DE4138210A1 - Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe zur umwandlung einer hin- und hergehenden bewegung in eine drehbewegung oder umgekehrt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Umwandlung einer hin- und hergehenden, bzw. auf- und abgehenden Bewegung in eine Drehbewegung wird, bezogen auf das was auf dem Markt ist und technisch angewandt, der konventionelle Mechanismus von Kolben, verbunden an Gelenken bzw. Lager mit Pleuelstange und der Kurbelwelle angewandt. Bei diesem Mechanismus wird jedoch ein niedriger Wirkungsgrad erreicht, weil bei jeder Umdrehung zwei Totpunkte überwunden werden müssen. Stehen der an einem Ende am Pleuel angelenkte Kolbenbolzen, der wiederum am anderen Ende vom Pleuel angelenkte Kurbelzapfen und der Lagerzapfen der Kurbelwelle in einem Winkel von 180°, d. h. in einer Geraden zueinander, dann ist der sogenannte Tot- bzw. Nullpunkt erreicht.

Ausgehend von dieser Konstellation in Ruhestellung und im Zylinder findet die Zündung statt, dann wird die durch die Zündung freigesetzte Energie von den Zylinderwänden, dem Kolben und über diesen auf die Pleuelstange und die Kurbelwelle absorbiert, gleich wie die Energie von einem Hammerschlag auf einen Amboß im Amboß absorbiert wird, der Wirkungsgrad war in dieser Version gleich Null, weil die Überwindung der Totpunkte nur erreicht wird, wenn die Anfangsbewegung von einer Drehbewegung stammt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mechanismus zu schaffen, bei dem ein höherer Wirkungsgrad bei der Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung erreicht wird.

Geht man von der gleichen Konstellation wie vorher angenommen aus. Dabei geht es um drei Punkte, die in einer Geraden zu einander stehen und der mittlere Punkt sollte aus dieser Geraden ausknicken, wobei die äußeren Punkte sich nähern. Dies erreicht man dadurch, daß man von einem äußeren Punkt einen Keil unter den mittleren Punkt treibt, wobei durch das Ausknicken des mittleren Punkts die Drehbewegung erreicht wird.

Technisch ist dieser Vorgang dadurch lösbar, daß der mittlere Punkt, gemeint ist der Kurbelzapfen am Pleuel, nicht mit dem Pleuel verbunden ist, sondern als Kurbelgleitzapfen (3) ausgebildet ist und in eine Nut bzw. Kanalführung (4) reicht, die in eine Platte eingelassen ist, wobei der den Kurbelhebel (2) und die Kanalführung (4) bildende Winkel größer als 90° ist. Die dadurch gegenüber dem Kurbelhebel (2) spitzwinklig gebildete Kanalführung (4) weist die Eigenschaft eines Keiles auf. Dies bewirkt, daß wenn man von dem Experiment, wo die drei Punkte bzw. Gelenke vom Kolbenbolzen, Kurbelzapfen und Lagerzapfen in Ruhestellung in einer Geraden stehen und im Zylinder findet die Zündung statt, dann bewegt sich der Kolben (in Zeitlupe gedacht) zum Kurbelgleitzapfen (3), dieser wird durch den Keil (Kanalführung 4) angehoben, wodurch auf der Welle (1) die angestrebte Drehbewegung entsteht. Die aufgewandte Energie wurde nicht absorbiert, sondern nutzbar gemacht. Dieser Vorgang ist rein theoretisch zu betrachten. In der Praxis geht bei der Ruhestellung zur Bewegung die Kraft von der Drehbewegung zur hin- und hergehenden Bewegung von einem Anlasser aus, erst danach funktioniert der oben erwähnte Ablauf, wonach die Kraft aus einem Zylinder den Kolben bewegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht auf das Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe mit einer parallelogrammförmigen Kanalführung;

Fig. 2 eine Draufsicht längs der Linie A-A;

Fig. 3 eine Seitenansicht mit 2 Ausläufern der parallelogrammförmigen Kanalführung;

Fig. 4 ein Detail von Fig. 3;

Fig. 5 ein weiteres Detail von Fig. 3;

Fig. 4; Fig. 7; Fig. 8 und Fig. 9 weitere Varianten der Kurbelgleitzapfen-Kanalführung.

Fig. 1 stellt das Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe am Anfang der Hin- bzw. Ende der Herbewegung dar. Bei dieser Darstellung beginnt die Rechtsbewegung der starr aneinander befestigten Kolben (7), Schubstangen (8) und der Kurbelkanalführungsplatte (6). Ausgelöst durch diese Rechtsbewegung gleitet der Kurbelgleitzapfen (3) an der schiefen Kanalführung hoch. Dadurch, daß die Kanalführung (4) schief bzw. schräg, d. h. in einem spitzen Winkel zur Schubstangenrichtung angeordnet ist, gleitet der Kurbelgleitzapfen (3) in dieser Kanalführung (4) leichter hoch als wenn diese senkrecht, d. h. in einem rechten Winkel angeordnet wäre. Dieser Effekt führt dazu, daß die Kraftübertragung auf die Welle (3), die bei diesem Vorgang die Bewegung der Kolben (7) in eine Drehbewegung umwandelt, größer ist als nach den bisherigen Prinzipien, somit ist auch der Wirkungsgrad größer. Bei der parallelogrammförmigen Anordnung der Kanalführung (4) Fig. 1 hat nach ca. 2/3 gerader Wegstrecke bzw. Kolbenhub der Hinbewegung der Kurbelgleitzapfen (3) den ersten halben Kreisweg vom oberen Halbkreis zurückgelegt und den Scheitelpunkt erreicht. Auf diesem Scheitelpunkt wird die aufwärts gehende Bewegung des Kurbelgleitzapfens (3) in die abwärts gehende umgesteuert. Bei dieser Umsteuerung könnte vorkommen, daß der Kurbelgleitzapfen (3) wieder in die Kanalführung (4) zurückgelangt, wo er hoch kam, wodurch die Kreisbewegung des Kurbelgleitzapfens (3) gehemmt würde. Damit der Kurbelgleitzapfen (3) in die funktionelle senkrecht abwärts gehende Kanalführung (4) geleitet wird, reicht der Kurbelhebel (2) so weit über den Kurbelgleitzapfen (3) hinaus, daß durch die an der Kurbelkanalführungsplatte (6) angeordneten Kurbelhebel-Mitnehmerzapfen (5) die Führung des Kurbelgleitzapfens (3) so lange übernommen wird, bis sich dieser wieder unausweichlich in der Kanalführung (4) bewegt. Bei dieser Abwärtsbewegung des Kurbelgleitzapfens (3) in der Kanalführung (4) legte dieser den zweiten halben Kreisweg vom oberen Halbkreis zurück, wobei die gerade Wegstrecke (Kolbenhub) nur noch 1/3 betrug. Dies ist auf die Form der Kanalführung (4), in diesem Fall die Parallelogrammform zurückzuführen. Diese Funktion, herbeigeführt durch die Parallelogrammform der Kanalführung (4), ist dadurch günstig, daß die vom Kolben abgegebene Energie zum Teil vom Schwungrad (9) Fig. 2 aufgenommen und gespeichert wird und dann zur Verdichtung des Treibstoff-Luft-Gemischs für den nächsten Arbeitstakt abgegeben wird, außerdem ermöglicht das Schwungrad einen gleichförmigen Rundlauf. Die Form der Kurbelgleitzapfenkanalführung (4) kann individuell gestaltet werden. Entscheidend ist, ob die Kraft bzw. Energie von der geradlinigen Hubbewegung oder der Drehbewegung kommt.

Vielfach ist es so, daß die Anfangskraft der Hin- und Herbewegung (Hubbewegung) vom Kolben, also geradlinig kommt, und die Schlußbewegung vom Schwungrad und somit von der Drehbewegung, was die Parallelogrammform der Kurbelgleitzapfenkanalführung (4) zur Führung des Kurbelgleitzapfens (3) begünstigt.

Als weiteres Beispiel ist in Fig. 3 eine Parallelogrammkanalführung (4) mit zwei Ausläufern dargestellt, wodurch ein kürzerer Hub bezweckt wird. Bei dieser Variante ist es auch notwendig, daß der Kurbelhebel (2) über den Kurbelgleitzapfen (3) hinausragt und ein Profil aufweist, das der Beschreibung an den Kurbelhebel-Mitnehmerbacken (5a) entspricht. Die Anordnung der Kurbelhebel-Mitnehmerbacken (5a) bewirkt, daß sowohl bei der Umsteuerung von der Auf- in die Abwärtsbewegung des Kurbelgleitzapfens (3) in der Kanalführung (4) als auch an deren Abzweigungen der Kurbelgleitzapfen (3) so geführt wird, daß die funktionsbedingte Kreisbewegung und Bewegungsrichtung erhalten bleibt.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigt die Stellung, wo der Kurbelgleitzapfen (3) in der Abzweigung der Kurbelkanalführung (4) ausweichen würde, dies aber nicht möglich ist, weil die Führung des Kurbelgleitzapfens (3) während dieser Phase von den Kurbelhebel-Mitnehmerbacken (5a) und dem dementsprechend geformten Kurbelhebel (2) übernommen wird.

In Fig. 6; Fig. 7; Fig. 8 und Fig. 9 sind weitere Kurbelgleitzapfenkanalführungsformen dargestellt, die den jeweils individuellen Ansprüchen entsprechend gewählt werden können, wobei der Phantasie für weitere Formen keine Grenzen gesetzt sind.

Ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung besteht in der Abweichung von der konventionellen Anordnung der Kurbelwelle, bei der sich die rotierenden Lagerzapfen außen befinden, während der bzw. die durch Kurbelwangen verbundene bzw. verbundenen, einen Kreis beschreibenden Kurbelzapfen, die wiederum mit dem Pleuel verbunden sind, innen angeordnet sind.

Bei der erwähnten Erfindung ist es umgekehrt. Die Lager (10) und das Schwungrad (9), das mit der rotierenden Welle (1) verbunden ist, sind innen angeordnet und die Kurbelwange bzw. -wangen sind in Form des bzw. der Kurbelhebel (3) außerhalb der Lager (10) mit der Welle (1) verbunden, wobei außen am Kurbelhebel (3) in einem bestimmten Abstand zur rotierenden Welle (1) ein Kurbelgleitzapfen (3) angeordnet ist. Dieser Kurbelgleitzapfen (3) reicht in die schon erwähnte Kanalführung (4), welche in einer Platte, der sogenannten Kurbelgleitzapfenkanalführungsplatte (6) eingelassen ist.

Die Kurbelgleitzapfenkanalführungsplatte (6) ist deshalb erforderlich, weil der Kurbelgleitzapfen (3) zum Beispiel in einer Parallelogrammform zwangsweise geführt wird, woraus eine günstigere Kraftübertragung von der Hubbewegung der Kolben auf die Drehbewegung resultiert. Um es einfach auszudrücken, der Kurbelgleitzapfen (3) muß zwischen 2 Wänden, und das ist die Kanalführung (4), geführt werden und dies herzustellen, ist nur in einer Platte oder ähnlichem möglich, die wiederum nur außen an der Kurbelwelle mit dem in die Kanalführung (4) reichenden Kurbelgleitzapfen (3) angesetzt ist.

Die Kurbelgleitzapfenkanalführungsplatte (6), die Schubstangen (8) und die Kolben (7) sind starr miteinander verbunden und bilden eine feste Einheit. Außer der Führung der Kolben in den Zylinder kann diese feste Einheit gelagert und geführt werden, wie es konstruktiv am günstigsten ist. Ebenso kann diese feste Einheit einseitig oder beidseitig außen an der Kurbelwelle angesetzt sein.

Vorteilhaft dürfte sich die Erfindung auch auf die Kolben auswirken, da sie keinen seitlichen Drücken mehr ausgesetzt sind. Des weiteren ist eine vibrationsfreie bedeutsame Laufruhe zu erwarten.

Einsetz- und Anwendbar ist das Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe in Mechanismen, wo die Antriebskraft sowohl von einer hin- und hergehenden Bewegung (Kolbenhub) kommt und in eine Drehbewegung umwandelt als auch von einer Drehbewegung und in eine hin- und hergehende Bewegung umwandelt.

Liste der bezifferten Figuren:

 1 = Welle
 2 = Kurbelhebel
 3 = Kurbelgleitzapfen
 4 = Kanalführung
 5 = Kurbelhebel-Mitnehmerzapfen
 5a = Kurbelhebel-Mitnehmerbacken
 6 = Kurbelgleitzapfenkanalführungsplatte
 7 = Kolben
 8 = Schubstange
 9 = Schwungrad mit Zahnkranz
10 = Kurbelwellenlager

Claims (10)

1. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe zur Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung oder umgekehrt mit einer Kurbelkanalführungsplatte, die starr mit einer oder mehreren Schubstangen und daran angeordneten Kolben aneinander verbunden sind und einer Welle, die am Ende eines Kurbelhebels befestigt ist, welcher am anderen Ende einen Gleitzapfen aufweist, der in die Kurbelkanalführung reicht gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelgleitzapfen (3) am Kurbelhebel (2) in einer Parallelogramm- oder sonstigen geometrisch geformten Kanalführung (4) während der Hin- und Herbewegung gleitet und geführt wird und dabei diese in eine Drehbewegung umwandelt.

2. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere in einer Führung hin- und hergehenden Kurbelkanalführungsplatten (6) angeordnet sind.

3. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Kanalführung (4) bzw. die Nut in der Kurbelkanalführungsplatte (6) nicht nur ein Parallelogramm darstellt, sondern den individuellen Anforderungen entsprechend variabel gestaltet ist, so zum Beispiel ein Parallelogramm mit Ausläufer Fig. 3 und Fig. 4 oder ein Quadrat Fig. 6 und einige weitere Varianten, Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9.

4. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kurbelkanalführungsplatte (6) Kurbelhebelmitnehmerzapfen (5) und Kurbelhebelmitnehmerbacken (5a) so angeordnet sind, daß der Kurbelgleitzapfen (3) in der Kanalführung (4) so geführt wird, daß die gleichbleibende Kreisrichtung des Kurbelgleitzapfens (3) erhalten bleibt.

5. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Welle (1) befestigte Kurbelhebel (2) über den Kurbelgleitzapfen (3) so weit herausragt und dementsprechend profiliert bzw. geformt ist, damit er zur richtigen Führung des Kurbelgleitzapfens (3) an den Kurbelhebel- Mitnehmerzapfen (5) bzw. -Mitnehmerbacken (5a) entlang gleitet.

6. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (1) nicht wie bei den konventionell üblichen Antrieben konstruiert ist, sondern umgekehrt. Das heißt, daß die sich um die eigene Achse drehende Welle (1) innen gelagert ist, der Kurbelhebel (2) außerhalb der Lagerung (10) Fig. 2 an der sich um die eigene Achse drehenden Welle (1) befestigt ist und die einen Kreis beschreibende Welle, der sogenannte Kurbelgleitzapfen (3), sich wiederum außerhalb des Kurbelhebels (2) befindet und dabei in die Nut bzw. Kanalführung (4) der Kanalführungsplatte (6) reicht.

7. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelgleitzapfen (3) am Kurbelhebel (2) starr befestigt oder drehbar gelagert ist.

8. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (1) ein Schwungrad mit Zahnkranz befestigt ist.

9. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel vom Kurbelhebel (2) zur Kanalführung (4) größer als 90° ist, das heißt einen stumpfen Winkel bildet und dadurch der Kurbelgleitzapfen (3) bei der Anfangsbewegung der hin- und hergehenden Bewegung in einer Schräge bzw. schiefen Ebene hochgleitet.

10. Kurbelgleitzapfenantriebsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskraft sowohl von der Hin- und Her- als auch von der Drehbewegung kommen kann.