DE2941515A1

DE2941515A1 - Kurbeltriebwerk fuer hubkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2941515A1
Application number: DE19792941515
Authority: DE
Inventors: Ivan Dipl.-Ing. 8000 München Sotirov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-10-12
Filing date: 1979-10-12
Publication date: 1981-04-23

Description

KURBELTRIEBWERK FÜR HUBKOLBEN-
MASCHINEN Die Erfindung betrifft ein Kurbel triebwerk für Hubkolbenmaschinen deren Pleuelstangenlänge gleich der Kurbelwellenexzentrizität ist und deren Pleuelstangenform eine Exzenterscheibe darstellt, welche sich geradlinig bewegt und die Kurbelwellenachse zweimal Je Kurbelwellenumdrehung durchläuf Bei derartigen Triebwerken, die als Kardankreisübertragung bekannt sind, ist der Massenausgleich durch einfache Mittel vollständig erreichbar.
Motoren mit Kardankreistriebwerke sind vielfältig bekannt: sowohl mit drehenden oder stehenden Zylindern als auch mit oder ohne Zahnradübertragung ("Einteilung der Rotationskolbenmascìlinen' Deutsche Verlag Anstalt Seite 16 und Tafel 11).
Bei die Maschinen mit stehenden Zylindern und Zahnradübertragungen (DP 808 992, OS 2750053), stützt sich der Drehmoment auf die feststehendem Zahnkranz. Damit bleiben die Kolben verschönt von seitlichen Kraftkomponenten, welche sehr gross sind, da die Pleuelstangenlänge minimal ist. 1ungünstig für diese Maschinen ist jedoch zwangsläufig übergross ausfall ende Kurbelwellenexzentrizität.
Zur Lösung dieses Problem werden die Ktlrt)elwellen getrennt und oft mit einer dritten Welle verbunden.
Bei Maschinen mit Kardankreistriebwerk ohne Zahnräder stützt sich der Drehmoment auf die Zyl.inderfläche ( 52527, OS 2 623 144).
Dadurch sind die Kolben bzw. Zylinderfläche seitlich sehr stark belastet, da wie schon oben erwähnt wurde, die Pleuelstangenlänge minimal ist.
Für so beschriebenes Triebwerk ohne Zahnräder reicht allein ein Kolbenpaar nicht aus. Es wird deshalb noch mindestens ein Kolbenpaar auf den gleichen Kurbelzapfen angebracht, das vorzüglich senkrecht auf das erste Kolhenpaar läuft, wobei die beide Pleuelscheibe fest miteinander verbunden sind, damit die Kardankreis-Ubertragung funktionieren kann. I)adurctl wird aber das Verhiltnis Bauraum zu Arbeitsraum ("Einteilung der Hotationskolbenmaschinen" Seite 16) ungünstig gestaltet.
Zur lösung diesce Prohlems wird anstelle des zweiten Kolbenpaares eine Kurze Gleitfläche konstruiert, was die Reibungsverluste pro Kolbenpaar zusätzlich vergrössert.
Bei Maschinen mit Kardankreistriebwerk mit nur kreisende Zahnräder oder mit drehenden Zylindern (DP 595824, US Patent 2683422), sind ebenso seitliche Kraftkomponente auf den Kolben wirkend vorhanden.
Ein Lösung dieses Problems ist z.H. die Kombination von zwei regenseitig drehenden Kurbelwellen, was aber bei gewöhnlichen Hubkoinenmaschinen auch möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgahe zugrunde die Zahnradübertragung so zu gestalten, daß damit sowohl die Kolben durch Drehmomentreaktionen nicht zu belasten, wie auch die Kurbelwelle mit belieotge Exzentrizität und Ahmessungen entwerfen z,i können.
Die Exzentrizität und die Abmessungen der Kurbelwelle können durch Auswahl der Zahnräderdurchmesser und durch beliebiges Einsetzen des Pleuelzahnringes um das Innenzahnrad, frei gestaltet werde.
Die Maschine kann als Boxer-, Stern-, Reihen-, oder V-Motor sowie Ein- oder Mehrzylinderanordnung gebaut werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonderen darin, daß dur; ½ e Ges tal tungsmöglic}'kei te de Kurbewelle und der Zylinderanordnung das Verhältnis Bauraum zu Arbeitsraum sehr günstig gestaltct werden kann. Dabei sind keine seit' her Korponenten der Drehmomentsreaktion auf die Kolben übertragbar.
Die Pleuelscheibe durchführt ihre geradlinige Bewegung auch ohne die Kolben bzw. endere Gleitbahnhilfe.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben: Fig. 1 Längsschnitt des Kurbeltriebwerkes, Fig. 2 Seiten schematische Ansicht des Kurbeltriebwerkes, Fig. 3 Seiten schematische ansicht Cs Kurheltriebwerkvariantes mit doppelter Zahnra@@betragung, Fig. 4 Perspektive des urbeltriebwerkes, Fig. 5 Kurbelzapfenzwischenlagerung zwischen zwei Pleuelscheiben, Längsschnitt, Fig. 6 Kurbelzapfenzwischenlagerung zwischen zwei Pleuelscheiben, Querschnitt, Fig. 7 Kurbelzapfenzwischenlagerung über Pleuelscheibe, Längsschnitt, Fig. 8 Kurbelzapfenzwischenlagerung über Pleuelscheibe, Querschnitt.
Fig. 9 Perspektive von Fig. 8 jedoch ohne die lagerschale.
Fig. 10 Kolbenvariante.
Die Kurbelwelle besteht aus Grundlagerzapfen 8. Wangen 9 und Kurbelzapfen 10. Sie ist gelagert in Lagergehäuse 5. Fest an das Lagergehäuse um den Grundlagerzapfen 8 bzw. an die Lagergehäuse 5 ist der Grundzahnring 1 angebracht. Das kussettahnrad 6 ist fest an die Aussenwelle 2 angebracht, welche Welle gelagert in der Wandung 9 ist. Das innere Zahnrad 3 ist fest an die Aussenwelle 2 auf der inneren Seite der Wange angebracht. Der Pleuelzahnring 4 ist um die Kurbelzapfen gelagert und mit der Pleuelscheibe 7 fest verbunden. Aussenzahnrad 2 ist gekoppelt mit dem festen Grundzahnring 1. Zahnräder 2 und 4 sind ebenso miteinander gekoppelt.
Wenn die Kurbelwelle sich dreht, rotiert die Aussenwelle 6 mit der Geschwindigkeit welche von Aussenzahnrad 2 durch das Abrollen um den Grundzahnring 1 bestimmt wird. Mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit dreht sich Innenzahnrad 3 , da es fest mit Zahnrad verbunden ist. Pleuelzahnring 4 kreist mit dem Kurbelzapfen 10 in Richtung der Kurbelwellendrehung, dreht sich jedoch um die eigene Achse im entgegengesetzter Richtung und steuert die fest mit ihm verbundene Pleuelscheibe 7.
Die Drehung des Pleuelzahnringes 4 entspricht genau der Drehung, als ob es innerhalb eines innenverzahnten Ringes, der doppelt so groß ist, abrollen würde. Wenn die Übertragungsverhältnisse zwischen Grundzahnring 1 und der Pleuelzahnring 4, 2:1 betragen, dann entspricht die Bewegung des Pleuelzahnringes, bzw. der Pleuelscheibe dijenige der Kardankreisübertragung.
Die Übertragung wird nach der folgenden Formel berechnet: Grundzahnring Ennenzahnrad 2 Aussenzahnrad Pleuelzahnring 1 Beispiel 1. Grundzahnring A = 32 Zähne Aussenzahnrad B = 20 Zähne Innenzahnrad C = 25 Zähne Pleuelzahnring D = 20 Zähne 32 2S ~ 800 ~ 2 20 A 20 - 400 - 1 Beispiel 2. A ~ 2 C I 1 A C 2 1 2 B 1 D = 1 B t D =1 W=1 Der Massenausgleich kann durch Gegengewichte voll ausgeglichen werden.
Die Pleuelscheibe führt ihre harmonische geradlinige Bewegung ohne Kolbenhilfe und deshalb ist beliebige Anordnung der Zylinder möglich: Hoxer-, Reihen-, V-Motoren, Ein- oder Mehrzylindermaschinen, sowie eine Kröpfung für mehrere Kolben. in Reihenmotoren.
Die Dimensionierung der Kurbelwelle sowie ihre Exzentrizitätsbestimmung hat große Spielraum, da es sowohl durch die Größe der Zahnräder und -ringe als auch durch beliebiges Schwenken des Pleuelzahnringes 4 um das Innenzahnrad 3 festzulegen ist.
Eine Zahnradübertragung kann auch an jeder Kurbelwange montiert werden.
Auch innerhalb einer Wange können mehr als eine Übertragung zwischen Grund- und Pleuelring 1 und 4, bestehend aus Aussenwelle, Aussenzahnrad und Innenzahnrad, gebaut werden. Beispiel mit einer doppelten Übertragung innerhalb eine Wange zeigt Fig. 4.
Auf Grund eines vollst.tndiE,en Massenausgleiches, kann eine Maschine mit mehreren Kolben bzw. Pleueischeiben pro Kurbelzapfen gebaut werden. Das ist dargestellt in Fig. 7.
Eine Kurbelzapfenzwischenlagerung zwischen zwei Pleuelscheibensätzen 7 ist gezeicgt in Fig. 5 und Fig. 6.
Wenn ein ganzer Kurbelzapfen mit nur einem Pleuelscheibensatz und eine oder zwei Zahnradiibertragungen an beide Wangen gebaut ist, dann wird die Kllrbelzapfenzwischenlagerung über die Pleuelscheibe angebracht, welche an dieser Stelle rundförmig gestaltet ist: 15, in Fig. 7 und Fig. 8.
Die Kurbelzwischenlagerung bestehend aus Scheibe 13 und zwei Gegengewichten 14, ist um die Kurbelwellenachse gelagert.
Ihre Exzenterbohrung ist für die Lagerung der Kurbelzapfen 10 oder für die Kurbelzapfen 10 und Pleuelscheibe 15 zugleich, wie Fig. 5,6,7,off und 9 zeigen, bestimmt.
Die Kolben und die Kolbenstangen bewegen sich nur geradlinig.
Aus diesem Grund ist eine sehr kleine Hubverschiebung zwischen Kolbenstange und Kolben in Fig. 10 dargestellt. Starke Federung in beide RlchtuJIgen aerden erst dann deformiert, wenn die Drücke gefahrliche Grenze überschreiten. So kann man Lagerungen und andere Übertragungen vor kurze sehr hohe Drücke, wie z. B.
Selbstzündung, schlitzen. Auch bei klassische Motoren kennen solchen Kolben Anwendung finden, wenn Kolbenbolzen unten die Federungen angebracht werden.
Bei einer weiteren Ausbildung der ERfindung sind Die Kolbenstang.
bzw. Unterteil des Kolbens gegenüber der Kolben selbst nur in einen Richtung zu verschieben möglich: nur zu einander und nicht auseinander, da die zu hohe Drücke laufen von Brennkammer zu Kurbelwelle.

Claims

PATENTANSPRÜCHE Kurbeltriebwerk für Hubkolbenmaschinen deren Pleuelstangenlänge gleich der Kurbelwellenexzentrizität ist und deren Pleuelstangenform eine Exzenterscheibe darstellt, welche geradlinig sich bewegt und die Kurbelwellenachse zweimal je Kurbelwellenumdrehung durchläuft, d a d u r c h g e k e n n z e i -c h n e t , daß ein aussenverzahnter Grllndzahnring fest um die Grundlager der Kurbelwelle angebracht ist, ein Aussenzahnrad mit dem Grundzahnring, gekoppelt, fest an eine Aussenwelle angebracht und in der Kiirbe1wane gelagert ist, ein InnPnzahnrad an die gleiche Aussenwelle auf der Innenseite der Kurbelwange fest angebracht ist, eine Pleuelzahnring um die Kurbelzapfen gelagert, mit der Pleuelscheibe fest verbunden und mit der Innenzahnrad gekoppelt ist, wobei die Übertragungsverhältnisse zwischen Grund- und Pleuelzahnring 2:1 betragen.
2. Kurbeltriebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Übertragungsverhältnisse zwischen den Zähnezahlen vom Grundzahnring zum Aussenzahnrad multipliziert mit Innenzahnrad zum Pleuelzahnring 2:1 ergibt = Grundzahnring Innenzahnrad - 2 Aussenzahnrad Pleuelzahnring - 1
3. Kurbeltriebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Anspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität und die Abmessungen der Kurbelwelle durch Auswahl der Zahnrädergröße zu gestalten ist.
4. Kurbeltriebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Anspruch 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität der Kurbelwelle durch beliebiges Einsetzen des Pleuelzahnringes um das Innenzahnrad zu gestalten ist.
5. Kurbeltriebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet ist, daß ein zweites Aussenzahnrad ebenso gekoppelt mit dem Grundzahnring auf eine gemeinsame zweite Aussenwelle mit einer zweitem Innenzahnrad drehbar in der Kurbelwange so angebracht werden kann, daß das zweite Innenzahnrad auch wie das erste Innenzahnrad an dem Pleuelzahnring gekoppelt ist, womit eine doppelte Zahnradverbindung zwischen Grundzahnring und Pleuelzahnring entsteht.
6. Kurbeltriebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige Anzahl von Verbindungen, soweit erforderlich und möglich ist, wischen Grundzahnring und Pleuelzahnring hergestellt werden können, wobei alle Aussenzahnräder unten sich und alle Innenzahnräder unten sich nicht miteinander gleich zu sein brauchen.
7. Kurbel triebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Kurbelzapfen beliebig viele Pleuelscheiben für beliebig viele einzelne Kolben bzw. Kolbenpaare, in beliebig viele Richtungen angebracht werden können.
8. Kurbel triebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenn mehr als eine Pleuelscheibe um einen und denselben Kurbelzapfen gelagert angebracht sind, um verschiedene Kolben zu verbinden, können sie miteinander fest verbunden werden.
9. Kurbel triebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kolbenstange kann eine oder zwei gegenüberliegende Kolben verbinden.
10. Kurbeltriebwerk fiir Hubkolbenmaschinen nach Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine kann als Boxer-, Stern-, Reihen- oder V-Motor, sowie Ein- oder Mehrzylinderanordnung gebaut werden.
11. Kurbeltriebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pleuelscheibe bzw. Pleuelscheibensatz kann huber beide anliegende Kurbelwangen mit jeweils zwei Grundzahnringen durch ein links und ein rechts Einzel-, Doppel-oder Mehrzahlzahnradübertragungen verbunden werden.
12. Kurbel triebwerk für Hubkolbenmaschinen nach Ansprüche 1 bis 6, 9, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Maschinen mit mehrere Zylindern mit jede Kurbelkröpfung nur.eine Kolben bzw. Kolbenpaar durch eine Pleuelscheibe verbunden werden kann.
13. Kurbel triebwerk für HubkolbelkmascElinen nach Ansprüche 1,7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daD idig Kurbelzapfen zwischengelagert werden kann.
14. Kurbel triebwerk für Hubkolhenmaschinen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kurhelzapfenzwischenlagerung aus einer exzentrischen Lagerscheibe besteht, welche von aussen in feste Lagergehäuse rotiert und die Kurbelzapfen in einer exzentrischen Bohrung in der Lagerscheibe gelagert ist.
15. Kurbeltriebwerk für Huhkolhenmaschinen nach Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Lagerscheibe Gegengewichte hat.
16. Kurbeltriebwerk nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeciichnet, daß die Pleuelscheibe an Lagerstelle in der Lagerscheibe keine exzentrizität aufweist.
17. Kolben für Hubkolbenmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben aus zwei Teile besteht, die miteinander mit Federn verbunden sind und kurze Verschiebungen in beiden Richtungen entlang die Kolbenachse zueinander ausführen können.
18. Kolben für Hubkolbenmaschinen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Federn erst bei Überscreiten von zulässige Drücke Federdeformieren in sehr kurze Wege ermöglicht.
19. Kolben für Hubkolbenmaschinen nach Ansprüche 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile des Kolbens nur in eine Richtung, zu einander, und nicht auseinander sich verschieben können.