DE2418894A1

DE2418894A1 - Triebwerk fuer eine hubkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2418894A1
Application number: DE2418894A
Authority: DE
Inventors: Josef Seibert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-04-24
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1974-11-07
Also published as: AT357822B; ATA361973A; GB1457656A; US3964323A

Description

Dr. M. Schneider 17. April 1974

Dr. A. Eitel
E. Czowalla
p. Matschkur
Nürnberg, KönlgiiM

diess.Nr. 26 264/sc

Josef Seibert, ¥ien (Österreich.) Leltgebgasse 2a/11

Triebwerk für eine Hubkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft ein Triebwerk für eine Hubkobenmaschine mit vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Kolbenachse angeordneter, rotierender Hauptwelle, bestehend aus einer auf dev Hauptwelle gelagerten Dreh- bzw. Taumelscheibe, die mit dem bzw. den Hubkolben des in bezug auf die Hauptwelle ortsfest angeordneten Zylinderblockes verbunden bzw. in Eingriff bringbar ist.

Triebwerke mit Taumelscheiben dienen zur Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine rotierende Bewegung und umgekehrt. Bei den bekannten Triebwerken dieser Art ist zumeist der ZyIinderblock um die Hauptwelle drehbar angeordnet. Diese Ausführung ist unter Berücksichtigung der

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umlaufenden. Massen nur für Maschinen mit kleinen Zylinderblöcken, beispielsweise Hydraulikmotoren, geeignet. Für größere Maschinen mit ortsfestem Zylinderblock ist es bekannt, die Taumelscheibe auf einer Z-förmig gekröpften Hauptwelle zu lagern. Die Herstellung einer solchen Z-förmig gekröpften Welle ist jedoch aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese*Nachteile zu vermeiden und ein Triebwerk für eine Hubkolbenmaschine zu schaffen, das nach dem Taumelscheibenprinzip arbeitet, jedoch weder eine gekröpfte Hauptwelle noch bewegliche Pleuel erfordert und sowohl für Pumpen als auch -für Motoren, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, anwendbar ist.

Dies wird gemäß der Erfindung bei einem Triebwerk der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Dreh- bzw. Taumelscheibe aus wenigstens zwei um eine in bezug auf die Hauptwelle geneigte Achse,vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers, insbesondere Schrägrollenlagers, gegeneinander abwälzbaren Ringteilen gebildet ist, von denen der innere mit der Hauptwelle drehfest verbunden und der äußere mit einem oder mehreren, mit dem bzw. den Hubkolben zusammenwirkenden Fortsätzen versehen ist.

Bei dieser Ausbildung bewirkt die hin- und hergehende Bewegung des Hubkolbens über die Fortsätze eine Drehbewegung des äußeren Ringteiles der Dreh- bzw. Taumelscheibe, die mittels Abwälzbewegung auf den inneren Ringteil übertragen wird, welcher die Hauptwelle in Rotation versetzt. Die Fortsätze vollführen dabei eine lineare Bewegung in Bewegungsrichtung des Hubkolbens und eine drehende Bewegung um ihre schräg zur Hauptwelle stehende Achse. Die Achse vollführt keine taumelnde Bewegung, so daß die taumelnden Massen relativ gering sind.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder der Fortsätze in einer Kolbenstange bzw. in einem mit dieser fest verbundenen Bauteil im wesentlichen quer oder schräg zur Bewegungsrichtung der Hubkolben verschiebbar ge-

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lagert ist. Diese Ausbildung ist insbesondere für schnell
laufende Maschinen, bei denen die Kolbenachse parallel zur
Hauptwelle angeordnet ist, zweckmäßig. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Fortsatz des äußeren Ringteiles in einem mit der Kolbenstange fest verbundenen Bauteil verschieblich geführten Gleitkörper, vorzugsweise einer aus zwei Halbschalen bestehenden Lagerbüchse., gelenkijj gelagert ist.

Insbesondere bei schnell laufenden Maschinen ist es anstelle der vorbeschriebenen Konstruktion auch möglich, daß der Fortsatz in einem mit der Kolbenstange gelenkig
verbundenen Lagerkörper mit vorzugsweise zylindrischer
Lagerbohrung verschieblich gelagert ist.

Zur exakten Einstellung des erfindungsgemäßen
Triebwerkes ist es vorteilhaft, wenn die beiden Ringteile
koaxial zueinander angeordnet und in Richtung ihrer gemeinsamen, in bezug auf die Hauptwelle schräg verlaufenden Achse, beispielsweise mittels eines'Gewindes, gegeneinander verstellbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt sind, näher beschrieben.

Es ze'igen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Triebwerk für eine Hubkolbenmaschine mit
acht Zylindern,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie U-II in Fig. 1, bei. abgenommenem Gehäusedecke,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie IH-III in Fig. 1, Fig. k einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Taunielscheibenmechanismus des Triebweiites nach
Fig. 1,

Fig. 6 eine Ansicht der gemeinsamen Kolbenstange für zwei Doppel zylinder,

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Fig. 7 einen Schnitt nach. Linie VII-VII in Fig. 6, Fig. 8 eine schematisclie Darstellung eines abgeänderten Taumelscheibenmechanismus, Fig. 9 einen Schnitt nach Linie IX-IX in Fig.- S

bei Mittelstellung des Taumelseheiben-

mechanismus,
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weite-

ren Ausführungsform des Taumeteheibenme-

chanismus,

Fig. 11 einen Schnitt nach Linie XI-XI in Fig. 10, Fig. 12 einen Schnitt nach Linie XII-XII in

Fig. 11 und
Fig. 13 einen Schnitt nach Linie XIII-XIII in

Fig. 11.

In Fig. 1 und 2 ist eine Hubkolbenmaschine mit acht ortsfest angeordneten Zylindern 1 dargestellt, deren Triebwerk gemäß vorliegender Erfindung ausgebildet ist. Die Zylinder 1 sind dabei achsparallel zu einer Hauptwelle 2 des Triebwerkes der Hubkolbenmaschine angeordnet, wobei je zwei der Zylinder in bezug auf eine zur Drehachse der Hauptwelle senkrechte Ebene einander derart gegenüberliegen, daß ihre Achsen fluchten. Die Kolben 3 dieser einander gegenüberliegenden Zylinder 1 mit dem Hub H sind mittels einer gemeinsamen Kolbenstange h miteinander starr verbunden. Die gemeinsamen Kolbenstangen h von je zwei auf einer Seite der Hauptwelle 2 angeordneten Zylinderpaaren sind hierbei mittels eines pleuelähnlichen. Lagerkörpers 5 mit einer zylindrischen Bohrung 6, deren Achse im Bereich der Längsmitte der Kolbenstangen k angeordnet ist und im wesentlichen senkrecht zu den Zylinderbohrungen verläuft, fest verbunden. Der Lagerkörper 5 is* zu diesem Zweck beidseitig mit flanschartigen Fortsätzen 7 versehen, an denen die Kolbenstangen 4 mittels Schrauben 8 befestigt sind.

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Je vier der Zylinder 1 sind - wie insbesondere Fig. 2 zeigt - in je einer Lagerplatte 9 bzw. 10 ortsfest gelagert, die sich im wesentlichen senkrecht zu den Zylinderachsen erstrecken und zentrale Bohrungen 11, 12 zur Aufnahme von Schrägrollenlagern 13 > I^ zur Lagerung der Hauptwelle 2 aufweisen. Die Hauptwelle 2 ist durchgehend ungekröpft ausgebildet und hat in ihrer Längsmitte einen bundarfigen Ansatz 15 mit etwas größerem ,Durchmesser als entlang ihrer übrigen Bereiche, wobei sich an jedes Ende des Ansatzes I5 ein Gewinde l6 anschließt.

An den verstärkten, bundartigen Ansatz I5 der Hauptwelle 2 ist der Taumelscheibenmechanismus des Triebwerkes befestigt. Die Taumelscheibe wird hierbei im wesentlichen von einem auf die Hauptwelle 2 aufgeschobenen, inneren Ringteil I7» einem auf demselben aufgebrachten Schrägrollenlager 18 mit in bezug auf die Hauptwelle 2 schräg verlaufender Drehachse, und einem mit zwei Fortsätzen 20 versehenen, äußeren Ringteil I9 gebildet. Der innere Ringteil 17 ist unter Zwischenschaltung von Scheiben 21 mittels auf den Gewinden X6 aufgeschraubten Muttern 22 mit der Hauptwelle 2 drehfest verbunden und weist eine abgestufte bzw. profilierte äußere Umfangsfläche auf, deren Achse in bezug auf die Hauptwelle geneigt ist. Umlaufende Abschnitte dieser Flächen bilden dabei Laufbahnen für die Schrägrollen des. Schrägrollenlagers IS. Der Außenring 23 des letzteren ist zweiteilig ausgebildet und an seiner Außenseite mit einem Gewinde versehen, mit dessen Hilfe er in ein entsprechendes Gewinde in der Innenbohrung des äußeren Ringteiles 19 eingeschraubt wird. Durch diese Anordnung kann der äußere Ringteil 19 in Richtung der in bezug auf die Hauptwelle 2 schräg verlaufenden Achse gegenüber dem inneren Ringteil 17 verstellt werden. Zwischen den beiden Teilen des Außenringes 23 ist ein Distanzring 2h zum Einstellen des gewünschten Lagerspieles vorgesehen. Die Fortsätze 20 des äußeren Ringteiles Ϊ9, die

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einander gegenüberliegen und mit letzteren einen Querbalken bilden, sind kugelförmig ausgebildet und - wie insbesondere Fig. 3 zeigt - in je einer kalottenförmigen Vertiefung 26 eines Gleitkörpers 25. gelagert, der als aus zwei Halbschalen zusammengesetzte Lagerbüchse ausgebildet und in der zylindrischen Bohrung 6 des Lagerkörpers 5 verschieblich geführt ist. Die Fortsätze 2ö sind somit in bezug auf den Gleitkörper. 25 gelenkig gelagert und der letztere ist quer zu den Zylinderachsen beweglich geführt; Die seitliche Verschiebung ist in Fig. 5 mit S bezeichnet,.Der maximale Schwenkwinkel α der Fortsätze 20 in bezug auf* die Hauptwelle 2 beträgt etwa 10-25 (je nach Konstruktion).

Die Schmierung der beweglichen Teile erfolgt durch Trockensumpfschmierung über eine Bohrung im inneren Ringteil 17» welche die Lagerräume des Schrägrollenlagers 18 mit Schmiermittel, insbesondere' Drucköl, versorgt. Vom Schrägrollenlager 18 gelangt das Schmiermittel durch eine weitere Bohrung im äußeren Ringteil 19 bzw. in dessen Fortsätzen 20 in die kalottenförmigen Vertiefungen 2.6 des Gleitkörpers 25 bzw. in die Bohrung 6 des Lagerkörpers 5·*

Das Triebwerk ist allseitig abgeschlossen, wozu zwischen den beiden Lagerplatten 9, 10 eine Distanzhülse 27 vorgesehen ist, welche die Triebwerksteile umgibt und deren axiale Länge den Abstand zwischen den Lagerplatten 9» 10 bestimmt. Die Distanzhülse 27 trägt O-Ringe 28 für einen aus gebogenen Blechteilen bestehenden Gehäusemantel 29. Die Lagerplatten 9». 10 und die Zylinder 1 werden mittels Druckplatten 30,31 und Spannschrauben 32 gegeneinander fest verspannt, wobei zwischen den Lagerplatten 9 bzw. 10 und den Druckplatten 30 bzw. 31 rohrartige Tragkörper 33» 3h vorgesehen sind, die koaxial zur Hauptwelle 2 angeordnet sind.

Der innere Ringteil 17 könnte gegebenenfalls auch aus zwei gegeneinander verstellbaren Teilen gebildet werden.

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Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 sind die Fortsätze 20 des äußeren Ringteiles · 1*9 zylindrisch ausgebildet und in einem Lagerkörper 4o mit zylindrischer Bohrung 4l gelagert, der seinerseits an den Kolbenstangen h drehbar gelagert ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 bis 13

weisen die Fortsätze 20 des äußeren Ringteiles 19 zylindrische Bohrungen $0 auf, in denen ein mit dem Kolben I¹ der Maschine gelenkig verbundenes Gleitstück 51 verschieblich geführt ist. Dieses Gleitstück 5I hat zwecks seiner Anlenkung an den Kolben I¹ ein Lagerauge 52 mit einer im wesentlichen quer zur Achse der zylindrischen Bohrung 50 verlaufenden Lagerbohrung, welche von einem Kolbenbolzen 53 durchsetzt ist. Diese Ausführung ist insbesondere für Doppelkalben geeignet, . wobei letzterer zwecks Ermöglichung der Schwenkbewegung der Fortsätze eine Ausnehmung 1" erhält.

Das erfindungsgemäße Triebwerk ist grundsätzlich auch für Hubkolbenmaschinen mit nur einem Zylinder anwendbar, doch aus Gründen des Massenausgleiches ist es zweckmäßig, das Triebwerk insbesondere bei Maschinen mit zwei oder mehre-· ren Zylindern anzuwenden. Das Triebwerk kann dabei stehend oder liegend eingesetzt werden. Bei einer Maschine mit zwei Zylindern ist es zweckmäßig, diese beidseitig der Hauptwelle anzuordnen. Bei einer Maschine mit vier Zylindern können diese zur Erzielung einer möglichst flachen Bauweise paarweise beidseitig der Hauptwelle angeordnet und gegebenenfalls mit Doppelkolben ausgerüstet werden. Wirf.hingegen eine kurze Bauweise angestrebt, können die Zylinder zueinander parallel um die Hauptwelle gruppiert werden.

Die Hauptwelle des erfindungsgemäßen Triebwerkes kann auch derart ausgebildet werden, daß die drehfeste Verbindung mit dem inneren Ringteil der Taumelscheibe durch Mit-

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nehmer gewährleistet wird.

" - Unter "Taumelscheibe" wird, aueh ein, gegebenen- * falls mehrteiliger, Taumelkörper verstanden, der mindestens ein eine taumelnde Bewegung ausführendes Element aufweist, das allerdings- wie die vorstehend beschriebene Taumelscheibe - eine in Bewegungsrichtung der Hubkolben linear verschiebbare sowie eine Drehbewegung ausführende Achse aufweisen -muß, die also selbst keine Taumelbewegung ausführt. Die Bewegung wird dabei wieder an jenem Element abgenommen, das selbst keine taumelnde Bewegung ausführt. Die effektiv eine taumelnde Bewegung ausführenden Massen des Körpers können somit sehr klein gehalten werden, womit sich die Unwucht des Triebwerkes in geringem Ausmaß hält.

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Claims

Patentansprüche :

1. Triebwerk für eine Hubkolbenmaschine mit

vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Kolbenachse angeordneter, rotierender Hauptwelle, bestehend aus einer auf der Hauptwelle gelagerten Dreh- bzw. Taumelscheibe, die mit dem bzw. den Hubkolben des in bezug auf die Hauptwelle ortsfest angeordneten Zylinderblockes verbunden bzw. in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbzw. Taumelscheibe aus wenigstens zwei um eine in bezug auf die Hauptwelle (2) geneigte Achse, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers, insbesondere Schrägrollenlagers (l8), gegeneinander abwälzbaren Ringteilen (l7»19) gebildet ist, von denen der innere (17) mit der Hauptwelle (2) drehfest verbunden und der äußere (l9) mit einem oder mehreren, mit dem bzw. den Hubkolben zusammenwirkenden Fortsätzen (20) versehen ist.

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2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Fortsätze (20) in einer Kolbenstange bzw. in einem mit dieser fest verbundenen Bauteil (5) im wesentlichen quer oder schräg zur Bewegungsrichtung der Hubkolben verschieblich gelagert ist.

3· Triebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) des äußeren Ringteiles (19) in einem mit der Kolbenstange (h) fest verbundenen Bauteil (5) verschieblich geführten Gleitkörper (25)_f vorzugsweise einer aus zwei Halbschalen bestehenden Lagerbüchse, gelenkig gelagert ist (Fig. 5 bis 7)· ~~

h. Triebwerk nach Anspruch 3» dadurch gekenn-

'zeichnet, daß der Fortsatz (20) an seinem nach außen weisen-, den Ende kugelförmig ausgebildet ist, wobei das kugelförmige Ende in einer kalottenförmigen Ausnehmung (26) in dem Gleitkörper (25) gelagert ist.

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5· Triebwerk nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (2θ) in einem mit der Kolbenstange (^f) gelenkig verbundenen Lagerkörper (*K)) mit vorzugsweise zylindrischer Lagerbohrung (kl), verschieblich gelagert ist (Fig. 8,9).

6. Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (20) eine, insbesondere zylindrische, Lagerbohrung (5°) aufweist, in der ein mit dem Hubkolben bzw. der Kolbenstange gelenkig, verbundenes Gleitstück (51) verschieblich gelagert ist (Fig. 10 bis 13).

.- 7· Triebweik nach einem der Ansprüche 1 bi· 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringteile (17,19) koaxial zueinander angeordnet und in Richtung ihrer gemeinsamen, in bezug auf die Hauptwelle (2) schräg verlaufenden Ache·, beispielsweise mittels eines Gewinde·, gegeneinander verstellbar sind. -

8. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet,-daß der innere Ringteil (17) außenseitig Laufbahnen für die Hollen des Yälzlagers. (l8) aufweist, wobei die Achse seiner von der Hauptwelle (2) durchsetzten Innenbohrung schräg in bezug auf die Drehachse dieser Laufbahn verläuft.

9. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringteil (l9~) mit den einander gegenüberliegenden Fortsätzen (20) in der Art eines Querbalkens einstückig ausgebildet ist.

10. Triebwerk nach einen der Ansprüche 1 bis 9t

dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ringteil (17) aus wenigstens zwei, gegebenenfalls gegeneinander verstellbaren Teilen gebildet ist·

11. Triebwerk 'nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehfeste Verbindung zwischen Hauptwelle und innerem Ringteil als Mitnehmer verbindung ausgebildet ist.

12. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

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dadurch, gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Triebwerkes mehrteilig ausgebildet ist, wobei.die die Zylinder -der Hubkolbenmaschine tragenden Lagerplatten über einen, die Dreh- bzw. Taumelscheibe umgebenden Gehäuseteil gegeneinander abgestützt sind.

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