DE598721C

DE598721C - Gear arrangement for internal combustion engine, in particular for driving locomotives

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Publication number: DE598721C
Application number: DER81572D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1930-05-09
Filing date: 1931-05-09
Publication date: 1934-06-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für den Antrieb von Lokomotiven, mit hin und her gehendem Kolben, dessen Bewe-S gung über Kolbenstange und Schubstange auf einen Schwinghebel einer Schwingwelle übertragen wird, die über einen weiteren Schwinghebel und eine Schubstange mit dem Kurbelzapfen des Triebrades verbunden ist.The invention relates to a transmission arrangement for an internal combustion engine, in particular For the drive of locomotives, with reciprocating pistons, whose movement is based on the piston rod and push rod a rocker arm of a rocker shaft is transmitted, which via a further rocker arm and a push rod with the Crank pin of the drive wheel is connected.

Zweck der Erfindung ist, durch die Getriebeanordnung die auftretenden Belastungen an den Übertragungsgliedern, insbesondere an dem Kurbelzapfen des Antriebsrades, herabzusetzen. Erfindungsgemäß liegen die Zylinderachse der Brennkraftmaschine und die Schwenkwelle in oder etwa in der gleichen Ebene und der von dem Kolben bewegte Schwinghebel schwingt über einen Winkelweg von ungefähr 90⁰, wobei ein höherer Zylinderdruck bei geringerem wirksamen Hebelarm des Hebels und der niedrigere Zylinderdruck bei größerem wirksamen Hebelarm auftritt, während der die Bewegung auf den Kurbelzapfen des Treibrades übertragende Schwinghebel etwa gleichmäßig weit um die den größten Hebelarm aufweisende Mittellage (etwa Senkrechte durch die Schwenkwelle) schwingt und der Winkel zwischen den Hebeln so bemessen ist, daß in der einen Totpunktlage des Kurbelzapfens bzw. Endlage seines zugeordneten Hebels der andere Hebel sich ebenfalls in oder etwa in dem Totpunkt befindet, während in der anderen Totpunktlage des Kurbelzapfens der Hebel seine um 90⁰ versetzte andere Endlage einnimmt.The purpose of the invention is to reduce the loads occurring on the transmission members, in particular on the crank pin of the drive wheel, by means of the gear arrangement. According to the invention, the cylinder axis of the internal combustion engine and the pivot shaft lie in or approximately in the same plane and the rocker arm moved by the piston swings over an angular path of approximately 90 ^° , with a higher cylinder pressure with a lower effective lever arm and the lower cylinder pressure with a larger effective lever arm occurs, while the rocking lever transmitting the movement to the crank pin of the drive wheel swings approximately evenly around the central position (e.g. perpendicular through the pivot shaft) with the largest lever arm and the angle between the levers is dimensioned so that in the one dead center position of the crank pin or end position of its associated lever and the other lever is also in or approximately in the dead center, while in the other dead center position of the crank pin, the lever is in its other end position offset by 90 ^0.

Es sind bereits Getriebeanordnungen bekannt, bei denen zwischen der Treibstange des Kolbens und der des Antriebsrades ein doppelarmiger Schwinghebel mit annähernd konstant bleibenden Hebelarmen eingeschaltet ist, auch ist es an sich bekannt, an dem Treibgestänge von Lokomotiven zum Ausgleich der Massenwirkungen Kurbelversetzungen vorzunehmen. Demgegenüber wird durch die Erfindung der Fortschritt erzielt, daß durch die besondere Anordnung der Übertragungsglieder die durch das Arbeitsspiel der Zylinder bedingten Spitzenbelastungen gleichmäßiger übertragen werden, so daß beispielsweise für Lokomotiven die Verwendung von Antriebsmotoren größerer Leistung sich ergibt, als bisher möglich war. Da bekanntlich durch die Profilbeschränkung die Abmessungen des Treibradzapfens und somit bei den bisher verwendeten Bauarten die bei den zulässigen Zapfendrücken zu übertragenden Kräfte ihre obere Grenze bereits erreicht haben, ermöglicht die Anordnung nach der Erfindung bei gleichbleibenden Zapfenabmessungen die einwandfreie Übertragung noch größerer Leistungen. Dies wirkt sich auchThere are already known gear arrangements in which between the drive rod of the piston and that of the drive wheel a double-armed rocker arm with approximately constant lever arms is switched on, also it is known per se the drive rods of locomotives to compensate for the mass effects of crank displacements to undertake. In contrast, the invention achieves the advance that the special arrangement of the Transmission elements handle the peak loads caused by the working cycle of the cylinders be transmitted more evenly, so that, for example, the use for locomotives of drive motors with greater power than was previously possible. As is well known due to the profile restriction, the dimensions of the drive wheel pin and thus with the designs used up to now, those to be transmitted with the permissible pin pressures Forces have already reached their upper limit, the arrangement after the Invention with constant pin dimensions, the proper transmission still greater achievements. This also affects

besonders vorteilhaft beim Anfahren aus, wo hauptsächlich die von den Zylinderdrücken herrührenden Einwirkungen zu berücksichtigen sind.particularly advantageous when starting from where mainly the cylinder pressures resulting effects are to be taken into account.

Die Maschine kann einen oder mehr Zylinder oder auch Zylinderpaare aufweisen, welche nebeneinander sämtlich auf einer Seite der Schwingwelle angeordnet sind und deren Achsen in der gleichen Ebene oder in to einer parallel zu der Achse der Schwingwelle liegenden Ebene sich befinden. Ferner kann auch die Erfindung bei einer mehrzylindrigen Maschine oder Lokomotive verwendet werden, deren Zylinder paarweise gegenübert5 liegend angeordnet sind, so daß auf beiden Seiten der Schwingwelle sich ein Zylinder jedes Paares befindet. Bei einer derartigen Ausführungsform, bei welcher die Kraftübertragung von den Kolben auf eine umao laufende Kurbel der anzutreibenden Maschinenwelle bzw. Achse erfolgt, tritt der größte Druck des Treibmittels auf die gegenüberliegenden Kolben dann auf, wenn die ebenfalls entgegengesetzt gerichteten Schwinghebel oder Kurbeln in einer Linie oder annähernd in einer Linie bzw. parallel mit den Zylinderachsen liegen oder mit diesen einen verhältnismäßig geringen Winkel bilden.The machine can have one or more cylinders or pairs of cylinders, which are all arranged side by side on one side of the oscillating shaft and their axes in the same plane or in to one parallel to the axis of the oscillating shaft lying level. Furthermore, the invention can also be used in a multi-cylinder Machine or locomotive are used, the cylinders of which are opposed in pairs 5 are arranged horizontally so that there is a cylinder on both sides of the oscillating shaft each pair is located. In such an embodiment in which the power transmission takes place from the pistons to a crank running umao of the machine shaft or axis to be driven, the largest occurs Then pressure of the propellant on the opposite piston, if that too oppositely directed rocker arms or cranks in a line or approximately lie in a line or parallel with the cylinder axes or with these one form a relatively small angle.

Bei der Anwendung der Erfindung auf Maschinen mit einem oder mehreren Paaren von gegenüberliegend angeordneten Zylindern bewegen sich deren Kolben in entgegengesetzten Richtungen, um einen vollkommenen Ausgleich der Massenkräfte der hin und her gehenden Teile zu erzielen.When applying the invention to machines with one or more pairs of oppositely arranged cylinders, their pistons move in opposite directions Directions in order to achieve a perfect balance of the inertia forces of the moving parts.

Als Antriebsmaschine kann eine Brennkraftmaschine üblicher Bauart dienen. Es können aber auch die allgemein unter der Bezeichnung »Still«-Maschinen bekannten Ausführungen verwendet werden.An internal combustion engine of the usual type can serve as the drive machine. It however, the designs generally known under the designation "Still" machines can also be used be used.

Die beiliegende Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung bei einer Lokomotive mit zwei Gruppen von je vier Zylindern auf jeder Seite des Gestells, und zwar istThe accompanying drawing shows an exemplary embodiment of the invention for a locomotive with two groups of four cylinders on each side of the frame, namely is

Fig. ι eine Seitenansicht,
Fig. 2 ein Grundriß,Fig. Ι a side view,
Fig. 2 is a plan view,

Fig. 3 eine Stirnansicht mit teilweisem Schnitt.Fig. 3 is an end view with partial section.

Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer. ortsfesten Einzylindermaschine.Fig. 4 is a side view of a. stationary Single cylinder machine.

Die Antriebsmaschine besteht aus zwei gegenüberliegend angeordneten Zylindern a, b je einer Gruppe von vier auf jeder Seite der Lokomotive angebrachten Zylindern. Die beiden Zylinder α und b liegen koaxial und befinden sich an gegenüberliegenden Seiten einer Schwingachse s¹, welche in Lagern auf der Grundplatte der Maschine gelagert ist. Der Kolben a¹ des Zylinders α ist über eine Kolbenstange ar, einen Kreuzkopf a³ und eine Treibstange α⁴ mit einem Kurbelzapfen a^s verbunden, der' an dem oberen Ende eines Schwinghebels e¹ befestigt ist. Der Schwinghebel e^x ist starr mit einem Schwinghebel e^a verbunden und beide bilden zusammen einen doppelarmigen Hebel auf der Schwingwelle s¹. The prime mover consists of two oppositely arranged cylinders a, b each of a group of four cylinders attached to each side of the locomotive. The two cylinders α and b are coaxial and are located on opposite sides of an oscillating axis s ¹ , which is mounted in bearings on the base plate of the machine. The piston a ^{1 of} the cylinder α is connected via a piston rod ar, a cross head a ³ and a drive rod α ⁴ to a crank pin a ^s which is attached to the upper end of a rocker arm e ¹ . The rocker arm e ^x is rigidly connected to a rocker arm e ^a and both together form a double-armed lever on the rocker shaft s ¹ .

In ähnlicher Weise ist der Kolben b¹ des koaxial angeordneten Zylinders b durch eine Kolbenstange b², einen Kreuzkopf b^s und eine Treibstange &⁴ mit einem Kurbelzapfen &⁵ verbunden, der an dem unteren Ende des Schwinghebels e² befestigt ist.Similarly, the piston b ^{1 of} the coaxially arranged cylinder b is connected by a piston rod b ² , a cross head b ^s and a drive rod & ⁴ to a crank pin & ⁵ which is attached to the lower end of the rocker arm e ² .

Ähnliche entsprechend bezeichnete Verbindungsteile sind für die beiden koaxial angeordneten Zylinder c und d, welche parallel zu α und b in derselben horizontalen Ebene liegen, vorgesehen.Similar correspondingly designated connecting parts are provided for the two coaxially arranged cylinders c and d, which are parallel to α and b in the same horizontal plane.

Der Kolben c¹ des Zylinders c ist mittels einer Kolbenstange c², eines Kreuzkopfes c^s und einer Treibstange c⁴ mit einem Kurbelzapfen c⁵ verbunden, der an dem äußeren Ende eines Schwinghebels e³ sich befindet, welcher seinerseits mit einem entsprechenden Schwinghebel e⁴ in Verbindung steht. Dieser weitere zweiarmige Schwinghebel sitzt auf der Welle i¹.The piston c ^{1 of} the cylinder c is connected by means of a piston rod c ² , a cross head c ^s and a drive rod c ⁴ to a crank pin c ⁵ , which is located at the outer end of a rocker arm e ³ , which in turn is connected to a corresponding rocker arm e ⁴ communicates. This further two-armed rocker arm sits on the shaft i ¹ .

In ähnlicher Weise ist der Kolben d¹ des Zylinders d mittels einer Kolbenstange d², eines Kreuzkopfes d^s und einer Treibstange d⁴ mit einem an dem äußeren Ende des Schwinghebels e⁴ vorgesehenen Kurbelzapfen d⁵ verbunden. Die Schwinghebel e¹ und e² sind gegenüber den Hebeln e^s und e⁴ um 90 ° versetzt.Similarly, the piston d ^{1 of} the cylinder d is connected to a crank pin d ⁵ provided on the outer end of the rocker arm e ⁴ by means of a piston rod d ² , a cross head d ^s and a drive rod d ⁴ . The rocker arms e ¹ and e ² are offset by 90 ° with respect to the levers e ^s and e ^4.

Wie also aus der Zeichnung ersichtlich,, sind die Kolben α¹ und b¹ sowie die entsprechenden Kolben c¹ und d¹ gegenüberliegenden Zylinderpaaren zugeordnet und so miteinander verbunden, daß sie sich in entgegengesetzten Richtungen bewegen, so daß ein vollkommener Ausgleich der Massenkräfte erzielt wird.As can be seen from the drawing, the pistons α ¹ and b ¹ and the corresponding pistons c ¹ and d ^{1 are} assigned to opposite pairs of cylinders and are connected to one another in such a way that they move in opposite directions, so that a perfect balance of the inertial forces is achieved .

Auf der Schwingwelle .r¹ ist ein Kurbelarm e⁵ angebracht, dessen Kurbelzapfen h¹ über eine Treibstange h² mit einem umlaufenden Kurbelzapfen h^s eines Treibrades w¹ in Verbindung steht. Das Treibrad w¹ ist auf einer Achse ζ«³ befestigt und der Arm e² kann sich von h¹ bis h^A bewegen oder im wesentlichen in solche Stellungen, welche von seiner senkrechten Lage gleich weit entfernt sind.A crank arm e ^{5 is} attached to the oscillating shaft .r ¹ , the crank pin h ^{1 of which is} connected to a rotating crank pin h ^{s of} a drive wheel w ¹ via a drive rod h ² . The drive wheel w ¹ is attached to an axis ζ « ³ and the arm e ² can move from h ¹ to h ^A or essentially in such positions which are equidistant from its vertical position.

Auf der anderen Seite der Lokomotive befindet sich eine ähnliche Gruppe von vier Zylindern mit entsprechenden Triebwerksteilen, also vier Schwinghebeln, ähnlich den Hebeln e¹ bis e⁴ sowie einem fünften Hebel k, welcher dem Hebel e^s entspricht und auf einer . zweiten Schwingwelle s¹ befestigt ist. Der Hebel k ist über eine Treibstange k² mit einer umlaufenden Kurbel k^s eines anderen Treib-On the other side of the locomotive is a similar group of four cylinders with corresponding engine parts, so four rocker arms, similar to levers e ¹ to e ⁴ and a fifth lever k, which corresponds to lever e ^s and on one. second oscillating shaft s ^{1 is} attached. The lever k is via a drive rod k ² with a rotating crank k ^s of another drive

rades w² der Achse w^s verbunden. Die umlaufenden Kurbeln h³ und k³ der Treibräder liegen zueinander unter 90⁰ und die Schwinghebel e¹ bis e⁴ der Schwingwelle J¹ liegen unter 45° zu den entsprechenden Schwinghebeln der Schwingwelle i², so daß beide Gruppen zusammen ein äußerst gleichmäßiges Drehmoment hervorbringen und somit das Anfahren erleichtern.rades w ^{2 of} the axis w ^s connected. The revolving cranks h ³ and k ³ of the driving wheels are each less than 90 ⁰ and the rocker arm e ¹ to e ⁴ of the oscillating shaft J ¹ are at 45 ° to the respective rocking levers of the rocker shaft i ^2, so that the two groups together produce a highly uniform torque and thus make starting easier.

to Bei der in Fig. 4 dargestellten ortsfesten Maschine sind die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Außerdem bezeichnet w ein Schwungrad und g ein Gegengewicht.In the stationary machine shown in FIG. 4, the corresponding parts are provided with the same reference numerals. In addition, w denotes a flywheel and g a counterweight.

Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung die Treibstangen sowie die Kurbelzapfen der Treibräder einer unmittelbar angetriebenen Lokomotive von den maximalen Kolbenkräften, die sich aus dem Eintrittsdruck des Hoehdruckdampfes oder dem Zünddruck einer Verbrennungskraftmaschine ergeben, entlastet sind, so daß durch die Kurbelzapfen der Treibräder bei gegebenen Abmessungen größere Kräfte übertragen werden können. Ferner wird ein gleichmäßiges Drehmoment an den Triebrädern erzielt und ein fast vollkommener Ausgleich der Massenkräfte herbeigeführt, welche sonst Erschütterungen, Schwingungen und Stöße auf die Schienen verursachen. Es ist außerdem nicht erforderlich, an den Treibrädern die hin und her gehenden Massen der Kolben, Kolbenstangen und Kreuzköpfe auszugleichen. From the foregoing it can be seen that, according to the invention, the connecting rods as well as the crank pins of the drive wheels of a directly driven locomotive from the maximum piston forces resulting from the inlet pressure of the high pressure steam or the ignition pressure of an internal combustion engine are relieved, so that With the given dimensions, greater forces are transmitted through the crank pins of the drive wheels can be. Furthermore, an even torque is achieved on the drive wheels and an almost perfect one Compensation of the mass forces brought about, which otherwise shocks, vibrations and cause impacts on the rails. It is also not necessary on the drive wheels to balance the reciprocating masses of the pistons, piston rods and crossheads.

Claims

Patent claims:

i. Gear arrangement for internal combustion engine, in particular for driving locomotives, with reciprocating piston, the movement of which is transmitted via piston rod and push rod to a rocker arm of an oscillating shaft which is connected to the crank pin of the drive wheel by another rocker arm and push rod that the cylinder axis ■ the internal combustion engine and the pivot shaft (s ¹⁾ in or about in the same plane and the rocker arm (e ¹⁾ swings moved by the piston via an angular of about 90 ^0, with a higher cylinder pressure with less effective, Lever arm of the lever (e ¹ ) and the lower cylinder pressure occurs with a larger effective lever arm, while the rocker arm (e ⁵ ) which transmits the movement to the crank pin (h ^s ) of the drive wheel is approximately evenly around the central position with the largest lever arm, approximately vertical Pivot shaft (s), swings and the angle between the levers ( e ¹ and e ⁵ ) is dimensioned so that in one dead center position of the crank pin (h ³ ) or the end position of the lever (e ⁵ ) the lever (e ¹ ) is also at or approximately at the dead center, while in the other Dead center position of the crank pin (h ^s ) the lever (e ¹ ) assumes its other end position offset by 90 °.

2. Transmission arrangement according to claim 1, characterized by the arrangement of two symmetrically opposite cylinders (c, d) of the internal combustion engine, the pistons of which drive the drive rod (Zt ² ) and the crank (/ ι ³ ) via the same pivot shaft (s ¹ ) .

3. Gear arrangement according to claim 1, characterized in that the drive rod (Zi ² ) with the pivot shaft (s ¹ ) is connected by a single lever (e ⁵ ), and that on the pivot shaft (s ¹ ) four levers (e ¹ to e ⁴ ) are arranged in pairs and at right angles to one another, which are each connected to the piston of a cylinder of the internal combustion engine, the cylinders (c, d) being located in pairs on opposite sides of the pivot shaft (s ¹ ) .

4. Gear arrangement according to claim 1, _go characterized in that two crank pin (A ³ k, ³⁾ on the shaft (ζυ ³⁾ of the drive wheel with an offset of 90 ° are mounted, and that the rods (/ ι ^2, k ²⁾ are moved by two pivot shafts (s ¹ , s ² ) , of which each pivot shaft has four levers (e ¹ to e ⁴ ) arranged in pairs and at right angles to one another, which are each connected to the piston of a cylinder, the cylinders (c, d ) are located in pairs on opposite sides of each pivot shaft (s ¹ or s ² ) , while the levers (e ¹ to e ⁴ ) of one cylinder group are offset by approximately 45 ° to the corresponding levers of the other cylinder group.

1 sheet of drawings