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Vorrichtung zur Umwandlung einer gleichförmigen Drehbewegung in eine
ungleichförmige Drehbewegung für Wellen mit gemeinschaftlicher Drehachse. Wenn man
eine Welle mit periodisch wechselnder Geschwindigkeit drehen will, so geschieht
dies am einfachsten dadurch, dal,, man sie mittels einer Kreuzgelenk- oder sogenannten
C ardan-Iiuppiung an die treibende Welle anschließt. Sie muß aber dann mit dieser
einen Winkel bilden, dessen Größe den Grad der Ungleichmäßigkeit best'mmt.
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Die Erfindung soll es min ermöglichen, Wellen, die eine gemeinscha'tliche
Drehachse besitzen, also keinen Winkel miteinander bilden, doch so zu bewegen, daß
die gleichförmige Drehbew egung der einen in eine ungleichförmige Drehbewegung der
anderen verwandelt wird.
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Sie eignet sich daher besonders auch für solche Zwecke, bei denen
es sich, wie bei Kreiselpumpen, rotierenden Motoren, bei Meßapparaten u. dgl., darum
handelt, während einer Umdrehung gewisse Räume periodisch abwechselnd zu vergrößern
und zu verkleinern.
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Erfindungsgemäß wird zur Erreichung des vorgesetzten Zweckes auch
eine Kreuzgelenkkupplung angewendet, jedoch derart, daß sie nicht die beiden Wellen
direkt miteinander verbindet, weil ja dann weben der für beide Wellen gemeinsamen
Drehachse keine Ungleichförmigkeit entstehen würde, sondern es wird als Zwischenglied
bei hintereinander angeordneten Wellen ein schräg zu den Wellen liegender umlaufender
Ring und bei konzentrisch angeordneten Wellen eine mit Armen versehene, schräg zu
den Wellen liegende umlaufende Achse .eingeschaltet, womit die Gelenkstücke
der
Kreuzgelenkkupplung einerends gelenkig verbunden sind, während die anderen Enden
der Gelenkstücke mit den Wellen gelenkig verbunden sind, und zwar die Enden der
einen Hälfte der Gelenkstücke mit der treibenden Welle und die Enden der anderen
Hälfte der Gelenkstück; mit der getriebenen Welle.
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Es ist dabei von folgenden geometrischen Verhältnissen ausgegangen
(Abb. i und 2 der Zeichnung) Dreht sich der bei seinem Umlauf entsprechend geführte
Ring 8 in einer Ebene, die mit der Wellenachse den Winkel a bildet, so beschreiben
die einzelnen Punkte dieses Ringes in bezug auf eine zu den Wellen i, 2 senkrecht
stehende Ebene eine Ellipse, die nur dann zum Irreis wird, wenn a = go' ist, die
Ringebene also ebenfalls senkrecht zur Wellenachse steht oder mit der vorgenannten
Ebene zusammenfällt. Ist der Radius des Ringes r', so ist die Länge der kleinen
Achse der Ellipse r" = r' # sin a.
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Unter Berücksichtigung dieser -eom.etrischen Verhältnisse ergibt sich
nun für die vorliegende Erfindung folgendes Die Abb. i bis ,l zeigen zwei Ausführungsbeispiele
derselben mit der Einschaltung des Ringes zwischen die treibende und die anzutreibende
Welle, Abb. 5 und 6 die Anwendung der Vorrichtung auf eine Maschine mit kreisenden
Kolben. Dabei ist in den A66. i bis 4. zeichnet. Si eist dagegen in Abb. 5 in einer
die Führung es umlaufenden Ringes nicht ge-Ausführungsform dargestellt. In Abb.7
ist eine Ausführungsform darges;ellt, bei der statt des umlaufenden Ringes eine
schräg liegende Achse angeordnet ist.
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In Abb. i (Stirnansicht) und Abb. 2 (Längsschnitt) ist die treibende
Welle i mit dem Arm 9 und dem daransitzenden Drehzapfen io versehen. Von letzterem
führt ein Gelenkstück i i zu dem am Ring 8 sitzenden Zapfen 6. Der Ring 8 hat, um:
9o'' versetzt, noch einen zweiten Zapfen 7, von dem ein Gelenkstück 14 zum Zapfen
i z des Armes 13 führt, der an der getriebenen Welle 2 befestigt ist. Es trägt also
sowohl die treibende Welle i als auch senkrecht hierzu die getriebene Welle je einen
starren Arm 9 bzw. i,-" um dessen Zapfen i o bzw. 12 Gelenkstücke i i, 14 schwingen,
die mit ihren Enden mit den Zapfen 6, 7 des Umlaufringes 8 drehbar verbunden sind,
wobei dieser Ring so geführt sein muß, daß er in iseiner Ebene um seinen Mittelpunkt
kreisen kann (Abb. 5).
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Dreht sich nun das ganze System: in der Richtung des Pfeiles und macht
der Zapfen i o eine Viertelumdrehung, so bewegt er mittels des Gelenkstückes i i
den Zapfen 6 von a nach b. Dabei vermindert sich der Radius des Systems von
r' auf r". Das bedeutet eine Beschleunigung. Gleichzeitig hat aber der um go° versetzte
Zapfen 7 am Ring 8 seinen Abstand vom Nullpunkt 0 von r" auf r' vergrößert, sein
Einfluß auf den Zapfen 12 am Arm 13 der getriebenen Welle 2 mittels des Gelenkstückes
i ¢ hat sich also erhöht, das bedeutet abermals eine Beschleunigung. Im nächsten
Quadrant liegt die Sache umgekehrt. Zapfen 6 entfernt sich von 0, das bedeutet Verzögerung,
der Zapfen 7 nähert sich 0, sein Einfluß auf 12 vermindert sich, das bedeutet abermals
Verzögerung. Es ergibt sich daraus bei jeder halben Umdrehung eine Beschleunigung
und eine Verzögerung, deren Größe von der Differenz r' - r" oder r'
- r' . rin cc oder letzten Endes vom Winkel a abhängig ist. Wird a verändert,
so verändert sich auch die Größe der Beschleunigung oder Verzögerung.
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In Abb. 3 und ¢ ist der gleiche Mechanismus dargestellt, nur sind
die Elemente verdoppelt, so daß vier Arme 9, 13 mit Gelenkstücken i i, 14 die Bewegung
übertragen. Eine solche symmetrische Anordnung wird hauptsächlich für die praktische
Ausführung der Vorrichtung in Betracht kommen. Der umlaufende Ring 8 muß selbstverständlich
entsprechend geführt sein. Er muß z. B. durch Nutenführung mit Rollen oder Kugeln
so gestützt werden, daß er sich mittels der geschilderten Kreuzgelenkkupplung mit.
den Wellen drehen 'und außerdem seine Neigung a verändern kann.
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Liegen die beiden Wellen nicht hintereinander, sondern ist die eine
konzentrisch zur anderen angeordnet, dann können die Zapfen 6 und 7 statt an einem
Ringe an Armen sitzen, die ;an einer Achse befestigt sind. Diese muß dann so gelagert
werden, daß der Winkel a, ebenfalls verändert werden kann.
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In Abb.7 ist eine solche Einrichtung dargestellt. Es sitzen hierbei
die Zapfen 6 und 7 an Armen 16 einer Achse 17, wobei der Winkel a mittels eines
Zalmradg:etriebes z geändert werden kann. Im übrigen entspricht die Einrichtung
der vorbeschriebenen Ausführung. Die Welle i trägt die Arme 9 und die Welle 2 die
Arme 13. An diesen greifen die Gelenkstücke i i und 14 an, die andernends mit den
Armen 16 gelenkig verbunden sind.
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Die Vorrichtung kann auch dazu dienen, zwischen zueinander geneigten
Wellen eine gleichförmige Bewegung hervorzurufen. Zu i diesem Zwecke braucht der
umlaufende Ring nur so gelagert zu werden, daß :er mit jeder der Wellen den gleichen
Winkel bildet. Die Bewegungsebene des Ringes muß also den Winkel der Wellen halbieren.
Bei dieser Lage i wird dann die Beschleunigung des Ringes, die er von der treibenden
Welle erhält, als Verzügcrung
auf die getriebene Welle übertragen
und ebenso umgekehrt, so daß die Geschwindigkeit eine gleichförmige bleibt. Das
ergibt sich daraus, daß sich die Zapfen des Ringes in einer Ebene bewegen, die zu
jeder der beiden Wellen die gleiche Neigung besitzt, jedoch mit verschiedenen Vorzeichen,
nach der einen positiv, nach der anderen negativ.
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Das Anwendungsgebiet der Vorrichtung ist ein sehr ausgedehntes. Vor
allen Dingen kann die Vorrichtung nutzbar gemacht werden, wenn es sich darum handelt,
während einer Umdrehung gewisse Räume abwechselnd zu vergrößern und zu verkleinern,
wie das bei jeder Kreiselpumpe für Flüssigkeiten oder Gase erforderlich ist. Der
gleiche Vorgang ergibt sich auch bei rotierenden Motoren, bei Meßapparaten usw.
Immer kann die periodisch wechselnde Geschwindigkeit des sich drehenden Mechanismus
benutzt werden, um kolbenartige Gebilde in ringförmigen Gehäusen einander zu nähern
oder voneinander zu entfernen, also zu steuern.
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Ein Beispiel dafür ist in Abb. 5 und 6 an t,incm rotierenden Motor
dargestellt. Abb.5 ist ein Längsschnitt und Abb.'6 ein Schnitt senkrecht zu den
Wellen mit schematischer Darstellung der Kolben. In dem ringförmigen Gehäuse c bewegen
sich vier Kolben d, e, f
und g. Davon ist d und, f mit derScheibe
fz und e und g mit der Scheibe i verbunden. Diese Scheiben drehen sich mit den Hohl-«-ellen
k und L um die durchgehende Hauptwelle n1.. Die beschriebenen Kreuzgelenkkupplungen
verbinden dabei die Welle m mittels der Arme 9, 13 und der Gelenkstücke i i, 14
mit den Hohlwellen h und L durch Vermittlung der Ringe B. Diese Ringe
sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, bei ihrem Umlauf mittels Nutenführung
und Kugellagerung in dem Motorgehäuse geführt. Sie veranlässen also, wenn sich das
System in drehender Bewegung befindet, eine relative Bewegung der Kolben gegeneinander,
so daß während einer Umdrehung alle Phasen, die für einen Viertakt- oder doppelten
Zweitaktmotor erforderlich sind, entstehen.
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An Stelle der zwei- Kreuzgelenkkupplungen kann auch nur eine angewendet
werden. In diesem Falle muß aber dann .eine der Scheiben !a oder i direkt
mit der Welle m verbunden werden, die allerdings dann wegen der unmittelbaren
Beeinflussung durch die wechselnden Kolbendrücke weniger gleichmäßig gedreht wird.
In jedem der beiden Fälle ergibt sich eine Ausführungsform, die nicht nur gestattet,
die Kolben mit gegeneinander wechselnden Abständen in dem ringförmigen Hohlraum
c zu bewegen, sondern auch diese Abstände während des Betriebes dadurch zu verändern,
daß der Neigungswinkel der Kupplungsringe 8 gegen die Welle m geändert werden kann.
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Zu diesem Zwecke kann z. B., wie aus Abb. 5 ersichtlich ist, die Ringführung
15, welche am Motorgehäuse in einer kreissegmentförmigen Gleitbahn ig drehbar gelagert
ist, mittels eines Ansatzstückes n bzw. o und Schraubengetriebe 18 in de
erforderliche Winkellage gegen die Welle mi eingestellt werden. Selbstverständlich
kann diese Einrichtung auch durch jede andere .entsprechende Steuervorrichtung ersetzt
werden.
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So kann die Veränderung des Kolbenhubes während des Betriebes in einfacher
Weise bewirkt werden.