DE3604254A1 - Kurbelgetriebe-formsystem - Google Patents

Description

• Beschreibung
• - Kurbelgetriebe-Formsystem Gegenstand der Erfindung ist ein Kurbeltriebwerk nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zur Kupplung von Kolben und Welle in Kolbenmaschinen,gewöhnlich als Gera lenker ganannt.
• Derartige Getriebe,deren Prinzip seit 17.Jahrhundert als Kardanscher Kreis bekannt ist (Fig 1,Fig 2),sind in erster Linie für die modernen Kompressoren mit doppelwirkenden Kolben sehr begehrt aber auch als Verbrennungskraftmaschine anzuwenden.
• Stand der Technik und Kritik des Standes der Technik Es es bekannt,da.ß der herkommliche Tauchkolken für eine Hubkolbenmaschine den größten Reibungsanteil an Kolben im Betrieb hat.
• Das Getriebe aus DE-PS 875110 ist daher ein Versuchs beispiel dafür,durch Abwälzen eines Planetenrades im Innern eines gestellfesten Innenkranzes von doppelten Teilkreisdurchmesser und mit Hilfe eines Kurbelzapfens ,dessen Drehachse durch den Teilkreis des Planeten~ rades geht, und einer mit dem Planetenrad fest verbundenen Kurbelwelle, eine geradlinige hin-und-her Bewegung zu verwirklichen,um die oben genannte Reibung gründlich abzuschaffen und den Wirkungsgrad einer Maschine zu verbessern.
• Dieses Getriebe benötigt paarweise zwei Innenkranze, deren Einbau im modernen Gehäuse aus Leichtmetall sich als sehr schwierig erweisen kann,und nimmt daher in Anspruch relativ großen Innenraumbedarf.
• Das Schubkurbelsystem-Baureihe ist durch DE-PS 2720284 bekannt worden. Bei diesem Getriebe wird die gegenhäufige Drehrichtung von doppelter Drehzahl des Sekündärexzenters durch die im Gehäuse drehbar befestigte Planetenräder über ein lauf endes Hohlrad synchronisiert.
• Bei diesem Schubkurbelsystem ist der Kolbenhub zu gering und kann erhöht werden nur durch entsprechende Vergrößerung des Synchrongetriebes.
• Diese Nachteile treffen ebenfalls der DE-OS 3232098 zu,welche ein nahezu ähnliches Getriebe vorlegt.
• Dpr bisherige bekannte Tauchkolben mit Kreuzkopf, d.h Kolben mit Zusatzkolben und Pleul, führt zur erheblichen Bauhöhe der Zynlinder.
• Aufgabe Der Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenmaschine so auszurüsten,daß sie für Motoren und für Wolbenarbeitsmaschinen angewendet werden kann, wobei alle Drehteile sich statisch und dynamisch auswuchten lassen und die Reibung an Kolben vernachlässigbar klein ist.
• Lösung Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Kurbel(4) einerseits ein Planetenpaar(14a) im Auge(13) enthält und anderseits den Grundzapfen (7) des Zapfenrades(6) im Auge(12) erfaßt,welches das Planetenrad(5) eingreift,und gegenüber das gepaarte Planetenrad(8) sich um das gehäusefeste Lagerrad(9) abrollt.
• Weitere Ausgestaltung der Erfindung Der Grundzapfen(7a) ist gleichfalls drehbar im Auge(12a) der Kurbel(4a) gelagert. Am Kurbeizapfen(10) ist der Pleul drehbar angeschlossen,an dessen oberen Teil ist der Kolben( 11)durch den Bolzen( 3 )oder dgl, Verbindungsvorrichtung gelenkig verbunden (Fig 3, Fig 4).
• Die drehenden Kurbeln(4,4a)nehmen mit sich das Planetenpaar(14a) und die Grundzapfen(7,7a) um.Dadurch ist es möglich, durch geeignete Ubersetzungsverhältnisse der Zahnräder,das Kardansche Prinzip für einen Geradlenker zu verwirklichen. Läuft das Planetenpaar (14a) mit i-Fache Winkelgeschwindigkeit der Kurbel(4) 1dann ist diese Winkelgeschwindigkeit über das Planetenrad(5)aufs ZapSenrad(6) zu doppelte so groß und gegenläufig wie die der Kurbel(4) zu reduzieren.
• Dadurch ist es auch möglich'das Drehen des Zapfenrades (6),das durch treibende Pleuelstange(2) betrieben wird,über das Planetenpaar(14a) wieder auf die Kurbelwelle(16) zu übertragen.Dabei spricht der Bolzen(14) des Planetenpaares(14a) bei dem Angriff des Planetenrades(8) aufs Lagerrad(9) an und bringt die Kurbel(4) an der Stelle des Auges(13)in die seitswärts Auslenkungsbewegung.
• Erzielbare Vorteile Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin,daß das Getriebe relativ kleinen Innenraumbedarf benötigt und ein Teil des Treibmoments verstarkt wird.
• Mit der Erfindung wird auch in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß zur Auswuchtung des Getriebes die Planetenpaare (14a, 14b) ausgenutzt werden können (filz 7).
• Beschreibung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
• Es zeigen Fig 1 Das Kardansche Prinzip durch Abwälzen eines Kreises im Innern eines anderen Kreises von doppelten Durchmesser.
• Fig 2 Das Kardansche Prinzip durch gegenläufige und doppelte Winkelgeschwindigkeit des mitgedrehten Hebelarmes PQ.
• Fig 3 eine schematische Darstellung des Kurbelgetriebes ohne Pleuelanschluß.
• Fig 4 eine schematische Darstellung der Exzenterwelle mit Pleuelanschluß und Kolben.
• Fig 5 eine schematische Darstellung einer gerade gebauten Pleuelstange im Kurbelzapfen(10).
• Hinten ist die Gegenmasse(15) der Exzenterwelle.
• Fig 6 eine schematische Darstellung des Kurbeigetriebes mit zwei Planetenpaaren.
• Fig 7 den Schnitt der Fig 6.
• Fig 8 eine schematische Darstellung der Exzenterwelle mit zwei Kurbelzapfen.
• Fig 9 die Vorderansicht der Fig 8.
• Fig 10 ein schematische Darstellung der Exzenterwelle mit zwei symetrischen zur Achse P Kurbelzapfen (10,10a).
• Fig 11 die Vorderansicht der Fig 10.
• Fig 12 eine sinnbildliche Darstellung eines H-Triebwerk.
• Fig 13 die Vorderansicht der Fig 12.
• Fig 14 eine schematische Darstellung des Kurbelgetriebes mit doppelseitigen Getrieben.
• Fig 15 eine schematische Darstellung des Kurbelgetriebes mit Kurbelzapfen-erweiterung.
• Fig 16 eine schematische Darstellung des Kurbelgetriebes mit Erweiterung des Grundzapfens und des Kurbelzapfens.
• Fig 17 eine sinnbildliche Darstellung eines mit Kurbelgetriebe ausgerüsteten V-Triebwerkes.
• Fig 18 eine sinnbildliche Darstellung eines mit Kurbelgetriebe ausgerüsteten T-?riebwerkes.
• Fig 19 eine sinnbilbliche Darstellung eines mit Kurbelgetriebe ausgerüsteten Doppel-V-W1riebwerkes.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen das Prinzip von Kardan, das auf zwei verschiedene Weisen realisierbar ist. Durch Abrollen ohne Gleiten gemäß Fig 1 eines Kreis im Innern eines anderen Kreis von doppeltem Durchmesser. Jeder Punkt des Innenkreises führt eine geradelinige Bewegung durch 0 aus. Durch gleichschenklige Hebelarm mit gegenläufig doppelter Winkelgeschwindigkeit gemäß Fig 2. Die Erfindung bezieht sich auf Fig 2. Die Laufbahn des Punktes Q ist dabei eine Gerade durch 0.
• In Fig 3 ist die schematische Darstellung des Kurbelgetriebes mit einem Planetenpaar(14a). Das Lagerrad (9) ist vor der Befestigung im Gehäuse so verdreht ,bis die Achse Q die gewünschte Schubrichtung S erreicht. Die Innenbohrung des Lagerrades(9) ist als Gehäuselager auszunutzen. Die Exzenterwelle besteht aus Kurbelzapfen(10) , Zapfenrad(6) , Grundzapfen(7, 7a) und Gegenmasse (15),soll möglicherweise um Achse P vollausgewuchtet sein. Auf der Kurbelwellen(16,16a) befindet sich drehfest jeweils ein Wellenrad (17,17a) und Ausgleichmasse (20,20a) für die Koppelung in H-Bauform (Fig 13).
• In Fig 4 ist die schematische Darstellung des Kolbenanschlußes. Wegen Abnutzung der Zahnräder im Betrieb und/oder Montageungenauigkeit bleibt die Verbindung des Kolbens vorzugsweise gelenkig.
• Fig 5 zeigt die schematische Darstellung einer gebauten einteiligen Pleuelstange für beispielsweise eine Kolbenarbeitsmaschine. Die Kolben(11,11a) dieser Stangen besitzen am Umfang weiche und/oder federnde Dichtelemente (11b,11c), die das Klemmen der Kolben infolge Ungenauigkeit der geraden Führung vermeiden sollen. Dabei sind die Kolben fest in der Pleuelstange(2) eingebaut.
• Fig 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Kurbelgetriebes mit zwei Planetenpaaren(14a,14b),die zusammen mit der Kurbel(4) die durch die Exzenterwelle hervorgerufene Unwucht ausgleichen sollen.
• Fi6 7 ist der Schnitt der Fig 6 Fig 8 zeigt die schematische Bauform einer Exzenterwelle für ein V-Triebwerk,beidem die Zylinder unter dem Winkel V stehen. Die Achse Q2 des Kurbelzapfens (10a) verläuft nach Kardanschem Prinzip in der Gerade S2 durch 0.
• Fig 9 ist die Vorderansicht der Fig 8. Dieser Naschinenteil soll möglicherweise um Drehachse P statisch und dynamisch durch Gegenmasse(15) ausgeglichen werden.
• Fig 10 zeigt eine sehr vorteilhafte Ausführung einer Exzenterwelle für ein Triebwerk, bei dem die Zylinder unter 90 Grad voneinander geneigt sind. Diese Ausführungsform besitzt eine gewisse Symetrie um ihre Drehachse P.
• Fig 11 ist die Vorderansicht der Fig 10.
• Fig 12.Das Kurbelgetriebe gemäß der Erfindung nach Fig 3 kann durch ein Zwischenwelle(18) und zwei Zwischenräder(19,19a) mit einem anderen gekoppelt werden. Diese Zwischenwelle(18) ist als Nockenwelle für einen Motor aber auch als Abtriebwelle aus zu nutzen.
• Fig 13. Die schematische Anordnung des Triebwerkes in H-Bauform. Die hin-und-her Bewegung der Kolben hat zur Folge die Schwingung im Gehäuse,d.h im Gestell,die d.urch die Anordnung der Kolben gemindert wird. Die Ausgleichmassen(20,20a) sind so geordnet, daß bei Erreichen der Totlagen ihre Masse sich in der gegenseitigen Stellung voll einsetzt.
• Fig 14. Das Kurbelgetriebe kann auch doppelseitig für eine Exzenterwelle eingesetzt werden. Bei einer beispielweise Kolbenarbeitmaschine um die Last gleichmäßig auf beide Seite zu verteilen sind zwei Wellenräder(17,17a) drehfest auf den Kurbelwellen(16,16a) gefügt.Der Antrieb erfolgt durch eine Antriebwelle (18) sowie zwei Antriebräder(19,19a).
• Fig 15 Der Kurbelzapfen(10) ist so stark vergrößert ,daß ein Stück Grundzapfen(7b) mit Drehachse P,vollständig innerhalb der Bohrung (21a) eines beispielweise als drehbar Laufbuchse ausgeführten Träggerrohres (21) verläuft. Auf demDräggerrohr (21)sitzt konzentrisch und drehfest das Zapfenrad (6). Der Kurbelzapfen (10) mit Drehachse Q1 ist exzentrisch zur Achse P auf dem Träggerrohr drehfest eingeschoben.
• Die Achsenabstände sind gleich C2=PQ1=SQ2..= e.
• Gemäß Fig 15 hat die erweiterte Exzenterwelle zwei Kurbelzapfen(10,10a) für ein 90 Grad V-Uriebwerk in Reihe, bei dem die Kurbel (4a) als Ausgleichmasse herangezogen ist. Der Grundzapfen(7b) aus hochwertigem Werkstoff ist dabei an den Kurbeln(4,4a) fest eingepreßt.
• Fig 16 Der Grundzapfen (7c)kann seinerseits auch so stark erweitert werden, daß er die Kurbelwellen(16, 16a) unmittelbar verbindet. Die entstehende einteilige Kurbelwelle kann als An-bzw Abtriebwelle angewendet werden. Gemäß Fig 16 hat die Ausführung nur einen erweiterten Kurbelzapfen (102. Zwei Kurbelgetriebe sind über eine Hirth Verzahnung(22) mit einander in Reihe verbunden.
• Fig 17,Fig 18 und Fig 19 sind die vorteilhaften Bauformen gemäß der Erfindung.

Claims (1)

1. Patentansprüche Patentanspruch 1 Das Kurbelgetriebe-Formsystem für eine @ubkolbenmaschine gemäß Fig 7 mit der Exzenterwelle, die aus Kurbelzapfen(10) ,Zapfenrad(6),Gegemasse(15) und Grundzapfen(7,7a) mit ge -meinsnmer primärer Drehachse P im Abstand OP= e parallel zur HauptdrrJhachse 0 der Kurbelwellen(16,16a),besteht,dadurch gekennzeichnet,daß die Kurbel(4) ein Planetenpaar(14a) enthält,welches einerseits das Zapfenrad(6) eingreift und anderseits sich um das gehäusefeste Lagerrad(9) abwälzt.

   Patentanspruch 2 nach 1 Das Kurbelgetriebe-Formsystem für eine Hubkolbenmaschine dadurch gekennzeichnet,daß die sekundäre Drehachse Q des Kurbelzapfens(10) im Abstand PQ= e parallel zur Drehachse P der Grundzapfen(7,7a) angeordnet ist.

   Patentanspruch 3 nach 1 und 2 Das Kurbelgetriebe-Formsystem für eine Hubkolbenmaschine dadurch gekennzeichnet, daß zum vollständigen statischen und dynamischen-Unwuchtausgleich die Exzenterwelle mit einer Gegeniuasse(15) und die Kurbelwellen(16,16a) mit der Kurbel (4) selber und dem Planetenpaar(14a) sind,und dieses Planetenpaarf14a) durch Verzahnung das Zapfenrad(6) relativ zur Kurbel(4) eine gegenläufig doppelte Winkelgeschwindigkeit bewirkt.

   Patenanspruch 4 nach 1,2 und 3 Da.s Kurbelgetriebe-Formsystem dadurch gekennzeichnet, daX die Kurbel(4) zwei Planetenpaare(1LIa,14b) (Fig 7) enthalten kann und das Kurbelgetriebe für eine Exzenterwelle doppelseitig eingesetzt werden kann (Fig 14). Patentanspruch 5 nach 1,2,3 und 4 Das Kurbelgetriebe-Formsystem mit zwei Zahnräder(17,17a) und Ausgleichmassen(20,20a) auf der Kurbelwellen(16,16a) dadurch gekennzeichnet,daß der An-bzw Abtrieb über eine An-bzw Abtriebwelle(18) mit zwei Zahnrädern(19,19a) erfolgen kann (Fig 14).

   Patentanspruch 6 nach 1,2,3,4 und 5 Das Kurbelgetriebe-Formsystem für eine Hubkolbenmaschine mit zwei Zahnrädern(17,17a) und Ausgleichmassen(20,20a) auf den Kurbelwellen(16,16a) dadurch gekennzeichnet,daß zwe; Kurbelgetriebe sich durch eine Zwischenwelle(18) mit zwei Zwischenrädern(19,19a) verkoppeln lassen (Fig 12,Fig 13).

   Patentanspruch 7 nach 1,2 und 3 Das Kurbelgetriebe-Formsystem für eine Hubkolbenmaschine dadurch ekennzeichnet,daß die Exzenterwelle mehrere Kurbelzapfen(10,10a...) enthalten kann,die sich im gleichen Abstand von Primärer Drehachse P befinden (Fig8,Fig 9,Fig 10 und Fig 11).

   Patentanspruch 8 nach 1,2,3 und 7 Das Kurbelgetriebe-Formsystem für eine Hubkolbenmaschine dadurch gekennzeichnet, da.13 der (bzw die) Kurbelzapfen(1O)so stark erweitert ist (sind),daß ein Grundzapfen(7b) vollständig innerhalb der Bohrung(21a) eines mit dem Zapfenrad(6) und dem Kurbelzapfen(10) fest verbunden Träggerrohres(21) verläuSt,und dieser Grundzapfen(7b) in den Kurbelwellen(16, 16a) fest eingepreßt ist (Fig 15).

   Patentanspruch 9 nach 8 Rurbelgetriebe-Formsystem für eine Hubkolbenmaschine mit erweiterten Kurbelzapfen(10,10a...) dadurch gekennzeichnet,daß es in langer Reihe gebaut werden kann.

   Patentanspruch 10 nach 1,2,3 und 8 Das Kurbelgetriebe-Formsystem für eine Hubkolbenmaschine mit erweiterten Kurbelzapfen (10,10a...) dadurch gekennzeichnet,da.ß der Grundzapfen(7c) seinerseits so stark erweitert ist,daß er die Kurbelwellen(16,16a)uninittelbar verbindet(Fig 16)und zwei Kurbelgetriebe über eine Hirth Verzahnung(22) oder dgl. Verbindungsvorrichtung drehfest miteinander verbunden sind.