DE3546276A1

DE3546276A1 - Getriebe zur umwandlung einer oszillierenden translations- oder rotationsbewegung in eine kontinuierliche rotationsbewegung

Info

Publication number: DE3546276A1
Application number: DE19853546276
Authority: DE
Inventors: Joachim 7580 Bühl Rühlemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-12-28
Filing date: 1985-12-28
Publication date: 1986-04-30

Description

Getriebe zur Umwandlung einer oszillierenden Translations- oder
Rotationsbewegun in eine kontinuierliche Rotationsbewegung Stand der Technik In Hubkolbenmaschinen wird die oszillierende Translationsbewegung der Kolben durch den Kurbeltrieb in eine kontinuierliche Drehbewegung der Arbeitswelle umgewandelt. Dieses Triebwerk ist in der Lage, Rotations- und Translationsbewegungen gegenseitig ineinander umzuwandeln. Neben einfachem Aufbau, einfacher Wirkungsweise besitzt der Kurbeltrieb den besonderen Vorteil, daß er die Anwendung den Arbeitsraum flächenhaft abdichtender Verdrängerelemente erlaubt, welcne nicht zuletzt durch ihre harmonische Bewegung einer Arbeits-oder Kraftmaschine eine bisher unerreichte Effektivität verleihen.
Sieht man von Ausnahmen ab, so bestehen seine funktionsbedingten Nachteile im wesentlichen darin, daß die Arbeitstakte bei einer Kraftmaschine durch Vorrichtungen gesteuert werden müssen,und daß die einzelnen Triebwerksbauteile jeweils unterschiedliche Bewegungen ausführen, beispielweise Rotations- oder Translationsbewegungen, die sich in ihrer Gesamtheit im Sinne von Laufruhe und niedrigem Betriebsgeräusch nur mit hohem technologischem Aufwand vollständig auswuchten lassen. Außerdem wird der Kolben während seines Hubes in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren durch sich stets -in Größe und Richtung ändernde Kräfte belastet, deren Komponenten zwischen Kolben und Zylinderwandung und in den Triebwerkslagerstellen wirkungsgrad- leistungssenkende Reibung erzeugen.
Zahlreiche Vorschläge zur Verbesserung der Wirkungsweise von Hubkolbenmaschinen beziehen sich deshalb auf die Bauteile des Kurbeltriebs, auf deren Anordnung, konstruktive Ausbildung und deren gegenseitige funktionelle Verkrüpfung.
Vorteile der Erfindung Es wird ein Getriebe vorgeschlagen, welches die drehrichtungsabhängige, formschlüssige Verbindung zwischen Kolben und Kurbelwelle durch eine Verzahnung mit integriertem Freilauf derart trennt, daß zwar der Kolben die Gaskräfte auf die Arbeitswelle, aber die Arbeitswelle rückwirkend keine Kräfte auf den Kolben übertragen kann. Es ist ein Getriebe auf dieser Basis bekannt, bei welchem der Kolben mittels Zahnstange und Freilauf mit der Arbeitswelle verbunden ist. Während die Zahnstange die Gaskräfte auf die Arbeitswelle überträgt arbeitet sie gleichzeitig gegen ein Federnsystem oder einen Druckspeicher,welche den Kolben in den oberen Totpunkt zurückführen.In Verbindung mit einem Rechner, welcher die Betriebsparameter des Motors erfaßt und daraus die erforderliche Einspritzmenge bestimmt, werden dabei auch bei mehrzylindrischen Maschinen interessante Betriebwerte erzielt.
Die vorliegende Erfindung schlägt darüber hinausgehend Getriebebauarten vor, welche eine kontinuierliche Kraftübertragung auf die Arbeitswelle für beide Bewegungsrichtungen des Kolbens gestatten.
Auf dieser Basis lassen sich Kraftmaschinen mit geringem Leistungsgewichten für Freikolben- oder Gegenkolbenmaschinen bauen, wobei unabhängig von der Zytirderanzah1*steRs.e.n vollständiger Ausgleich der Massenkräfte ohne.tusstzlichgr*ÅuSsamwd möglich ist. Zugleich lassen sich die Auswuchtsysteme zur Aufladung oder Vorverdichtung ausnutzen. Der Vorteil dieser Notorenbauweise liegt in einer kaum zu überbietenden Einfachheit. Hierdurch wird beispielsweise der Bau von Druckluftmotoren möglich, welche bei niedriger Drehzahl und niedrigem Betriebsgeräusch hohe Drehmomente bereitstellt.
Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Fig.1 und 2 die einwellige Ausführung diese Getriebeprinzips milder Kraftibertragung für eine Bewegungsrichtung des Kolbens, Fig.3 eine zweiwellige Getriebeausführung zur Kraftübertragung für beide Kolbenbewegungsrichtungen, Fig.4 die Darstellung des Getriebeprinzips für eine Bauweise mit einem Zugmittelgetriebe, Fig.5 eine regelbare Getriebeausführung, Fig.6 die Bauweise für einen Antrieb durch eine oszillierende Schwenkbewegung, Fig.7 und 10 ein Ubertragungsprinzip für eine oszillierende Translations-und Rotationsbewegung mittels Zugmittelgetriebe und Fig.8 und 9 Auswchtsysteme für Translations- und Rotationsbewegungen.
Beschreibung und Erläuterungen der Ausführungsbeispiele und Darstellungen In Fig.1 und 2 werden einwellige Getriebeausführungen, beispielsweise für Kraftmaschinen,dargestellt, in welchen ein oder zwei Kolben über eine Zahnstange 4 auf die Antriebsräder 5 einwirken, indem das Zahnrad 5 die Zahnstangenbewegung 14 mittels Freilauf u in eine gleicasinnige Drehbewegung 12 der Arbeitswelle 1 umwandelt.
Es ist hierbei möglich, den Massenausgleich 7 durch eine weitere Zahnstange 4,welche durch einen anderen Kolben angetrieben wird, zu ersetzen. Dies bringt jedoch keinen Vorteil für die Zündfolge, da beide Kolben gleichzeitig zünden müssen, aber durch den Versatz beider Zylinderachsen Nachteile für die Bauweise. Im Gegensatz dazu werden in Fig.3 bis 6 Getriebeausführungen gezeigt, welche beispielsweise als Gegenkolbenmaschinen mit doppeltwirkenden Kolben und einer gemeinsamen Zahnstange 4 dargestellt sind, bei denen die Kolbenkräfte in beiden Richtungen 14 auf die Antriebsräder 5 mit entgegengesetzt gesperrten Freiläufen 6 übertragen werden. Dadurch wird der wechselseitige Drehimpuls über die Abtriebsräder 3 auf die Arbeitswelle 1 zu einer kontinuierlichen Drehbewegung 12 zusammengesetzt.Diese zweiwellige Grundausführung wird durch-die Art und Weise wie die Kolbenkräfte auf die Antriebsräder 5 übertragen werden variiert. In Fig.3 und 4 werden eine oszillierende iiranslationsbewegung 14 und in Fig.5 und 6 eine oszillierende Drehbewegung auf das Getriebe übertragen und in eine kontinuierliche Rotationsbewegung 12 umgewandelt. Pig.5 zeigt ein regelbares Getriebe, bei dem der Angriffspunkt 17 der Kolbenkräfte am Hebel 9 radial veränderbar 15 ist, so daß ein konstanter-Kolbenhub in unterschiedlich große Schwenkbewegungen der Antriebsräder 5 und damit unterschiedliche Drehzahlen der Arbeitswelle 1 mit unterschiedlicnem Drehmoment umgesetzt wird.
In Fig.7 wird ein biegeweiches Zugelement 10 dargestellt, belspielsweise ein Zaur.riemer oder ein Federstahiban8, welches die in Fig.1 bis 4 zwischen den Antriebsrädern 5 und der odnnstange 4 gezeigte Verzahnung ersetzen kann, indem dieses Element 18 mit seinen Fnden 19 jeweils an den Übertragungselementen 4,5 befestigt und vorgespannt wird, so daß die oszillierende Translationsbewegung 14 einer unverzahnten Stange 4 durch Abrollen des Elementes 18 auf de Rad 5 in eine gleichsinnige Drehbewegung 12 desselben spielfrei umgewandelt wird. Auch die 3bertragung einer oszillierenden Drehbewegung 13 durch ein Zugmittelgetriebe 11 ist möglich, indem das Element 18 beispielsweise in endlicher Ausführung 19 gemäß Fig.10 zwischen den Rädern 8 und 3 angeordnet wird, so daß die Drehbewegungen beider Räder wie bei einer Stirnradverzahnung entgegengesetzt verlaufen.
Die in Fig.3 bis 6 gezeigten Funktionsprinzipien sid ohne Massenausgleich. dargestellt. Auch der Massenausgleich 7 in den narstellungen Fig.1 und 2 kann nicht befriedigen, da bei deren praktiscrer Ausftihrung noch immer Restmomente vorhanden wären, denn die Schwerpunkte von Zahnstangen- und Ausgleichsmasse bewegen sich auf unterschiedlichen, gegeneinander versetzten Bahnen. Fi=.8 und 9 zeigen die prinzipiellen Möglichkeiten der Anordnung von Ausgleichsmassen für Antriebe durch oszillatorische Translations- und Rotationsbewegingen, indem bei deren Ausführung vorausgesetzt wird, daß sich die Schwerpunkte aller dynamischen Nassen auf einer gemeinsamen Bahn bewegen, beziehungsweise bei Drehbewegungen einen gemeinsamen Drehmittelpun:-t besitzen.
Bezugszeichenvsrzeichriis 1 Arbeitswelle 2 Welle 3 Abtriebsrad 4 Zahnstange,Kolbenstange 5 Antriebsrad 6 Freilauf 7 Massenausgleich 8 Rad zur Übertragung einer oszillierenden Schwenkbewegung 9 Hebel zur Ubertragung einer oszillierenden Schwenkbewegung 10 Hohlwelle zur Ubertragung einer oszillierenden Schwenkbewegung 11 Zugmittelgetriebe 12 kontinuierliche Drehbewegung 13 oszillierende Schwenkbewegung 14 oszillierende Translationsbewegung 15 radiale Verstellrichtung des Angriffspunktes 16 Sperrichtung des Preilaufes 17 Angriffspunkt, Anlenkpunkt für die Antriebskraft, 18 biegeweiches Zugelement, beispielsweise Stahlband, Zahnriemen 19 Ende des biegeweichen Zugelementes - Leerseite -

Claims

Ansprüche 1 Getriebe zur Umwandlung einer oszillierenden translatorischen Bewegung (14) in eine kontinuierliche Rotationsbewegung (12) einer Welle (1), indem einseitig zu einer Zahnstange (4) zwei mit ihr im Eingriff befindliche Zahnräder (5) mittels Freilauf (6)auf zwei Wellen (1,2) gelagert werden, welche durch zwei weitere ztsch: er im Eingriff stehende Abtriebsräder (3) form-und::kraftsahluss=ig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die stets- richtungswechselnde lineare Bewegung (14) der Zahnstange (4) in eine oszillierende Schwenkbewegung (13) der Antriebsräder (5) umgewandelt wird, die in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Sperrichtungen (16) ihrer Freiläufe (6) diese Schwenkbewegung (15) abwechselnd auf eine der beiden Wellen (1) übertragen so daß diese dann eine gleichsinnige Rotationsbewegung (12 ausführt; 2 Getriebe zur Umwandlung einer oszillierenden translatorischen Bewegung (14) in eine kontinuierliche Rotationsbewegung (12) einer Welle (1), indem beidseitig zu einer Zahnstange (4) zwei mit ihr im Eingriff befindliche Zahnräder (5) mittels Freilauf (6) auf zwei Wellen (1,2) gelagert werden, die durch ein Zugmittel etriebe (11), beispielsweise bestehend aus Zahnriemenräder 3) und dem Zahnriemen (18), verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die stets richtungswechselnde lineare Bewegung (14) der Zahnstange (4) in eine oszillierende Schwenkbewegung (13) der Räder (5) umgewandelt wird, die in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Sperrichtungen (16) ihrer Freiläufe (6) diese Schwenkbewegung (13) über das Zugmittelgetriebe (11) auf eine der beiden Wellen (1) übertragen, so daß diese dann eine gleichsinnige Rotationsbewegung (>12) ausführt.

3 Getriebe zur Umwandlung einer oszillierenden Translations- oder Schwenkbewegung (13 14 in eine kontinuierliche Rotationsbewegung (12) einer Welle (1), indem ein Ubertragungselement (18) als Teil eines Zugmittelgetriebes (11) eine ihm übertragene Bewegung (13, 14) abwechselnd auf die Räder (5) überträgt, welche mittels Preilauf (6) auf zwei Wellen (1,2) gelagert werden, die durch zwei weitere Rader (3) kraftschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierende Schwenkbewegung (13) der Bäder (5) entsprechend der Sperrichtung (16) ihrer Freiläufe (6) auf die Räder (3) in abwechselnder Folge übertragen werden, so daX die Welle (1) eine kontinuierliche Rotationsbewegung (12) ausführt.

4 Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als 'Ubertragung.s element der oszillierenden oder rotierden Bewegung (13,14) auf die Welle (i) Zugmittelgetriebe (11) in der Bauweise verwendet werden, daß ein zweiteiliges Zugelelement (18) in gekreuzter Ausführung am Rad-(3) befestigt wird.

5 Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Angriffspunkt (17) für die umzuwandelnde oszillierende Bewegung (13,14) im Sinne einer Regelung radial veränderbar (15) an einem Hebel (9) angeordnet wird, welcher mit einem Rad (5) verbunden ist.

6 Anordnung nach einem der Anspruche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (3,5) mit einem Reibrad (8), einem Zahnrad (8) oder einem Zugmittelgetriebe (11) zur Ubertragung einer oszillierenden Translations- oder Rotationsbewegung (13,14) oder zur Abnahme einer kontinuierlichen Rotationsbewegung (12) form- oder kraftschlüssig verbunden werden.

7 Anordnung nach einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zugmittelgetriebe (11) zusammenarbeiten, wobei auf das eine in gekreuzter Ausführung mit einem geteilten Zugelement (18) die oszillierende Translations- oder Rotationsbewegung (13,14) einwirkt.