DE296450C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe zur Umwandlung einer hin und her gehenden Bewegung in eine rotierende Bewegung, welches zur Übertragung der Bewegung eines Kolbens auf eine Kurbelwelle dienen kann.

Es ist bekannt, derartige Getriebe so auszuführen, daß die Kurbelstange mit dem Kolben durch ein allseitig bewegliches Gelenk verbunden ist; hierdurch wird zwar eine ein-

k fache Gestaltung der Schubstange und ihrer Verbindung mit dem Kolben erreicht, nicht

aber bei ungenauer Lagerung der feststehenden Teile, also der Wellenlager und des Zylinders,

^X5 ein Klemmen im Kurbelzapfenlager vermieden, wie aus den Fig. 3 bis 8, welche die Verhältnisse schematisch, der Deutlichkeit halber in übertriebener Weise, darstellen, zu ersehen ist. Bei einem solchen einfachen Kurbelgetriebe läßt sich ein Klemmen des Kurbelzapfenlagers zwar dadurch vermeiden, daß die Flügelstange in gleichfalls bekannter Weise nicht nur mit dem Kolben, sondern auch mit der Welle durch ein allseitig bewegliches Gelenk verbunden ist (Fig. 9 und 10). Durch eine Übertragung dieser bekannten Anordnung auf das Getriebe eines von der Welle abliegenden Kolbens würden jedoch nicht Klemmungen zwischen den bewegten und den feststehenden Teilen verhütet werden, da bei diesen Getrieben nicht allein bei falscher Lagerung der feststehenden Teile, sondern auch in den bewegten Teilen solche Form- und Lagenänderungen eintreten, können. Bei den bisher bekannten Getrieben zur Umwandlung der hin und her gehenden Bewegung eines von der Welle abliegenden Kolbens in eine drehende Bewegung sind durch diese Nachteile große betriebstechnische Schwierigkeiten hervorgerufen worden (Fig. 11 bis 14). Bei solchen Getrieben mit von der Welle abliegendem Kolben überträgt dieser seine Bewegung auf die Welle durch ein am Kolben angebrachtes Querhaupt und zwei unmittelbar an diesem Querhaupt angreifende, seitlich vom Zylinder schwingende Flügelstangen. Das zwischen dem Kolben und den Flügelstangen nötige Gelenk wird dabei entweder in die Flügelstangenenden, also zwischen Flügelstangen und Querhaupt, oder zwischen Querhaupt und Kolben gelegt. Ein derartiges Getriebe arbeitet einwandfrei, solange die Achse des Gelenkes zwischen Flügelstangen und Kolben stets genau parallel zur Wellenmitte liegt. Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß derartige Getriebe, auch wenn sie anfänglich genau eingestellt waren und gut arbeiteten, bald Störungen unterliegen können, welche die Ur- , sache zu einer falschen Beurteilung der ganzen Maschine sein können.

—r-

Diese Störungen hängen damit zusammen, daß infolge von Herstellungs- oder Aufstellungsfehlern oder infolge ungleicher Abnutzung der Lagerschalen, oder einseitiger Erwärmung der Flügelstangen, oder wegen Formänderungen der Kurbelwelle o. dgl. Unterschiede in den Abständen der Flügelstangenendpunkte vom Wellenmittel eintreten, so daß das Querhaupt und damit häufig auch der mit ihm verbundene Kolben bestrebt sind, sich schief zu stellen. Diese Schiefstellung wiederum hat ein Klemmen der Gelenke zwischen Flügelstangen und Kolben, also erhöhte Reibung und 'Abnutzung derselben, sowie einseitiges Aufliegen, vermehrte Abnutzung und größere Reibung und Erhitzung des Kolbens zur Folge.

Gemäß vorliegender Erfindung werden diese

: Übelstände dadurch beseitigt, daß die Flügelstangen mit dem hin und her gehenden Maschinenteil (Kolben) in der Weise verbunden werden, daß sie außer der Bewegung in ihrer Hauptschwingungsebene, d. i. die Ebene des Kurbelkreises, auch noch eine Bewegung in einer Ebene, welche senkrecht zur ersten Bewegungsebene liegt, ohne Zwang ausführen können (Fig. 15 und 16).

Diese doppelte Beweglichkeit der Flügelstangen wird¹ in folgender Weise erzielt: Es

30. werden sowohl die Flügelstangen mit dem Querhaupt als auch das Querhaupt mit dem Kolben gelenkig verbunden; dabei werden entweder die Gelenke zwischen Flügelstangen und Querhaupt oder das Gelenk zwischen Querhaupt und Kolben so ausgeführt, daß sie Bewegungen des einen Teiles gegenüber dem anderen mindestens nach zwei aufeinander senkrechten Richtungen, wovon eine in die Hauptschwingungsebene der Flügelstangen fällt, gestatten. Zu diesem Zweck werden diese letztgenannten Gelenke entweder als Kugelgelenke oder als Kreuzgelenke (sogenannte kardanische Gelenke) ausgebildet. Das andere Gelenk bzw. die anderen Gelenke, welche eine Schwingung nur in einer Ebene gestatten, haben sowohl bei Anordnung zwischen Kolben • und Querhaupt als auch bei Anordnung zwischen Querhaupt und Flügelstangen stets solche Achsenrichtung, daß die Schwingung um diese einfachen Gelenke in einer zur Hauptschwingungsebene der Flügelstangen senkrechten Ebene erfolgt.

Auf der Zeichnung zeigt Fig. 1 schematisch eine bekannte Anordnung des Getriebes einer kreuzkopflosen Gegenkolbenmaschine. An dem von der dreifach gekröpften Kurbelwelle 5 abliegenden Kolben 1 ist das Querhaupt 3 starr befestigt; am Querhaupt greifen die nach der Welle 5 führenden seitlichen Flügelstangen 4, 4 mit einfachen Zapfengelenken an; letztere gestatten zwanglose Schwingung nur bei genauer Parallelität zwischen Gelenkachse und Wellenachse und bei genau senkrecht zur Achse der Gelenke verlaufender Schubstangenrichtung.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung, und zwar ist der Deutlichkeit halber nur ein Teil der Kolbenstange und das Querhaupt dargestellt, während der Kolben und die seitlichen Flügelstangen selbst nicht eingezeichnet s'ind; diese Teile können in allgemein bekannter Weise ausgeführt sein.

Bei der dargestellten Anordnung ist die Kolbenstange 2 im Kolben starr befestigt. Das freie obere Ende der Kolbenstange ist gegabelt und mit Zapfenlagern 10, 11 versehen, welche die seitlichen Zapfen des Ringes 12 aufnehmen. In diesem Ring 12 ist das Querhaupt 3 drehbar gelagert; an seinen Enden ist es gegabelt und trägt die Zapfen 13, an welchen die Schubstangen angreifen. Die Λ Achse der Zapfen 13 liegt dabei in Richtung ^ der Hauptschwingungsebene der Schubstangen, so daß das Querhaupt 3 die Schwingungsbewegung der Schubstange mitmachen muß und sich dabei im Ring 12 dreht.

Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, kann bei dieser Anordnung das Querhaupt 3 außer dieser Hauptbewegung auch völlig üngehindert Schwingungen in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsebene der Flügelstangen ausführen, wobei sich das Querhaupt gegenüber dem Kolben in Lagern 10, 11 dreht, während die Flügelstangen sich gegenüber dem Querhaupt in den Lagern 13 bewegen. Bei dieser Anordnung kann also auch bei ungleicher Länge der Schubstangen, bei ungenauer Herstellung der Maschine oder bei ungleicher Abnutzung u. dgl. in dem Getriebe zwischen Kolben und Flügelstangen niemals ύ ein Ecken oder Klemmen, ungleiche und un- ^ bestimmte Kräfteverteilung eintreten.

An Stelle des den Kolben mit dem Querhaupt verbindenden kardanischen Gelenkes kann auch eine Kugelgelenkverbindung treten.

Erfindungsgemäß kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß zwischen dem Kolben und dem Querhaupt ein einfaches Gelenk angeordnet ist, dessen Achse so liegt, daß es eine Schwingung des Querhauptes in einer zur Hauptbewegungsebene der Flügelstangen senkrechten Ebene gestattet, und daß die Verbindung des Querhauptes mit den Flügelstangen durch Gelenke erfolgt, welche Bewegungen in zwei aufeinanderstehenden senkrechten Richtungen gestatten, also beispielsweise durch Kugelzapfen oder durch Kreuzgelenke. • Zur Erklärung ist in den Fig. 3 bis 16 schematisch, der Deutlichkeit wegen in übertrie-

benem Maßstabe, dargestellt, welche Wirkungen bei dem Getriebe gemäß der Erfindung im Gegensatz zu den an Einkolben- und Gegenkolberim aschinen bekannten Getrieben eintreten.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Einkolbenmaschine mit nicht genau senkrecht zur Welle ausgerichtetem Zylinder bei verschiedenen Kolbenstellungen, Fig. 6 bis 8 eine gleiche Maschine mit einem seitlich versetzten Zylinder. Wird das gewöhnliche Zapfenlager 15 zur Verbindung der Kurbelstange 4 mit der Kurbelwelle 3 beibehalten, so klemmt das Zapfenlager bei diesem Getriebe, auch wenn die Kurbelstange 4 mit dem Kolben 1 durch ein allseitig bewegliches Gelenk 14 verbunden ist. Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Einkolbenmaschine, bei welcher selbst bei nicht senkrecht zur Kurbelwelle stehendem oder seitlich versetztem Zylinder ein Klemmen des Zapfenlagers nicht eintritt, wenn in bekannter Weise zwischen Zapfenlager 15 und Kolben 1 zwei allseitig bewegliche Gelenke 14 und 16 angebracht sind.

Die Fig. 11 bis 14 zeigen die Verhältnisse, die bei den bisher angewandten Getrieben der von der Welle abliegenden Kolben selbst dann eintreten, wenn die festen Teile, wie der Zylinder, richtig montiert sind. Änderungen in den bewegten Teilen, besonders eine Änderung in der Stangenlänge oder eine ungleiche Höhenlage der Kurbeln stellen sich bei diesen Getrieben im Betriebe immer ein. Selbst durch die beste Montage können diese durch den Betrieb bedingten Änderungen nicht verhindert werden.

Fig. 11 zeigt das Getriebe, bei welchem der Kolben 1 mit dem Querhaupt 3 starr verbunden, das Querhaupt mit den Flügelstangen 4 aber durch allseitig bewegliche Gelenke ) 14 verbunden ist, richtig montiert und eingestellt. Längt sich die linke Stange während des Betriebes, so hat der Kolben das Bestreben, sich schief einzustellen, wie in Fig. 12 dargestellt ist. Da er daran durch den richtig montierten Zylinder verhindert wird, so klemmt der Kolben im Zylinder, und es treten zusätzliche Beanspruchungen in den Stangen, der Welle und den Gelenken auf, und somit starke Reibung und Abnutzung.

Ähnlich liegen die Verhältnisse bei einem anderen bekannten Getriebe gemäß Fig. 13, nach welcher ein allseitig bewegliches Gelenk 14 zwischen Kolben und Kolbenstange angebracht ist, während die Kolbenstange mit dem Querhaupt 3 und dies mit den Stangen 4 starr verbunden ist.

Fig. 13 zeigt die Getriebe richtig montiert und eingestellt. Längt sich im Betriebe die linke Stange aus den erwähnten oder anderen Ursachen, so will, wie Fig. 14 zeigt, der Kolben seitlich ausweichen, wird aber daran durch den Zylinder gehindert. Wieder treten infolgedessen zusätzliche Kräfte, in diesem Falle auch Biegungsbeanspruchungen, in den Stangen, dem Querhaupt und den Kolbenstangen auf und erhöhen die Reibung und Abnutzung.

Die Fig. 15 und 16 zeigen, daß bei einem Getriebe gemäß der Erfindung selbst bei Verkürzung einer Schubstange (Fig. 16) etwa infolge von Temperaturunterschieden kein Klemmen des Kolbens 1 oder der Zapfenlager 15 eintritt.

In den Fig. 15 und 16 ist 17 ein allseitig bewegliches Gelenk, welches die fest mit dem Kolben 1 verbundene Kolbenstange 2 mit dem Querhaupt 13 verbindet; mit 13 sind, ebenso wie in Fig. 2, die einfachen Gelenke zwischen dem Querhaupt und den Kurbelstangen bezeichnet. "

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist namentlich dann von Wichtigkeit, wenn es sich um Maschinen handelt, bei welchen das sogenannte Hubverhältnis, d. i. das Verhältnis von Gesamthub des oder der Arbeitskolben zum Zylinderdurchmesser, groß ist, da bei diesen Maschinen die Formänderungen der Welle während des Betriebes ebenfalls verhältnismäßig groß ausfallen. Diese Formänderungen treten aber naturgemäß bei der Herstellung und dem Aufbau der Maschine nicht in Erscheinung, so daß man bisher diesen Einflüssen bei der Getriebekonstruktion zu wenig Rechnung trug oder sie ganz vernachlässigte, was zur Folge hatte, daß sich häufig Betriebsschäden ergaben. Da diese aber in der Regel erst längere Zeit nach Inbetriebnahme der Maschine voll zutage traten, war es schwer, die Ursache dieser Mängel zu ergründen.

Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung können die infolge der Formänderungen der Getriebeteile während des Betriebes sich ergebenden gegenseitigen Bewegungen dieser einzelnen Teile vollkommen zwanglos erfolgen, wodurch die Betriebssicherheit derartiger Maschinen ganz wesentlich erhöht wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Getriebe zur Umwandlung einer hin und her gehenden Bewegung in eine rotierende Bewegung, bei welchem die geradlinige Bewegung mittels eines Querhauptes und . zweier an den Enden dieses Querhauptes direkt angreifender, schwingender Schubstangen zur Welle übertragen wird, · dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der geradlinig bewegte Teil (Kolben) mit dem Querhaupt als auch letzteres mit den Flügelstangen in der Weise gelenkig verbun-

   den ist, daß entweder das Gelenk zwischen Kolben und Querhaupt oder die Gelenke zwischen Querhaupt und Flügelstangen Be-

   die übrigen Gelenke zwischen Querhaupt und Flügelstange bzw. das übrige Gelenk zwischen Querhaupt und Kolben so an-

   wegungen mindestens nach zwei aufeinan- j geordnet sind, daß sie eine Schwingung

   der senkrechten Richtungen gestatten, wo- i der durch sie verbundenen Teile in einer

   von eine Richtung in die Hauptschwin- i Ebene senkrecht zur Hauptschwingungs-

   gungsebene der Flügelstangen fällt, während ^; ebene der Flügelstangen gestatten.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.