mit einer Welle verbunden ist, die praktisch mit
konstanter Geschwindigkeit umläuft: Abtriebswelle im Fall einer Kraftmaschine oder Antriebswelle im Fall π
einer Arbeitsmaschine.
Daraus folgt, daß, wenn das Verhältnis der extremen Durchmesser der Ellipsen η ist, das Verhältnis der
extremen Geschwindigkeiten der Welle mit veränderlicher Geschwindigkeit n2 sein wird und das der μ
Trägheitskräfte, die sich mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ändern, n4 ist, die die Anwendung auf
das Gebiet hoher Geschwindigkeiten erheblich begrenzen kann.
In den F i g. 3 und 4 ist eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine
gezeigt, bei welcher ein erfindungsgemäßes Führungsgetriebe unter Verwendung der vorstehend
erläuterten Ellipsenstufe angewendet ist.
Eine sich durch die gesamte Kolbenmaschine hindurch erstreckende Welle 1 ist an ihren beiden Enden jo
durch die Lager 31, 32 abgestützt Eine diese Welle koaxial umgebende Welle 2 wird durch ein Lager 33
abgestützt und dreht sich um die Welle 1.
Kolben 3 und 4 eines ersten Kolbensatzes sind auf einem Flansch 7 befestigt, der drehfest auf der Welle 1
sitzt, und Kolben 5 und 6 eines zweiten Kolbensatzes sind auf einem weiteren Flansch 8 befestigt, der drehfest
auf der Welle 2 sitzt. Die sich innerhalb ihres Kolbensatzes diametral gegenüberliegenden Kolben
haben die Form eines Kreissektors mit dem Zentrumswinkel delta von 53° (F i g. 4), sind hohl und haben keine
Wandung auf der Seite des Flansches, an dem sie befestigt sind. Die Flansche besitzen eine Durchbrechung
9,9' von im wesentlichen gleicher Abmessung wie das Innere der Kolben für den Kühlluftzugang. Eine
kreisringförmige Einfassung 10 schließt den Arbeitsraum für die Kolben und ist mit einer Nut 11 zur
Kühlungserleichterung versehen. Die Einfassung trägt die Zündkerze und die Einlaß- und Auslaßschlitze (nicht
dargestellt).
Ai'f der äußeren Welle 2 ist eh elliptisches Zahnrad
12 verkeilt, welches ein elliptisches Zahnrad 13 mitnimmt, das auf einer Nebenwelle 14 verkeilt ist. Die
elliptischen Zahnräder sind so auf ihren Wellen 2 bzw.
14 verkeilt, wie es in Verbindung mit den F i g. 1 und 2 erläutert und in F i g. 5 vereinfacht dargestellt ist. Ferner
sind die elliptischen Zahnräder so geschnitten, daß sie den Mittellinien der Kolben 3 bis 6 einen maximalen
Winkelabstand alpha von 120° und einen minimalen Winkelabstand beta von 60° erteilen, was etwa einem
Wert 2 für das Verhältnis a/b der Achslängen der Ellipsen entspricht.
Auf der inneren Welle 1 ist ein kreisförmiges Zahnrad
15 verkeilt, das ein identisches Zahnrad 16 mitnimmt, das ebenfalls auf der Nebenwelle 14 verkeilt ist. Ein
Hauptzahnrad 17 eines Differentials ist drehfest auf der äußeren Welle 2 und mit dem elliptischen Zahnrad 12
verbunden, während das andere Hauptzahnrad 18 des Differentials drehfest mit der inneren Welle 1 und mit
dem Zahnrad 15 verbunden ist.
Wenn eine der Wellen 1, 2 mit konstanter Geschwindigkeit V umläuft, ist diese das arithmetische
Mittel der Geschwindigkeiten V\ + V2 der Hauptzahnräder
des Differentials. Somit ist V=(V] + V2)H, wovon
sich ableitet, daß sich V\ ändert zwischen 2nV/(n+\)
und 2V/(n+\), während sich V ändert zwischen 2 V/(n+\) und 2 nV/(n+l), also mit einem Verhältnis
der extremen Geschwindigkeiten von η bis if, wie in
dem Fall, in welchem man kein Differential benutzt, und wobei das Verhältnis der Trägheitskräfte rß anstatt n4
ist.
Man sieht hieraus unmittelbar den erheblichen Gewinn, der sich durch Verwendung des vorgeschlagenen
Führungsbetriebes in bezug auf die Trägheitskräfte ergibt.
Ausgleichszahnräder 22 des Differentials kämmen in üblicher Weise mit dessen Hauptzahnrädern 17 und 18
und werden von einem sie über den Umfang umschließenden Abtriebszahnrad 19 getragen. Das
Abtriebszahnrad kann sich somit auf der Welle 1 frei drehen und treibt seinerseits über ein weiteres Zahnrad
20 eine Abtriebswelle 21 an.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Führungsgetriebe für eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine mit zwei jeweils diametral *> angeordneten Kolbensätzen, die auf koaxialen Wellen drehfest gelagert sind und deren ungleichförmige Bewegungen mit Hilfe eines Differentials erzwungen werden, das Ausgleichszahnräder aufweist, die von einem sie über den Umfang i<> umschließenden Abtriebszahnrad getragen werden und axial mit zwei mit den koaxialen Wellen verbundenen Hauptzahnrädern kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptzahnrad (17) mit einem elliptischen Zahnrad (12) drehfest ι Γ> verbunden ist, das mit einem anderen elliptischen Zahnrad (13) kämmt, wobei die großen Achsen der elliptischen Zahnräder (12, 13) um 90° zueinander versetzt sind..'ο
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