DE572485C - Geschlossene sinusfoermige Fuehrungsbahn in Zylinder-Schubkurvengetrieben fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf geschlossene sinusförmige Führungsbahnen in Zylinder-Schubkurvengetrieben, die ζ. B. bei Brennkraftmaschinen, Verdichtern u. dgl., die eine hin und her gehende Bewegung in eine Drehbewegung, oder umgekehrt, mittels Rollen umsetzen, die in diesen sinusförmigen Bahnen laufen.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art erfolgt diese Bewegungsumsetzung unter so starken, stoßweise auftretenden Beschleunigungsdrücken, insbesondere zwischen den Führungsrollen und einzelnen Punkten ihrer Bahnen, daß die Vorrichtungen auf die Dauer nicht betriebssicher waren. Die Stöße der Rollen entstehen bei diesen Ausführungen besonders an Stellen der Bahnkurven mit unstetiger Änderung der Krümmungsradien, wodurch auch die Beschleunigung unstetig wird. Daß zu diesem Übelstand in erheblichem Maße die Art der Herstellung der Bahnkurven beitrug, selbst wenn, was jedoch auch nicht genügend berücksichtigt wurde, die richtige, stoßfreie Bahnkurve gewählt wurde, ist bisher nicht erkannt worden. Es genügen schon sehr geringe Abweichungen der Bahn von der Form, um insbesondere bei hohen Drehzahlen Stöße zu erzeugen, die kein Baustoff auf die Dauer auszuhalten vermag.

Es sind zwar bereits die Voraussetzungen und Bedingungen der Aufgabe erörtert worden, hin und her gehende Bewegungen auch mit Hilfe von sinusförmigen Kurvenbahnen in Drehbewegungen umzuwandeln, oder umgekehrt, jedoch wurde gegenüber diesen theoretischen Erörterungen zu geringer Wert darauf gelegt, in welcher Weise die theoretisch erhaltenen Kurvenformen sich herstellen lassen und wie sich hierbei Abweichungen von der theoretischen Bahnkurve auf die Massen- und Beschleunigungsverhältnisse der Maschine auswirken.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die richtigen Führungsbahnflächen dann zu erhalten sind, wenn, unter Führung der Rollenmitte auf einer sinusförmigen Bahnkurve, die zugehörigen Flächen der Führungsbahnen die Hüllflächen der Durchdringungskurven des Rollenkörpers mit dem Führungszylinder sind. Diese Flächen lassen sich ge- maß der Erfindung in dem Führungskörper dadurch herstellen, daß das Einschneiden mittels eines exzentrischen Kreisnockens erfolgt, der sich auf den ebenen Boden eines der beiden axial gegeneinander zu bewegenden Teile, des Fräsers oder des mit der Führungsbahn zu versehenden Körpers stützt und den Teil axial hin und her bewegt, während sich .der

mit der Führungsbahn zu versehende Körper mit einer Geschwindigkeit dreht, die in einem bestimmten ganzzahligen Verhältnis zu dieser Axialbewegung bzw. der Nockendrehurig S steht. Der Fräser, dessen Form derjenigen der Führungsrolle entspricht, schneidet hierbei die gewünschten Flächen ein, welche alle nacheinanderfolgenden Stellungen der beiden sich durchdringenden Körper einhüllen. ίο Auf der Zeichnung, welche als Beispiel eine der zahlreichen möglichen Anwendungsarten des Erfindungsgedankens veranschaulicht, stellt

Abb. ι schematisch einen Axialschnitt durch eine Brennkraftmaschine in dem Zeitpunkt dar, in welchem die Rollen im oberen Totpunkt stehen;

Abb. 2 zeigt schaubildlich von außen einen zylindrischen Führungskörper mit drei Doppelhüben für jede Umdrehung des die Rollen tragenden Körpers;

Abb. 3 stellt gleichfalls schaubildlich diesen Rollentragkörper dar;

Abb. 4 zeigt den exzentrischen Kreisa5 nocken, der zum Einschneiden der Führungsbahn in den Führungskörper dient.

Der Motorkolben a, der sich in dem Motorzylinder e (Abb. 1) bewegt, ist in bekannter Weise durch Zapfen b oder beliebige andere Mittel mit Rollen c verbunden, die in den Kurvenbahnen d, d' (Abb. 2) geführt werden. Diese Bahnen sind in die Wandung eines zylindrischen Führungskörpers eingearbeitet, welcher, wie dargestellt, aus einem Stück mit dem Motorzylinder e bestehen kann.

Unter der Wirkung der Explosionsgase vollführt der Kolben seine hin und her gehende Bewegung. Da er aber zugleich durch die Kurvenbahn d, d' geführt wird', dreht er sich auch um seine Achse, und diese Drehung überträgt sich mittels der Zapfen b auf die Welle q der Maschine. Ein (nicht veranschaulichtes) Schwungrad gewährleistet zweckmäßig in üblicher Weise die Gleichförmigkeit der Drehung.

Voraussetzung für diese Art der Umsetzung einer hin und her gehenden in eine Drehbewegung ist, daß sie ohne Stöße vor sich geht, welche die Rollen und Führungsbahnen zerstören. Bei den bekannten Ausführungen wurde dies schon durch die unrichtige Wahl, vor allem aber durch die falsche Ausführung der Führungsbahnen verhindert. Hierdurch entstanden Beschleunigungskräfte, die an den Stellen einer Unstetigkeit in der Bahnkurve ein Vielfaches derjenigen betrugen, die bei richtiger Ausbildung der Führungsbahnen auftreten.

Die Erfindung geht davon aus, daß sich die Mitte der Führungsrollen c auf einer sinusförmigen Bahn bewegen muß, welche um den Führungszylinder e oder einen zu ihm konzentrischen Zylinder gewickelt ist. Die Gleichung dieser Kurve ist -

Z = C · sin η ω t,

wobei s die Bewegungsgröße des Schwerpunkts des Kolbenkörpers, C den halben Hub des Kolbens, η die gerade oder ungerade Anzahl der Hübe des Kolbens während einer Umdrehung der Maschinenwelle q, ω die Winkelgeschwindigkeit des Kolbens und t die Zeit bedeuten. Die Gesamtträgheitskraft, welche gleich und entgegengesetzt dem Druck der Rollen c auf der Führungsbahn d ist, wird durch den zweiten Differentialquotienten von ζ nach t bestimmt, ist also

— Μ

dt*

— Mn²Co²C sinn ω t.

Hierbei bedeutet M die Gesamtmasse des Kolbenkörpers α der Rollen c und der mit ihnen verbundenen Teile. Der Höchstwert M_n ² ω² C der Trägheitskraft ist erreicht, wenn sinB(Bi=I ist. Für diesen Höchstwert gibt es also eine genau festliegende Grenze, allerdings nur unter der Voraussetzung, daß die Ausbildung der Führungsbahnen eine genaue Durchführung der Bewegungen nach dem go eben entwickelten Gesetz gewährleisten.

Jedenfalls bleiben die Trägheitskräfte innerhalb der Größenordnung, welche durch die Bahnfläche des Führungszylinders aufgenommen werden kann, zumal wenn im Falle einer Brennkraftmaschine an die Stelle des Höchstdruckes die Zündung gelegt werden kann, so daß die Explosionsdrücke den Trägheitskräften entgegenwirken. Es läßt sich dann einrichten, daß der Zylinderboden fast allein die Trägheitskräfte aufnimmt, so daß der Rückdruck auf die Kurvenbahn sich nahezu aufheben läßt. Gegebenenfalls verbessert eine Vorzündung den Ausgleich der Kräfte noch weiter.

Zur Bewegungsübertragung vom Kolben a auf die Maschinenwelle q kann beispielsweise die Vorrichtung nach Abb. 3 dienen. Sie besteht aus einer zylindrischen, innen gezahnten Hülse p. Die Zapfen b, welche η-mal über dem Umfang gleichmäßig verteilt sind, bestehen aus einem Stück mit der Hülse. Die Achsen der Rollen c sind frei in die Zapfen b eingesetzt. Die Antriebswelle q trägt auf ihrer Außenseite eine zur Führung dienende Verzahnung, welche in die Zähne der Hülse p greift, und deren Bange so gewählt ist, daß die Hülse p in stetem Eingriff mit der Welle q bleibt.

Um das Einschneiden der Führungsbahn d, d' mit der erforderlichen hohen Genauigkeit so vorzunehmen, daß diese Bahnen die

Durchdringungskurven des Führungszylinders mit den Rollen umhüllen, wenn die Mitte der letzteren auf der sinusförmigen Bahn geführt wird, bedient man sich nach der Erfindung eines der Rolle entsprechend geformten Fräsers und einer Vorrichtung, welche den sich drehenden Fräser nach dem Sinusgesetz gegenüber dem Körper bewegt, in den die Führungsbahnen eingeschnitten sind. Diese

to Bewegung nach dem Sinusgesetz läßt sich zweckmäßig dadurch ausführen, daß die Achse des Fräsers ruht, während der Führungszylinder in seiner Achsenrichtung dem Fräser gegenüber verschoben und zugleich

*5 um seine eigene Achse entsprechend gedreht wird.

Das Sinusgesetz bedingt und ermöglicht hierbei eine sehr einfache Formgebung für den Leitnocken t (Abb. 4), der sich bei seiner Drehung gegen den ebenen Boden des Führungskörpers nach Abb. 2 stützt. Der Leitnocken t erhält nämlich die Form eines exzentrischen Kreisnockens mit dem Radius T₁ + C, wobei T₁ den Abstand des Nockendrehpunktes von der Stützfläche und C die halbe Kolbenhublänge und die Exzentrizität bedeutet. Die von dem Kreisnocken erzeugte Axialbewegung ist ζ = C sin η ω t, entspricht also den Ordinaten einer erweiterten Sinuslinie.

Es ist darauf zu achten, daß bei der Ausführung des Einschneidens der Führungsbahnen die Umdrehungszahl des mit der Führungsbahn zu versehenden Körpers in einem bestimmten, ganzzahligen Verhältnis zur Axialbewegung bzw. der Nockendrehung steht, wie sich aus der Anzahl der hin und her gehenden Bewegungen ergibt, die während einer Drehung des Führungskörpers stattfinden sollen.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Geschlossene sinusförmige Führungs- · bahn in Zylinder-Schubkurvengetrieben für Brennkraftmaschinen, Verdichter u. dgl., bei denen eine hin und her gehende Bewegung in eine Drehbewegung (oder umgekehrt) mittels in dieser sinusförmigen Bahn laufender Rollen umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn mittels eines der Laufrolle entsprechend geformten, feststehenden Fräsers und eines exzentrischen Kreisnockens eingeschnitten ist, der sich auf einen ebenen Boden des mit der Führungsbahn zu versehenden Körpers derart stützt, daß dieser eine axiale hin und her gehende Bewegung erhält, wobei er sich mit einer in einem bestimmten ganzzahligen Verhältnis zu dieser Axialbewegung oder der Nockendrehung stehenden Geschwindigkeit dreht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen