DE2352231C3

DE2352231C3 - Führungsgetriebe für eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2352231C3
Application number: DE2352231A
Authority: DE
Inventors: Jean Paris Boes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-10-19
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1978-10-12
Also published as: IT994837B; US3873247A; DE2352231B2; JPS4995204A; DE2366073A1; DE2352231A1; JPS5334641B2; FR2204221A5; GB1422678A

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 Kolbensätzen offenbart wobei die Kolbensätze auf koaxialen Wellen drehfest gelagert sind und wobei deren ungleichförmige Bewegungen mit Hilfe eines Differentials erzwungen werden. Dif Ausgleichszahnräder des Differentials werden -<on einem sie über den Umfang umschließenden Abtriebszahl·-ad 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 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 aufgrund 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 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 Viertaktbetrieb je Umdrehung

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 i" 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 Füh- -» rungsgetriebes 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 *^r> elliptischen Zahnräder in schematischer Darstellung,

Fig.3 einen Axialschnitt durch eine Rotationskolbenmaschine gemäß der Linie 1II-III in F i g. 4,

F i g. 4 eine Stirnansicht der Maschine,

Fig.5 eine vereinfachte Ansicht in gegenüber den ^r>o 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 η der Abstand des Kontaktpunktes ■">' Mvon den Mitten Ou O₂ mh η+ ri=a+ b.Sobala η =·γ₂ ist, drehen die beiden Ellipsen mit gleicher Winkelgeschwindigkeit Es ist leicht zu verstehen, daß auf jeder Ellipse vier sogenannte homokinetische Punkte Au B\, Ci, Du Ai, Bi, Ci und Di bestehen, definiert durch ho A\Oi—{a+b]/2 — O\B\" usw. Die großen Achsen der Ellipsen sind um 90° zueinander versetzt (F i g. 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 M 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. Pie 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, I), Dann 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 Vx a/b bis Vχ b/a. Wenn z. B. a/b=2 ist, variiert ihre Geschwindigkeit in 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 i> 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 jn Trägheitskräfte, die sich mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ändern, n* ist, die die Anwendung auf das Gebiet hoher Geschwindigkeiten erheblich begrenzen kann.

In den F i g. 3 und 4 ist eine mittelachsige Rotations- _>-, kolbenmaschine 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 ι,ι durch die Lager 31, 32 abgestützt. Eine diese Welle koaxial umgebende Weile 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 j-, 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 Zentrums- _w winkel delta von 53° (F i g. 4), sind hohl und haben keine Wandung aur 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 ₄-, 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)

Auf der äußeren Welle 2 ist ein 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 Fig. 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 Havizahnrad 18 des Differentials drehfest mit der inneren W^iIe 1 und mit dem Zahnrad 15 verbunden ist

Wenn eine der Wellen 1, 2 mit konstanter Geschwindigkeit V umläuft, ist diese das arithmetische Mittel drr Geschwindigkeiten Ki + V2 der Hauptzahnräder des Differentials. Somit ist V=(V\ + Vi)/2, wovon sich ableitet, daß sich Vi ändert zwischen 2 nV/(n+\) und 2 V/(n+\), während sich V ändert zwischen 2 V/(n+\) und 2nV/(n+\), also mit einem Verhältnis der extremen Geschwindigkeiten von π bis n², wie in dem Fall, in welchem man kein Differential benutzt, und wobei das Verhältnis der Trägheitskräfte n² anstatt π⁴ 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

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 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 verbunden ist das mit einem anderen elliptischen Zahnrad (13) kämmt wobei die großen Achsen der elliptischen Zahnräder (12, 13) um 90° zueinander versetzt sind.