DE274098C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezieht sich auf Wechsel- und Wendegetriebe, bei denen eine Pumpe und ein Motor, der mit der von der Pumpe gelieferten Druckflüssigkeit betrieben wird, zwischen einen Antriebsmotor und die angetriebene Vorrichtung geschaltet sind, und die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der angetriebenen Vorrichtung dadurch geändert wird, daß mittels einer um den Kurbelzapfen drehbaren exzentrisehen Büchse der Hub der Pumpe, des Motors oder beider verstellt wird.

Die Erfindung besteht darin, daß der die exzentrische Büchse tragende Kurbelzapfen etwa denselben Durchmesser wie die Kurbelwelle hat und mit ihr zwischen zwei Kurbelwellenlagern fest verbunden ist.

Diese Ausführung des Kurbelzapfens zieht besondere Ausbildungen der Getriebe nach sich, die zum Verstellen der exzentrischen Büchse und zum Verstellen des von der Stellung der exzentrischen Büchse abhängigen Schieberkurbelzapfens dienen. Die Getriebe müssen so eingerichtet sein, daß sie die Zapfen der Kurbelwelle innerhalb der Lager umgeben, zwischen denen derjenige Kurbelzapfen liegt, der die exzentrische Büchse trägt.

Durch die Erfindung wird eine sehr gedrängte Anordnung der verstellbaren Kurbel erzielt, ohne daß dabei die feste Lagerung der Kurbelwelle beeinträchtigt wird.

Die Zeichnung enthält ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es stellen dar:
Fig. ι den Grundriß des Wechselgetriebes,
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt der Pumpe oder des treibenden Teiles der Anordnung, Fig. 3 die Fortsetzung dieses Schnittes durch . den Motor oder den getriebenen Teil der Anordnung (Fig. 2 und 3 sind vergrößerte Schnitte nach Linie 2-3, Fig. 1),

Fig. 4 und 5 vergrößerte Querschnitte nach 4-4 bzw. 5-5 der Fig. 1;

Fig. 6 bis 8 stellen Einzelheiten der Anordnung dar, die später beschrieben werden; ■ Fig. 9 ist eine schematische Darstellung der verstellbaren Kurbel in ihren verschiedenen Stellungen, und

Fig. 10 bis 12 sind schematische Darstellungen der Wirkung der Gegengewichtsanordnung.

Auf der Zeichnung bezeichnet P die Pumpe und M den Motor des Getriebes. An dem Kurbelgehäuse 10 der Pumpe (Fig. 2, 4 und 5) sind fünf Pumpenzylinder 11 in der Halbmesserrichtung und fünf Schieberkammern 12 gleichfalls in Halbmesserrichtung befestigt, die mit ihren zugehörigen Pumpenzylindern durch Flüssigkeitskanäle 13 verbunden sind. In den Pumpenzylindern 11 spielen volle Kolben 14, die mittels Kugelgelenke an Kolbenstangen 15 befestigt sind. Alle Kolbenstangen sind gemeinsam durch Winkelringe 16 mit einer Hülse oder Büchse 17 verbunden; diese ist mittels eines Rollenlagers an der mit verstellbarem Hub versehenen Kurbel der Antriebswelle 18 drehbar gelagert. Diese Kurbel besteht aus einem Kurbelzapfen 19, der aus einem Stück mit der Welle 18 besteht, und einer exzentrischen Büchse 20, die um den Kurbelzapfen 19 verdrehbar ist und den inneren Laufring des eben erwähnten Rollenlagers unmittelbar trägt.

Die Büchse 20 und der Kurbelzapfen 19 ha-

ben gleiche Exzentrizität; durch Drehung der Büchse um den Kurbelzapfen können die Pumpenkolben daher jeden Hub zwischen Null und dem doppelten der Exzentrizität des Kurbelzapfens erhalten.

Die Schieberkästen 12 enthalten Kolbenschieber 33 mit mittleren Köpfen 34 von 'solcEer "tängeTHäffsie die Kanäle 13 genau abschließen, und mit inneren und äußeren Köpfen, die jenseits der inneren und äußeren Öffnungen 35 bzw. 36 der Schieberkästen liegen. Wenn die Schieber sich hin und her bewegen, so wird also der Kanal 13 abwechselnd mit den Öffnungen 35 und 36 verbunden, so daß er Flüssigkeit durch die eine empfängt und durch die andere abgibt.

Dex__Motor_M hat, wie dargestellt, gleichfalls Zylinder in der Halbmesserrichtung und besteht aus einem Kurbelgehäuse 37 mit fünf Zylindern 38, die den Pumpenzylindern gleich, vorzugsweise aber länger sind, und fünf Schieberkästen 380, die in jeder Beziehung mit den Pumpenschieberkästen übereinstimmen; sie sind mit den Motorzylindern durch Leitungen 450 verbunden. Die Motorzylinder haben Kolben^ 39, die mit dem Kurbelzapfen 40 der Motor- \ welle 41 geeignet verbunden sind. Diese Welle list im Kurbelgehäuse in Kugellagern gelagert und ragt so weit aus dem Gehäuse heraus, daß sie mit einer anzutreibenden Maschine oder sonstigen Vorrichtung gekuppelt werden kann. Am inneren Ende der Welle 41 ist ein rechtwinklig gegen den Kurbelzapfen 40 versetzter Kurbelzapfen 42 angebracht. Mit ihm sind Schieber 44 durch Stangen 43 verbunden, die in jeder Beziehung den Pumpenschiebern 33 gleichen. Die Motorwelle wird daher in der einen oder anderen Richtung umgetrieben, je nachdem die äußeren Öffnungen 45 oder die inneren Öffnungen 46 der Schiebergehäuse die Druckflüssigkeit der Pumpe zugeführt erhalten.

An der exzentrischen Büchse 20 ist ein Stirnrad 21 angebracht, das mit einem innen verzahnten Rade 22 kämmt. Das _> letztere bildet einen Teil einer geschlitzten Hülse 23, die einerseits an der Welle 18, anderseits in einem Lager 24 drehbar ist. Ein Teil der Welle 18 innerhalb der Büchse 23 hat Schraubengewinde 25, auf dem eine Mutter 26 läuft. Die Mutter 26 ist mit starr daran befestigten Nocken versehen, die in die Schlitze der Hülse 23 eingreifen. Die Hülse und die Nocken sind von einer Büchse 28 umgeben, deren mittlerer Ringflansch die innere Scheibe eines in einer Muffe 29 angebrachten doppelten Stützkugellagers bildet. Eine später zu beschreibende Einrichtung dient dazu, um die Muffe 29 längs der Welle 18 zu verstellen und dadurch mittels der Schraubenwindungen 25, der Mutter 26 und der Hülse 23 die Büchse 20 in jede gewünschte Stellung gegen den Kurbelzapfen 19 zu verdrehen. Der Ausschlag der Muffe 29 und die Ganghöhe des Gewindes 25 ..sind vorzugsweise so eingerichtet, daß die Büchse 20 um 360° verstellt werden kann, vom vollen Hub über Null wieder zum vollen Hub.

Wenn die exzentrische Büchse um den Kurbelzapfen herum verstellt wird, so bewegt sich 3er Kurbelarm der zusammengesetzten Kurbel mit der halben Winkelgeschwindigkeit der Büchse. Dies ist in Fig. 9 deutlich dargestellt; dort bedeuten die ausgezogenen Kreise die Welle 18 mit dem Drehmittelpunkt bei A, den Kurbelzapfen 19 mit dem, Drehmittelpunkt B und den Außenumfang der exzentrischen Büchse 20 mit dem Mittelpunkt C in der Stellung für größten Hub. Der mit unterbrochenen Linien bezeichnete Kreis zeigt die Stellung der exzentrischen Büchse, nachdem sie um einen Winkel CBC um den Mittelpunkt B des Kurbelzapfens verstellt ist. In dieser Stellung ist C Ä der Kurbelarm der zusammengesetzten Kurbel und seine Bewegung von der Stellung des vollen Hubes wird durch den Winkel CAC angegeben. Der Winkel CBC ist das Komplement des Winkels CBA, während der Winkel CAC nur halb so groß wie das Komplement des Winkels CBA ist, da das Dreieck ABC gleichschenklig ist, wenn die Exzentrizität der exzentrischen Büchse 20 gleich der des Kurbelzapfens ist. ' go

Um also das richtige Bewegungsverhältnis zwischen der Steuerung der Schieber 33 und den Kolben 14 festzuhalten, müssen die Schieber durch ihre Stangen 49 mittels eines Kurbelzapfens 50 von unveränderlichem Hube, aber solcher Verbindung mit der . exzentrischen Büchse gesteuert werden, daß auch er mit der halben Winkelgeschwindigkeit der Büchse verstellt wird.

Die Kurbelwelle 18 ist jenseits des Kurbelzapfens 19 aus zwei Teilen gebildet, einem um ein weniges verjüngten Ansatz 51 des Kurbelzapfens und einer daran unverrückbar . befestigten exzentrisch gebohrten Hülse 52, die so eingestellt ist, daß ihr äußerer Umfang konzentrisch mit der Welle 18 ist; der Zweck dieser Bauart ist, daß die exzentrische Büchse 20 unmittelbar auf den Kurbelzapfen 19 aufgeschoben werden kann, ohne daß sie aus Gründen des Zusammenbaues geteilt zu werden braucht. n₀ Die Hülse 52 ist innerhalb des Lagers 53 von einer drehbaren und verstellbaren Büchse 54 umgeben, von deren geschlossener Seite der Schieberkurbelzapfen 50 ausgeht. Das andere Ende der Büchse 54, nach der exzentrischen Büchse 20 zu, hat einen Flansch, an dem eine Scheibe 55 angebracht ist (s. Fig. 7). Diese hat an ihren gegenüberliegenden Seiten sich senkrecht kreuzende Führungen, durch die an der Kreuzungsstelle eine Öffnung in der Scheibe gebildet wird. In den Führungen gleiten Schuhe 56 bzw. 57. Der Schuh 56, der an der Büchse

20 anliegt, ist drehbar am Ende der Büchse gelagert, der Schuh 57 aber ist an einer Scheibe 58 von gleicher, aber entgegengesetzter Exzentrizität wie die Büchse 20 gelagert, die mit der . 5 Büchse 20 verbunden ist. Bei der Einstellbewegung der exzentrischen Büchse 20 wirkt • diese doppelte exzentrische Verbindung nach dem bekannten Prinzip der gleichschenkligen Schubkurbelkette als Übersetzung im Verhält nis von 1: 2. Wenn aber der Kurbelzapfen 19 und die Büchse 20 als Ganzes um die Mittellinie der Welle 18 umlaufen, so dreht sich auch die Büchse 54 mit ihnen gemeinsam. Wenn die exzentrische Büchse 20 von einer Seite ihrer Nullstellung auf die andere verstellt wird, so bewegt sich die Richtung des virtuellen Kurbelarmes um 180 ° und seine Winkelstellung zu dem Schieberkurbelarm wechselt von 90 ° hinter dem Schieberkurbelarm zu 90 ° davor und umgekehrt. Dadurch wird die Strömungsrichtung der Flüssigkeit in den Leitungen 47 und 48 und zugleich die' Drehrichtung des Motors umgekehrt.

Um die Zentrifugalkräfte der umlaufenden Teile in allen Stellungen der Kurbel mit veränderlichem Hub auszugleichen, ist eine neue Gegengewichtsanordnung vorgesehen. An dem innen verzahnten Rade 22 (Fig. 6) ist drehbar die Nabe eines Gegengewichtes 59 gelagert, das mit der Welle 18 auf Drehung durch eine Mitnehmerplatte 60 verbunden ist, die auf die Welle aufgesetzt ist und eine um die Zähne des Zahnrades herumgeführte und in einen Schlitz in der Oberfläche des Gewichtes 59 eingreifende Zunge hat. Ebenso wird ein zweites Gegengewicht 61 (Fig. 8) von der Welle 18 mitgenommen, das an der Büchse 54 drehbar und mit der Welle 18 durch einen Stift 62 verbunden ist; der Stift durchdringt die Büchse 52 der Welle 18 und greift durch einen Umfangsschlitz der Büchse 54 hindurch in eine Nut der Nabe des Gewichtes 61 ein. Der Schlitz in der Büchse 54 umfaßt etwas mehr als 180 ° des Umfanges der Büchse, so daß der Stift die volle Bewegung der exzentrischen Büchse nicht hindert.. Die Schwerpunkte der Gewichte 59 und 61 liegen diametral entgegengesetzt zum Mittelpunkt des Kurbelzapfens 19. Mit der exzentrischen Büchse 20 fest verbunden sind zwei Gegengewichte 63 und 64, die in der Gestalt dem Gewicht 61 ähneln und deren Schwerpunkt der Exzentrizität der Büchse diametral gegenüberliegt. In Fig. 10, 11 und 12 sind schematisch drei verschiedene Einstellungen der zusammengesetzten Kurbel und der dazugehörigen Gegengewichte dargestellt. Fig. 10 zeigt die Teile in der Stellung des vollen Hubes, Fig. 11 in der Nullstellung und Fig. 12 in einer Mittelstellung. In diesen Figuren stellt A den Drehmittelpunkt, B den Mittelpunkt des Kurbelzapfens 19 und C den Mittelpunkt des Umfanges der exzentrischen Büchse 20 dar. Die Gewichte 59 und 61, die an die Welle 18 angefügt sind, sind durch das in unterbrochenen Linien gezeichnete Gewichtig mit dem Schwerpunkt bei α dargestellt; die Gewichte 63, 64, die sich bei der Einstellung mit der Büchse 20 um den Mittelpunkt B bewegen, sind durch das in vollen Linien gezeichnete Gewicht W₂ mit dem Schwerpunkt bei b dargestellt. Der Schwerpunkt des auszugleichenden Gewichtes, das in den folgenden Gleichungen mit W bezeichnet wird, liegt bei C. In der Stellung für vollen Hub (Fig. 10) liegen > die beiden Schwerpunkte α und b diametral gegenüber C, so daß zum Ausgleich des Systems in dieser Stellung die Summe der Momente der Gewichte W₁ und W₂, bezogen auf den Drehmittelpunkt A, gleich dem Moment des Gewichtes W sein muß; benennt man die Länge des Kurbelzapfens 19 mit r, und die Entfernung der Punkte α bzw. b von ihren zugehörigen Mittelpunkten A bzw. -B mit I₁ bzw. I₂, so kann man dies Verhältnis in folgender Gleichung ausdrücken :

+ W₁I₁ =■ 2rW.

Wenn die Teile in der Nullstellung stehen, wie in Fig. 11, so fällt der Mittelpunkt des Gewichtes W mit dem Drehmittelpunkt α zusammen, und dieses Gewicht ist daher in sich ausgeglichen; dagegen liegen die Schwerpunkte a und b der Gewichte W₁ und W₂ einander diametral gegenüber. Damit in dieser Stellung alle Gewichte ausgeglichen sind, muß das Moment des Gewichtes W₁ gleich demjenigen des Gewichtes W₂ sein, also in Gleichungsform ausgedrückt :

W₂(I₂₊ ν) = W₁I₁.

Aus diesen beiden Gleichungen können die zweckmäßigen Abmessungen der Gegengewichte leicht berechnet werden. Es läßt sich mathematisch nachweisen, daß die Vorrichtung in allen Stellungen ausgeglichen ist, wenn die Momente der Gewichte den obigen Gleichungen entsprechen. Fig. 12 zeigt die Stellung der Teile bei einem zwischen dem vollen Hub und Null liegenden Hub. Man bemerkt, daß die Fortsetzung der Linie C-A, die die Richtung der Zentrifugalkraft des Gewichtes W bezeichnet den Winkel zwischen den Linien a-A und b-A hälftet. Das bleibt bei jeder Einstellung so, weil sich der Kurbelarm der zusammengesetzten Kurbel, der mit der Linie C-A zusammenfällt, beim Verstellen der Büchse mit der halben Winkelgeschwindigkeit der Büchse bewegt.

Der Schieberkurbelzapfen 50 ist gleichfalls mit Gegengewichten versehen, so daß die gesamte Antriebswelle und die damit verbundenen Teile bei jeder Einstellung ausgeglichen sind. Dieser Kurbelzapfen hat unveränder-

lichen Hub und die Ausgleichgewichte sind daher fest daran angebracht, wobei ihr Schwerpunkt dem Kurbelzapfen gegenüberliegt.

Um die Muffe 29 zu verstellen, ist eine mit Druckflüssigkeit betriebene Bewegungsvorrichtung vorgesehen, die hauptsächlich aus fünf wagerechten, am Kurbelgehäuse befestigten Zylindern 30 besteht, die vorzugsweise aus einem Stück mit dem Kurbelgehäuse hergestellt und zwischen den Pumpenzylindern 11 angebracht sind (Fig. 4). Die Zylinder 30 enthalten Kolben 31 mit Kolbenstangen 32, die durch Stopfbüchsen in den Zylinderdeckeln hindurchgehen und mit in der Halbmesserrichtung an der Muffe 29 angebrachten Knaggen verbunden sind. Die Zylinder 30 mit den Kolben 31 sind doppeltwirkend. Eine Schiebersteuerung dient dazu, Druckflüssigkeit zu beiden Enden der Zylinder zu leiten, um die Muffe 29 in beiden Richtungen zu bewegen; die Längsverschiebung der Muffe 29 bewirkt durch das Schraubengewinde 25, 26 die Verdrehung der Hülse 23 und somit der Büchse 20. Wenn die Einstellvorrichtung nicht in Tätigkeit ist, so bleibt die Flüssigkeitsleitung zu den und von den Zylindern 30 geschlossen, so daß die eingeschlossene Flüssigkeit die Muffe 29 in ihrer Stellung festhält.

Die Kurbelwelle des Motors ist in der Zeichnung mit unveränderlichem Hub dargestellt, es ist aber selbstverständlich, daß auch der Motor mit verstellbarem Kurbelhub ausgestattet werden kann, wie in der älteren Patentschrift 213987 dargestellt ist.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Flüssigkeitswechsel- und -wendegetriebe mit vermöge einer um den Kurbelzapfen drehbaren exzentrischen Büchse verstellbarem Kurbelhub der Pumpe, des Motors oder beider, dadurch gekennzeichnet, daß der die exzentrische Büchse (20) tragende Kurbelzapfen (19) etwa denselben Durchmesser wie die Kurbelwelle (18) hat, und zwischen zwei Kurbelwellenlagern (24,53) fest mit der Kurbelwelle (18) verbunden ist..
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, bei dem die exzentrische Büchse durch eine längs der Kurbelwelle verschiebbare Muffe verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Verstellmuffe (29) und die exzentrische Büchse (20) ein Getriebe (21, 22, 23) mit unveränderlicher Übersetzung ein- ' geschaltet ist, von dem ein Glied (23) die Kurbelwelle (18) an der Lagerstelle umschließt.
3. 3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (18) und die exzentrische Büchse (20) je mit Gegengewichten (59, 61; 63, 64) verbunden sind.
4. 4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die-Gegengewichte (59, 61; 63, 64) so bemessen sind, daß ihre Zentrifugalmomente in der Nullstellung der verstellbaren Kurbel (19, 20) einander gleich und entgegengesetzt sind, und die Resultante ihrer Zentrifugalmomente bei vollem Hub der Kurbel gleich und entgegengesetzt dem Zentrifugalmoment des zusammengesetzten Kurbelzapfens (19, 20) ist.
5. 5. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkurbelzapfen (50) der Maschine an einer einen Zapfen (51, 52) der Kurbelwelle 18) umschließenden Büchse (54) angebracht ist, die mit der exzentrischen Büchse (20) durch ein Getriebe (55. 56, 57, 58) mit der Übersetzung 1: 2 verbunden ist.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.