DE3709790C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zahntrieb zur Umsetzung der Hin-
und Herbewegung der Kolben in den Zylindern eines
Verbrennungsmotors in die Drehbewegung einer Welle, bei der
zwei Kolben paarweise einander gegenüberliegend mit den Enden
einer Zahnstange gekoppelt sind und mit dieser die Hin- und
Herbewegung ausführen, und bei dem der Zahnstange zwei
Zahnräder im Eingriff sind, die auf zwei weiteren Wellen
gelagert und mit diesen je mittels einer Freilaufkupplung derart
gekoppelt sind, daß in der einen Bewegungsrichtung der
Zahnstange das eine Zahnrad die zugeordnete Welle antreibt und
das andere Zahnrad frei läuft und in der anderen
Bewegungsrichtung das andere Zahnrad die zugeordnete Welle
antreibt und das erstgenannte Zahnrad frei läuft, wobei die
Antriebsdrehrichtungen der beiden weiteren Wellen
gleichgerichtet sind und die beiden weiteren Wellen die
erstgenannte Welle antreiben.
Ein derartiger Zahntrieb ist aus der
DE-OS 35 31 862 (Fig. 2) bekannt.
Nachteilig daran ist, daß die sich im zeitlichen Verlauf stark
ändernde Kraft, die über die Kolben auf die Zahnstange
übertragen wird, auch zu einer entsprechend unstetigen Drehung
der angetriebenen Welle führt. Zu Beginn des Expansionshubes
des einen Kolbens ist das Drehmoment groß. Das Drehmoment ist
hingegen gegen Ende desselben Hubes gering, insbesondere wenn
derselbe Hub gleichzeitig Verdichtungshub des
gegenüberliegenden Kolbens ist (wie bei einem Zweitaktmotor),
so daß dadurch die Dämpfung der Drehbewegung vor der
Zahnstangenumkehr noch entsprechend zunimmt. Diese
unterschiedlichen Kraftverhältnisse ergeben eine sehr
ungleichförmige Kolbenbewegung. Außerdem können auf eine
Abtriebswelle nur dann mehr als 2 Zylinder einwirken, wenn die
Zündzeitpunkte der Zylinder, die die Zahnstange in einer
Drehrichtung antreiben, vollkommen synchronisiert sind. Auch
die in der DE-OS 35 31 862 in Fig. 5 beschriebene
Ausführungsform mit zwei Zahnstangen mit je 2 Zylindern
erfordert diese Synchronisierung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zahntrieb der
eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, daß
zwischen den Totpunkten eine möglichst gleichförmige
Kolbenbewegung und damit eine Verstetigung der Drehbewegung
der Abtriebswelle erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolbenpaare
über die Zahnstange mit zwei weiteren Zahnrädern im Eingriff sind, die
ebenfalls auf den genannten weiteren Wellen gelagert und mit
diesen mittels je einer weiteren Freilaufkupplung derart gekoppelt
sind, daß jede dieser Wellen in der Antriebsdrehrichtung,
sofern sie sich schneller dreht als das Zahnrad, dieses und
die damit gekoppelte Zahnstange schiebt, jedoch in der der
Antriebsdrehrichtung entgegengesetzten Richtung frei läuft und
daß die weiteren Wellen gemeinsam über ein Getriebe mit der
erstgenannten Welle verbunden sind und diese ein Schwungrad und ein
Antriebsrad trägt.
Das Schwungrad und die spezielle Funktion der an sich
bekannten in einer Richtung frei drehenden, in der anderen
Richtung mitnehmenden Freilaufkupplungen gewährleistet zusammen mit
den beiden weiteren Zahnrädern pro Zahnstange, daß zu Beginn
eines Hubes die bei der Expansion in einem Zylinder
entstehende Energie über die Zahnstange auf das Schwungrad
übertragen wird und daß gegen Ende desselben Hubes umgekehrt
Energie vom Schwungrad auf die Zahnstange übertragen wird, die
zur Verdichtung im gegenüberliegenden Zylinder beiträgt, so
daß die während der Expansion gewonnene im Schwungrad
gespeicherte Energie für eine hohe Verdichtung verwendet
werden kann. Dadurch ergibt sich eine Versteigerung der
Drehbewegung der Abtriebswelle und eine gleichförmigere
Kolbenbewegung zwischen den Totpunkten. Bei der
Bewegungsumkehr treten weiter nur ein kleiner Energieverlust
und minimale Schwingungen auf. Auch beim Anlassen wird so ein
hoher Verdichtungsgrad in den Zylindern erreicht, wodurch ein
Kaltstart ohne Starthilfe (z. B. Glühkerzen) ermöglicht wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
stellt eine Mehrfachanordnung des erfindungsgemäßen Zahntriebs
dar. Hier können vorteilhafterweise mehrere Zylinder über die
mit den Kolben verbundenen Zahntriebe und die entsprechenden
Zahnräder auf eine gemeinsame Abtriebswelle einwirken, ohne
daß eine vollkommene Synchronisation der Zündzeitpunkte nötig
ist, da die Rückführung der nicht beaufschlagten Kolbenflächen
im Passivtakt über die weiteren Zahnräder für jede Zahnstange
vollkommen getrennt von der Bewegung aller anderen Zahntriebe
der Mehrfachanordnung erfolgt.
Zu den im vorstehenden Absatz genannten Zweck ist es gemäß Anspruch 3
vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Freilaufkupplungen zwischen den
Wellen und den weiteren Zahnrädern in an sich aus der DE-OS 35 31 862 bekannter Weise
als Klemmrollenkupplungen derart ausgebildet sind, daß auf der
jeweiligen Welle ein mit ihr fest verbundenes
Klemmrollenlagerrad angeordnet ist, das entlang seines Umfangs
mehrere Ausnehmungen aufweist, wobei der Abstand der
Bodenfläche der Ausnehmung von der Innenfläche des Zahnrades
in Antriebsdrehrichtung sich vergrößert und bei dem in jeder
Ausnehmung eine Klemmrolle angeordnet ist, die von einer Feder
in Klemmstellung gehalten wird und von Stegen, die von einer
Scheibe getragen werden, welche mit dem Klemmrollenlagerrad
kraftschlüssig, z. B. durch einen Dauermagneten, verbunden sind
und durch Schaltmittel, die an der Zahnstange angeordnet sind,
umschaltbar sind. Hierbei handelt es sich also um an sich
bekannte Elemente der Antriebstechnik, wie sie in ähnlicher
Weise aus der US-PS 27 57 547 bekannt sind, wobei die Anordnung
derart getroffen ist, daß eine Klemmung dann erfolgt, wenn
sich die Welle schneller als das auf ihr angeordnete Zahnrad
dreht und bei Bewegungsumkehr ein freies Durchdrehen der Welle
gegenüber dem Zahnrad möglich ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht gemäß
Anspruch 2 vor, daß die Freilaufkupplungen an den erstgenannten Zahnrädern
ebenfalls in an sich bekannter Weise als Klemmrollenkupplungen
derart ausgebildet sind, daß auf der jeweiligen Welle ein mit
ihr fest verbundenes Klemmrollenlagerrad angeordnet ist, das
entlang seines Umfangs mehrere Ausnehmungen aufweist, wobei
der Abstand der Bodenfläche der Ausnehmung von der Innenfläche
des Zahnrades in Antriebsdrehrichtung sich verringert und bei
dem in jeder Ausnehmung eine Klemmrolle angeordnet ist, die
von einer Feder in Klemmstellung gedrückt wird.
Die bekannten, hierfür eingesetzten Klemmrollenkupplungen bzw.
Klemmrollenfreiläufe sind einfache Bauelemente, die im
vorliegenden Fall Verwendung finden können. Andere Arten der
Kopplung, insbesondere elektromagnetischer Art od. dgl. sind
aber auch anwendbar. Wichtig ist bei der Kupplung zwischen
Welle und Zahnrad, daß in der einen Richtung, in der das
Zahnrad von der Zahnstange bei der Expansion in dem einen
Kolben angetrieben wird, eine Übertragung des Drehmomentes auf
die Welle stattfindet, während die Welle bei der folgenden
Verzögerung und Bewegungsumkehr des Zahnrades infolge seines
Eingriffes mit der Zahnstange weiter frei drehen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen
4 und 5 zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften
Weiterbildungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellt dar
Fig. 1 eine schematische Darstellung in Draufsicht;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig.
1;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in
Fig. 1;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in
Fig. 1;
Fig. 4a eine vergrößerte Darstellung des Bereiches
IVa in Fig. 4;
Fig. 4b eine herausgezeichnete Darstellung des
Bereichs IVb in Fig. 4;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig.
4a und
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in
Fig. 4a.
Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit 4 Zylindern 1, 2, 3,
4, in denen Kolben 5, 6, 7, 8 hin- und herbeweglich angeordnet
sind. Die Zylinder 1-4 sind Teil eines Gehäuses 200, das mit
entsprechenden Kühlräumen versehen ist. Zum Gehäuse 200
gehören auch die die Wellen 24 und 124 mit Lager und
Gummipuffer umfassenden Tragringen 51. Die Kolben 5 und 6 sind
einander an den beiden entgegengesetzt angeordneten Enden
einer ersten Zahnstange 9 fest angeordnet; die Kolben 7 und 8
sind an den beiden Enden einer zweiten Zahnstange 10 fest
angeordnet. In Fig. 1 befinden sich die Kolben 5 und 7 in
ihrem oberen Totpunkt, die Kolben 6 und 8 in ihrem unteren
Totpunkt. Dadurch, daß die Kolben 5, 6 bzw. 7, 8 fest mit der
Zahnstange 9, 10 verbunden sind, bewegen sie sich auch
bewegungsmäßig als Einheit, d.h. eine Bewegung der Kolben 5
und 6 bzw. 7 und 8 kann immer nur in derselben Richtung
erfolgen. Fig. 1 geht von einer Arbeitsweise als
Zweitakt-Dieselmotor aus: Sind in der in Fig. 1 gezeigten
Stellung die Ventile 13, 14 der Zylinder 1, 4 geschlossen, ist
die Luft komprimiert, und wird durch die Einspritzdüse 12
Brennstoff eingespritzt, so erfolgt in Folge der hohen
Verdichtung die Zündung. Der Kolben 5 bzw. 7 bewegt sich nach
innen, also Kolben 5 nach rechts und Kolben 7 nach links. Das
gezündete Brennstoff/Luft-Gemisch expandiert. Werden dann die
Auslaßschlitze 11 freigegeben, so strömt das verbrannte
Gemisch (Abgas) aus. Öffnen sich die Einlaßventile 13, 14, so
strömt frische Luft hinein, füllt den Zylinder 2 und spült
gleichzeitig die restlichen Abgase durch die Auslaßschlitze 11
hinaus. Die Schieber zum Öffnen bzw. Schließen der
Auslaßschlitze sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Während sich der Kolben 6 im unteren Totpunkt befindet,
erfolgt die Zündung des Brennstoff/Luft-Gemisches im
gegenüberliegenden Zylinder 1. Der Kolben 5 und der Kolben 6
bewegen sich dann nach rechts. Dabei erfolgt im Zylinder 2 die
erneute Verdichtung. Befindet sich dann der Kolben 6 wieder in
der eingezeichneten Stellung, beginnt der Zyklus von neuem.
Auf diese Weise wird klar, daß die Zahnstange 9 stets im
Wechsel von Kolben 6 nach links und von Kolben 5 nach rechts
geschoben wird.
Um die Hin- und Herbewegung der Zahnstangen 9 bzw. 10 nun in
eine Drehbewegung zu übertragen, ist oberhalb der Zahnstange 9
eine Welle 15 und unterhalb der Zahnstange 9 eine Welle 16
angeordnet (vgl. Fig. 2). Die Zahnstange 9 hat oben eine
Zahnung 9′, unten 9′′. An den Enden (in Längsrichtung) bzw. in
der Mitte (in Querrichtung) sind in einem zahnungsfreien
Bereich Schaltnocken 9′′′ vorgesehen. Die Kopplung der
Zahnstange 9 mit der Welle 15 erfolgt über die Zahnräder 17,
18; die Kopplung der Welle 16 mit der Zahnstange 9 erfolgt
über die zwei Zahnräder 19, 20. Die Art und Weise der Kopplung
der Zahnräder 17, 18 und 19, 20 mit der Zahnstange 9 ist im
einzelnen in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Sie erfolgt
derart, daß stets ein Antrieb der Wellen 15, 16 lediglich in
einer bestimmten Drehrichtung, der jeweils mit Pfeil 150
bezeichneten Antriebsdrehrichtung, erfolgt. Die
Antriebsdrehrichtung beider Wellen 15, 16 ist dieselbe. Sie
drehen also gleichsinnig. Die Welle 15 ist ferner mit einem
Zahnrad 21, die Welle 16 mit einem Zahnrad 22 verbunden. Beide
befinden sich im Eingriff mit einem weiteren Zahnrad 23, das
mit der Welle 24 verbunden ist. Die Welle 24 ist die
eigentliche Abtriebswelle. Sie trägt ein Schwung- und
Abtriebsrad 25. Am entgegengesetzten Ende (in Fig. 4) ist eine
entsprechende Welle 124 angeordnet, die ein Antriebsrad in Form einer Riemenscheibe 26
zum Antrieb von Lichtmaschine (Anlasser), Einspritzpumpe usw.
trägt. Die Welle 124 ist mit einem Zahnrad 123 versehen und von den
Zahnrädern 121, 122 angetrieben, die auf den Wellen 15, 16
angeordnet sind.
Gleichermaßen erfolgt die Kopplung der Zahnstange 10 mit den
Wellen 15, 16 durch oberhalb derselben angeordnete Zahnräder
27, 28 und unterhalb derselben angeordnete Zahnräder 29, 30.
Wie aus Fig. 4a und Fig. 5 zu ersehen, besteht zwischen dem
mit der Zahnstange 9 kämmenden Zahnrad 17 und der Welle 15
eine Klemmrollenkupplung, gebildet durch ein mit der Welle 15
verkeiltes Klemmrollenlagerrad 31 mit Ausnehmungen 100 und
darin angeordneten durch Federn 32 in die gezeigte
Klemmposition gedrückte Klemmrollen 33. Die Bodenflächen 101
der Ausnehmungen 100 sind so ausgebildet, daß sich der Abstand
zur zylindrischen Innenfläche 17′ des Zahnrades 17 (bzw. 18′
von 18) in Antriebsdrehrichtung 150 verringert. In der
gezeigten Stellung ist der Durchmesser der Klemmrollen 33
größer als der geringste Abstand zwischen Bodenfläche 101 und
Innenfläche 17′. Wird die Klemmrolle also in diese Stellung
gedrückt, erfolgt eine Klemmung und damit eine formschlüssige
Kraftübertragung von Zahnrad 17 auf die Welle 15. Wird die
Zahnstange 9 vom Kolben 6 in Stellung 6′ (vgl. Fig. 6) in
Richtung des Pfeils 34 während der Expansionsphase angetrieben
und dreht die Zahnstange 9 somit das Zahnrad 17, wie
eingezeichnet, in Antriebsdrehrichtung 150, so werden die
Klemmrollen 33 noch zusätzlich zur Kraft der Federn 32 durch
die Reibungskraft der Innenfläche 17′ des Zahnrades 17 in die
gezeigte Klemmstellung gezogen. Es entsteht eine
formschlüssige Kraftübertragung von dem Zahnrad 17 auf das
Klemmrollenlagerrad 31 und damit auf die Welle 15, so daß die
lineare Bewegung der Zahnstange 9 formschlüssig in eine
Drehbewegung im Uhrzeigersinn der Welle 15 übersetzt wird. Das
Zahnrad 17 treibt also die Welle 15 an, d.h. infolge der
gezeigten Ausbildung der Klemmrollenkupplung wird von dem
Zahnrad 17 ein Drehmoment auf die Welle 15 übertragen.
Auf der Unterseite der Zahnstange 9 befindet sich das Zahnrad
19 im Eingriff mit der Zahnung 9′′. Das Zahnrad 19 ist auf der
Welle 16 ebenfalls durch einen Klemmrollenfreilauf gelagert,
der durch das Klemmrollenlagerrad 35 und die durch Federn 36
vorgespannten Klemmrollen 37 gebildet wird. Das Klemmrollenlagerrad
35 ist mit der Welle 16 verkeilt. Während der im
vorhergehenden Absatz beschriebenen Phase (Zahnstange 9 bzw.
Zahnrad 17 treiben Welle 15 an) dreht sich das Zahnrad 19
wegen des Eingriffs mit der Zahnstange 9 zwangsweise
entgegen der Antriebsdrehrichtung 150 der Welle 16,
die gleichsinnig wie die Welle 15 dreht, um mit ihr gemeinsam
die Welle 24 antreiben zu können (s. oben). Dabei wirkt die
Innenfläche 19′ des Zahnrades 19 auf die Klemmrollen 37 und
bringt sie gegen die Kraft der Federn 36 aus der Klemmstellung
heraus, so daß sich das Zahnrad 19 gegenüber und entgegen der
Welle 16 frei dreht. Dies ist von entscheidender Bedeutung,
denn die Welle 16 dreht sich ja in gleicher Drehrichtung wie
die Welle 15. Die Richtung, in der sich die Welle 16 dreht,
ist gleichzeitig deren Antriebsdrehrichtung 150, d. h. die
Drehrichtung, in der sie bei Klemmung der Klemmrollen 37
angetrieben wird, wenn sich die Zahnstange 9 in Richtung des
Pfeiles 34′ bewegt. Dies ist jedoch nur möglich, wenn bei
Bewegung der Zahnstange 9 in Richtung 34′ eine freie Drehung
des Zahnrades 17 entgegengesetzt der Drehung der Welle 15
möglich ist.
Verlangsamt sich nun die Bewegung der Zahnstange 9 in Richtung
34, weil sich der Kolben 6 seinem unteren Totpunkt (links in
Fig. 5) nähert und die zu leistende Verdichtungsarbeit, bei
Annäherung des Kolbens 5 an seinen oberen Totpunkt zunimmt,
dann soll die Welle 15, da sie mit dem Schwung- und
Abtriebsrad 25 gekoppelt ist, ihrerseits über das Zahnrad 18
und damit die Zahnstange 9 in Richtung 34 antreiben und einen
Teil der Energie, die sie vorher aufgenommen hat, wieder
abgeben und dabei Verdichtungsarbeit leisten. Dies geschieht
nun dadurch, daß einerseits die Klemmrollenkupplung zwischen
Zahnrad 18 und Welle 15 Kraftschluß herstellt und Drehmoment
von der Welle 15 auf das Zahnrad 18 und damit auf die
Zahnstange 9 überträgt, und andererseits sich die
Klemmrollenkupplung zwischen Zahnrad 17 und Welle 15 löst.
Dieses letztere geschieht dadurch, daß die Bodenfläche 101 der
Ausnehmung 100 nicht so weit an der Klemmrolle 33 vorbeidreht,
sie quasi "überholt", daß die Klemmung gelöst wird.
Der Antrieb des Zahnrades 18 erfolgt mittels der aus
Fig. 6 ersichtlichen Kopplung zwischen dem Zahnrad 18 und der
Welle 15. Dies ist ebenfalls eine Klemmrollenkupplung,
gebildet durch Klemmrollenlagerrad 38 mit Ausnehmungen 110,
mit Bodenflächen 111, Federn 39 und Klemmrollen 40. Die
Klemmrollenkupplung zwischen Zahnrad 18 und Welle 15 ist
gegenüber derjenigen nach Fig. 5 derart in an sich bekannter
Weise modifiziert, daß in den Ausnehmungen 110 des
Klemmrollenlagerrades 38 noch achsparallel verlaufende Stege
41 angeordnet sind, die, wie aus Fig. 4a ersichtlich,
integral mit einer Scheibe 42 ausgebildet sind, welche auf
Welle 15 sitzt und mit dem Klemmrollenlagerrad 38
kraftschlüssig durch einen Dauermagneten 50 (Fig. 4a) verbunden ist. Dreht
sich die Welle 15 und mit ihr das Klemmrollenlagerrad 38
schneller als das Zahnrad 18, so zieht die Reibungskraft
zwischen der Bodenfläche 111, der Ausnehmung 110 im
Klemmrollenlagerrad 38, die Klemmrolle 40 in die Klemmstellung
hinein, so daß eine form- und kraftschlüssige Kopplung
zwischen Welle 15 und Zahnrad 18 gegeben ist. Damit wird
Drehmoment und damit eine kinetische Energie von der Welle 15
auf das Zahnrad 18 und damit auch auf die Zahnstange 9
übertragen. In dieser Phase erfolgt also durch das Schwungrad
25 ein Antrieb der Zahnstange 9. Die Energie des Schwungrades
25 dient also dazu, in der Verdichtungsphase den Hub im
Zylinder 1 zu Ende zu führen. Derselbe Ablauf ergibt sich beim
Anlassen.
Das Zahnrad 20 läuft in dieser Phase gegenüber der Welle 16.
Die Welle 16 dreht sich nämlich in dieser Phase entgegen dem
Zahnrad 20, weil diese entgegengesetzte Drehrichtung die
Antriebsdrehrichtung 150 für die Welle 16 ist, d. h. die
Drehrichtung, in der sie bei Bewegung der Zahnstange 9 nach
links in Richtung 34 von dem Zahnrad 18 angetrieben wird. Der
Freilauf des Zahnrades 20 entgegen der in Antriebsdrehrichtung
150 drehenden Welle 16 wird möglich, da, wie ersichtlich, die
Stege 41 die Klemmrollen 40 gegen die Kraft der Federn 39 in
eine Lage drücken, in der die Innenfläche 20′ des Zahnrads 20
außer Eingriff mit dem Klemmrollenlagerrad 43 ist. Jeweils im
oberen und unteren Totpunkt greift eine Schaltnocke 9′′′ in
eine an der Scheibe 42 vorgesehene zugeordnete Schaltnocke
42′ (vgl. Fig. 2) und bringt sie von der Klemmstellung (Fig.
6 Ausschnitt unten) in Freilaufstellung (Fig. 6 Ausschnitt
oben) bzw. umgekehrt.
Kehrt sich jetzt die Bewegungsrichtung der Zahnstange 9 um,
bewegt sich diese also in Fig. 5 und 6 nach rechts, dann löst
die Reibungskraft, die von der Innenfläche 17′ des Zahnrades
17 auf die Klemmrollen 33 ausgeübt wird, den Freilauf zwischen
Klemmrollenlagerrad 31 und Zahnrad 17, so daß sich die Welle
15 in der Antriebsdrehrichtung 150 weiterdreht.
Wenn aber die Geschwindigkeit des Zahnrades 19 die der Welle
16 erreicht, dann tritt Klemmung zwischen Zahnrad 19 und
Klemmrollenlagerrad 35 ein, so daß dann die Welle 16 von der
Zahnstange 9 in Antriebsdrehrichtung 150 angetrieben wird.
Verlangsamt sich wieder die Bewegung der Zahnstange 9 nach
rechts, weil die Expansionsphase im Zylinder 1 zu Ende geht
und die Verdichtungsphase im Zylinder 2 einen verstärkten
Arbeitsaufwand benötigt, dann "überholt" die Welle 16 mit dem
Klemmrollenlagerrad 43 das Zahnrad 20, so daß dann die
Klemmrollen 40 zwischen Innenfläche 20′ des Zahnrades 20 und
der Ausnehmung im Klemmrollenlagerrad 43 klemmen und über
Schwungrad 25 und Welle 16 ein Antrieb der Zahnstange 9 nach
rechts erfolgt.
Während der Bewegung der Zahnstange 9 nach rechts laufen die
beiden Zahnräder 17 und 18 frei.
Dieselben Vorgänge, wie sie im vorstehenden beschrieben worden
sind, spielen sich auch zwischen den Zahnrädern 27, 28, 29, 30
und den Wellen 15 bzw. 16 einerseits und der Zahnstange 10
andererseits ab, wobei sich jeweils die Zahnräder 17 und 27,
18 und 27, 19 und 30, 20 und 29 entsprechen.
Die Zahnräder 17, 19 sind breiter, weil sie dazu dienen, die
bei der Expansion entstehende Energie auf die Zahnstange und
auf das Schwungrad zu übertragen. Diese Energie ist, der Natur
des Verbrennungsmotors gemäß, sehr viel höher als die zur
Verdichtung erforderliche Energie, die durch die etwas
schmaler ausgebildeten Zahnräder 18, 27, 29, 20 übertragen
werden muß.
Die Montage läuft wie folgt ab: Zuerst werden in das Gehäuse
200 die Zahnstangen 9, 10 mit angesetzten Kolben 5, 6, 7, 8
eingebracht. Dann werden zu beiden Seiten des Gehäuses die
Tragringe 51 montiert. Dabei werden die Baugruppen bestehend
aus Welle 24 und Schwungrad 25 bzw. aus Welle 124 und
Antriebsrad 26 eingesetzt. Daraufhin werden die Wellen 15,16
eingesetzt, auf die bereits die Zahnräder 17, 18, 27, 28 und
21, 121 bzw. 19, 20, 29, 30 und 22, 122 vormontiert sind.
Claims (5)
1. Zahntrieb zur Umsetzung der Hin- und Herbewegung der Kolben
in den Zylindern eines Verbrennungsmotors in die
Drehbewegung einer Welle (24) bei der zwei Kolben
(5, 6; 7, 8) paarweise einander gegenüberliegend mit den Enden
einer Zahnstange (9, 10) gekoppelt sind und mit dieser die
Hin- und Herbewegung ausführen, und bei dem mit der
Zahnstange (9, 10) zwei Zahnräder (17, 19; 28, 30) im Eingriff
sind, die auf zwei weiteren Wellen (15, 16) gelagert und mit
diesen je mittels einer Freilaufkupplung (31, 32, 33; 35, 36, 37) derart
gekoppelt sind, daß in der einen Bewegungsrichtung (34) der
Zahnstange (9, 10) das eine Zahnrad (17) die zugordnete
Welle (15) antreibt und das andere Zahnrad (19) frei läuft,
und in der anderen Bewegungsrichtung (34′) das andere
Zahnrad (19) die zugeordnete Welle (16) antreibt und das
erstgenannte Zahnrad (17) frei läuft, wobei die
Antriebsdrehrichtungen (150) der beiden weiteren Wellen
(15, 16) gleichgerichtet sind und die beiden weiteren Wellen
(15, 16) die erstgenannte Welle (24) antreiben, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kolbenpaar (5, 6; 7, 8) über die jeweilige Zahnstange (9, 10) mit zwei
weiteren Zahnrädern (18, 20; 27, 29) im Eingriff ist, die
ebenfalls auf den genannten weiteren Wellen (15, 16)
gelagert und mit diesen mittels je einer weiteren Freilaufkupplung
(38, 39, 40, 41; 43, 39 40, 41) derart gekoppelt sind, daß jede
dieser Wellen (15, 16) in der Antriebsdrehrichtung (150),
sofern sie sich schneller dreht als das Zahnrad (18, 19),
dieses und die damit gekoppelte Zahnstange (9, 10) schiebt,
jedoch in der der Antriebsdrehrichtung (150)
entgegengesetzten Drehrichtung frei läuft, und daß die weiteren
Wellen (15, 16) gemeinsam über ein Getriebe (21, 22, 23) mit
der erstgenannten Welle (24) verbunden sind und diese (24)
ein Schwungrad (25) und ein Antriebsrad (26) aufweist.
2. Zahntrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Freilaufkupplungen in an sich bekannter Weise als
Klemmrollenkupplungen derart ausgebildet sind, daß auf der
jeweiligen Welle (15, 16) ein mit ihr fest verbundenes
Klemmrollenlagerrad (31, 35) angeordnet ist, das entlang
seines Umfangs mehrere Ausnehmungen (100) aufweist, wobei
der Abstand der Bodenfläche (101) der Ausnehmung (100) von
der Innenfläche (17′) des Zahnrades (17) in
Antriebsdrehrichtung (150) sich verringert und bei dem in
jeder Ausnehmung (100) eine Klemmrolle (33, 37) angeordnet
ist, die von einer Feder (32, 36) in Klemmstellung gedrückt
wird.
3. Zahntrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Freilaufkupplungen zwischen den Wellen (15, 16) und den weiteren
Zahnrädern (18, 20) in an sich bekannter Weise derart als
Klemmrollenkupplungen ausgebildet sind, daß auf der
jeweiligen Welle (15, 16) ein mit ihr fest verbundenes
Klemmrollenlagerrad (38, 43) angeordnet ist, das entlang
seines Umfanges mehrere Ausnehmungen (110) aufweist, wobei
der Abstand der Bodenfläche (111) der Ausnehmung (110) von
der Innenfläche (18′) des Zahnrades in Antriebsdrehrichtung
(150) sich vergrößert und bei dem in jeder Ausnehmung (110)
eine Klemmrolle (40) angeordnet ist, die von je einer Feder
(39) in Klemmstellung gehalten wird und von Stegen (41) und
einer Schaltnocke (42′), die von einer Scheibe (42)
getragen werden, welche mit dem Klemmrollenlagerrad (38, 43)
kraftschlüssig, z. B. durch einen Dauermagneten (50),
verbunden ist und durch Schaltmittel (9′′′), die an der
Zahnstange (9, 10) angeordnet sind, umschaltbar sind.
4. Zahntrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltmittel durch Schaltnocken (9′′′) gebildet werden, die
in den Endstellungen der Zahnstangen (9, 10), die die Stege
(41) tragende Scheibe (42) gegenüber der Welle (15, 16) zur
Umschaltung von Freilauf- in Klemmstellung bzw. umgekehrt
verdrehen.
5. Zahntrieb nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß die erstgenannten Zahnräder (17, 19) und
die weiteren Zahnräder (18, 20) je beidseitig der auf beiden
Seiten mit Zahnungen (9′, 9′′) und den Schaltnocken (9′′′)
versehenen Zahnstangen (9, 10) angeordnet sind.
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