DE705410C - Taumelscheibengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Taumelscheibengetriebe für Kolbenmaschinen mit zur Kurbelwelle parallelen Zylindern, im besonderen solche Getriebe, bei denen die Taumelscheibe stetig, z. B. durch Kegelräder oder symmetrische Gelenke, geführt wird. Bei stetig geführten Taumelscheiben beschreiben alle Umfangspunkte, d.h. alle in der Hauptebene der Scheibe auf gleichem Radius gelegenen Punkte, kongruente Bahnen.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer guten Verbindung zwischen Taumelscheibe und Kolben bzw. Kolbenstangen, d.h. einer Verbindung, die möglichst aus einfachen und bewährten Elementen des Maschinenbaues besteht, einfach herstellbar ist und gute Betriebseigenschaften für Gelenk und Kolben ergibt. Die Lösung der Aufgabe ist dadurch erschwert, daß das Gelenk mindestens vier Freiheitsgrade haben muß, nämlich zwei Translationen in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse und zwei Rotationen. Bei stetig geführten Taumelscheiben setzen sich die beiden Translationen zu einer ebenen Kreisbewegung, gegebenenfalls um die Zylinderachse, und die as zwei Rotationen zu einer Kegelbewegung zusammen, wobei die Kegelachse parallel zur Achse der Taumelscheibe ist.

Bei Taumelscheibenkolbenmaschinen ist es höchst vorteilhaft, zu diesen vier Freiheitsgraden einen fünften hinzuzunehmen, nämlich eine Drehung des Kolbens um seine eigene Achse. Neuere Versuche an Verbrennungsmotoren haben gezeigt, daß der Arbeitskolben durch zwanglose Drehung um seine Achse einen hochpolierten Lauf spiegel erhält, der Ölverbrauch zurückgeht und die Lebensdauer von Kolben und Kolbenringen zunimmt. Es ist einer der Hauptvorteile des Taumelscheibenantriebes, daß diese Kolbendrehung auf einfache Weise ermöglicht und durch ein geringes tangentiales Reibung'sdrehmoment aus der obenerwähnten Kreisbewegung zwanglos herbeigeführt werden kann.

Zur Wahrung dieses Vorteils bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Gelenkes mit -

besagten fünf Freiheitsgraden. Diese Aufgabe ist mit bewährten einfachen Maschinen elementen selbst dann lösbar, wenn ein die Geradführung übernehmender Zylinder nicht vorhanden ist. Nach der Erfindung kann in diesem Sonderfall sogar eine exakte Geradführung von der Taumelscheibe selbst bewirkt werden.

Bekannte Verbindungen mit fünf Freiheitsgraden sind gewöhnlich Pleuelstangen mit Kugelköpfen. Kugelgelenke sind aber unerwünscht; ihre genaue Herstellung, ebenso ihre Wartung ist schwierig, da sie bei Verschleiß nicht ohne weiteres nachstellbar sind. Sie sind ferner wenig geeignet zur Übertragung von Zugkräften. Ersetzt man die Kugelgelenke durch Kreuzgelenke, so erhalt man höheres Gewicht, mehr toten Raum und nur vier Freiheitsgrade.

Bekannt sind ferner Taumelscheibengetriebe, bei denen das an einer Drehung verhinderte Taumelglied mit dem Kolben durch sich an dem Scheibenkörper abstützende Gleitstücke in Eingriff steht, die auf dem Kolben senkrecht zu dessen Achse kreisförmige Bahnen beschreiben. Die Parallelführung der Gleitstücke wird bei diesen Getrieben durch den Kolben bzw. den Zylinder bewirkt; um dabei Kraftschluß in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens zu erhalten, müssen Gleitstücke beiderseits der Taumelscheibe vorhanden und über den Scheibenrand hinweg miteinander verbunden sein. Durch diese nicht achssymmetrische Verbindungskröpfung wird aber eine Drehung des Kolbens um seine Achse verhindert; man erhält also insgesamt wieder nur vier Freiheitsgrade.

Im Gegensatz dazu wird bei der Anordnung nach vorliegender Erfindung eine Drehung des Arbeitskolbens mit den beschriebenen Vorteilen nicht nur möglich gemacht, sondern durch ein für diesen Zweck bewußt ausgenutztes, sich aus der Kreisbewegung ergebendes kleines Reibungsdrehmoment, ohne feste Phase zur Kurbelwelle, absichtlich herbeigeführt. Für die konstruktive Lösung kennzeichnend ist dabei, daß die Parallelführung der Gleitstücke nicht durch den Zylinder, sondern durch die Taumelscheibe selbst bewirkt wird. Die Parallelführung nach der Erfindung ist also von dem Vorhandensein von Arbeitszylindern kinematisch unabhängig. Die Bewegung der Gleitstücke wird erfindungsgemäß durch in der Taumelscheibe gelagerte achsparallele, geknickte Wellenzapfen zwangsläufig gesteuert, wobei die die Gleitstücke haltenden Zapfen durch einen gemeinsamen Trieb mit der Welle auf gleicher Drehzahl gehalten werden. Weitere Merkmale ergeben sich aus ^der Beschreibung.

Abb. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel und die Abb. 2 und 3 Teile des Taumelscheibengetriebes nach Abb. 1 in einer anderen Ausführung. Abb. 4 zeigt den Erfindungsgedanken an einem Ausführungsbeispiel mit Zahnrädern an Stelle von Kurbelkoppeln.

Die Parallelführung nach der Erfindung wird durch am Umfang der Scheibe 2 parallel zum Mittelzapfen 1' gelagerte Drehzapfen 3 bewirkt, die relativ zur Scheibe dieselbo Drehung wie 1' ausführen und einen in gleicher Phase und mit gleichem Winkel wie die Kurbelwelle 1-1 abgekröpften Teil 3' enthalten, der in jeder Stellung parallel 1-1 ist. Dieser Zapfen 3' kann nun mit dem Kolben entweder unmittelbar oder über drehbare Hülsen 8 in an sich bekannter _ Weise durch planparallele Gleitstücke 8' verbunden werden, die auf dem Kolben senkrecht zu dessen Achse kreisförmige Bahnen beschreiben. Falls nötig, können statt einer auch mehrere Scheiben 8' vorgesehen werden, die in die entsprechende Zahl Nuten eingreifen, so daß eine Art Axialkammlager entsteht, das mit radialem Spiel versehen ist. Die Nuten werden zweckmäßig so hinterdreht, daß der Kolben immer zentral zu seiner eigenen Achse getragen wird und keine Kippmomente erfährt.

Setzt man die Scheibe 8' fest auf den Zapfen 3', so erhält man eine kräftige Drehung 9< > des Kolbens 9. Die drehbaren Hülsen 8 sind lediglich zur Herabsetzung des Reibungsdrehmomentes bestimmt, wenn eine schwächere Drehung des Kolbens gewünscht wird. In beiden Fällen erfolgt die Drehung ohne feste Phase zur Welle 1-1, was zur Erzielung eines guten Laufspiegels der Kolben erwünscht ist. Die Axialkräfte zwischen den Hülsen 8 und den Drehzapfen 3' können durch gewöhnliche Drucklager übertragen werden, in Richtung des Gasdruckes wahlweise auch durch die ^zeichneten Wälzkegel 8. Zusammengefaßt zeigt die Abb. 1, daß die genannten Vorteile des fünften Freiheitsgrades mit einfachen, im Maschinenbau bewährten Elementen erreicht wurden, nämlich mit radial oder axial beanspruchten zylindrischen Zapfenlagern 3, 3', ebenen Gleitflächen 8' und gegebenenfalls Wälzkegeln 8.

Durch die beschriebene Anordnung ergeben sich weitere Vorteile für den Kolbenlauf. Der Arbeitskolben 9 ist achssymmetrisch, kann innen und außen auf der Drehbank bearbeitet werden und im Betrieb den Wärmedehnungen frei folgen. Da die Wandkräfte erster (3rdnung wegfallen, ist der Kolben praktisch nicht mehr Kreuzkopf, sondern nur noch Dichtungsmittel.

Die für den Zwanglauf der Drehzapfen 3' erforderliche Kopplung von Γ und 3 ist iao mit bekannten Mitteln möglich, beispielsweise

Claims (7)

1. durch eine Zahnkette oder eine unpaarige Stirnzahnradverbindung, bei welcher i' und 3 gleiche Räder tragen, die gemeinsam in ein auf der Taumelscheibe 2 sitzendes Zwischenrad eingreifen (Abb. 4).
2. Ein besonders einfacher Antrieb für. die Drehzapfen 3 ergibt sich nach. Abb. 1 durch Kurbeln 4, die in eine, gemeinsame Koppelscheibe 5 greifen.
3. Die Scheibe 5 . wird mit ι« gleichem Radius exzentrisch zum Kurbelzapfen 1' von der Kurbelwelle 1 aus geführt.
4. Da die Zylinderzahl nie kleiner als drei ist, läuft eine solche Kurbelkopplung totpunktfrei und kinematisch einwandfrei.
5. Konstruktiv is kann sie sehr leicht gehalten werden, da sie lediglich Reibungskräfte zu übertragen hat.
6. Im praktischen Maschinenbetrieb könnte aber eine solche Kurbelkopplung zu Schwierigkeiten führen, da sie eine Doppelpassung
7. 7.0 darstellt. Wenn beispielsweise durch ungenaue Herstellung oder Verschleiß die Maßabweichungen im Hauptkräftesystem 1-2-3 größer werden als im Hilfsgetriebe 1-5-4, so wird das letztere unzulässig belastet. Zur Vermeldung dieser Schwierigkeit wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Koppelscheibe 5 kinematisch als Taumelscheibe selbständig in genau gleicher Weise zentral geführt wie die Haupttaumelscheibe 2, beispielsweise durch ein schiefes Drehlager auf der Welle ι-1 in Verbindung mit der Hilfskegelradführung 7, wie es Abb. 2 zeigt. Durch diesen Eigenzwanglauf der Koppelscheibe 5 wird es nun kinematisch ermöglicht, die Führungskurbeln 4 radial nachgiebig zu gestalten, etwa durch Schwalbenschwanzprismenführung auf den Kurbelwangen, wodurch Zwängungen unmöglich gemacht werden.
   Für die praktische Anwendung der Erfindung dürften die beschriebenen Elemente im allgemeinen ausreichen, insbesondere wenn der Kolben oder ein entsprechender Bauteil eine eigene Geradführung, z. B. in Gestalt seines Arbeitszylinders, in Nähe der Taumel-

   i;i scheibe 2 besitzt. Ist eine solche Geradführung dagegen nicht vorhanden, so kann es wünschenswert Sein, eine geradlinige Axialbewegung von der Taumelscheibe 2 selbst abzuleiten.

   .■Ρ Nach der Erfindung, ist dies durch ein einfaches Zusatzelement möglich, sofern die Taumelscheibe 2 eine stetige Zentralführung besitzt, d. h. jeder ihrer Umfangspunkte das gleiche Bewegungsgesetz befolgt.

   Projiziert man bei stetig geführten Taumel scheiben die Bahn eines Umfangspunktes auf eine Ebene senkrecht zur Kurbelwelle 1-1, so erhält man eine fortlaufende Kreisbewegung mit doppelter Drehzahl wie die Kurbelwelle 1.

   Ro Durch eine zwangsläufige Exzenterbewegung um den Parallelzapfen 3' mit doppelter Kurbelwellendrehzahl läßt sich demnach eine achsen-■parallele Geradführung erzielen.

   Für diesen Zweck können im wesentlichen die nach der Erfindung schon vorhandenen 6g Bauteile verwendet "werden. Die Hülsen 8 werden exzentrisch, 14, 14', mit dem. anzutreibenden Bauteil, z. B. Kolben oder Kolbenstange ι ζ, verbunden. "Die Drehung der .Hülse 14^ 14' mit doppelter Kurbelwellendrehzahl 2 /z kann durch .an. sich, bekannte Mittel, z.B. Planetenkegelräder 10, 11, 12, erzielt werden.

   In Fällen, in denen eine Drehbewegung der Kolbenstange 15 nicht nachteilig ist, wie z.B. bei Antrieb von Plungern für Hochdrucköl oder Wasserpumpen, kann der Einfachheit halber die Stange 15 mit der Exzenterhülse 14' fest verbunden werden.

   Es sind durch die Erfindung erstmalig zwei kinematische Aufgaben gelöst worden, namlieh erstens Erzielung einer genauen Parallelführung, zweitens Erreichung einer genauen Geradführung durch die Taumelscheibe selbst ohne Zuhilfenahme weiterer Führungsbahnen, wie z. B. Arbeitszylinder.

   Patent a NSi¹R ü cile :

   1. Taumelscheibengetriebe, bei dem das

   an einer Drehung verhinderte Taumelglied mit dem Kolben durch sich an dem Scheibenkörper abstützende Gleitstücke in Eingriff steht, die auf dem Kolben senkrecht zu dessen Achse kreisförmige Bahnen beschreiben, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bewegung der Gleitstücke in deren Mitte durch in der Taumelscheibe gelagerte achsparallele, geknickte Wellenzapfen zwangsläufig gesteuert wird und die. die Gleitstücke haltenden Zapfen parallel zu der Welle verlaufen und ferner die Zapfen durch einen gemeinsamen Trieb auf gleicher Drehzahl mit der Welle gehalten werden.

   2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausrüstung· der geknickten Zapfen mit Kurbeln, die durch eine zweite Taumelscheibe getrieben werden, diese Hilfstaumelscheibe zur Vermeidung von Klemmungen eine besondere Umlaufsverhinderung· erhält.·

   3. Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin die Kurbelzapfen radial auf dem Kurbelarm verschiebbar sind.

   4. Getriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die achsparallelen Teile der geknickten Wellenzapfen an Stelle der Gleitstücke drehbare Hülsen tragen, die zwischen den Zapfen ιαο und dem Kolben bzw. Kolbenstangen als Koppel wirken.

   5· Getriebe nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den geknickten Wellenzapfen und den Kolben durch ein Ineinandergreifen von Vorsprüngen und Nuten zwangsläufig gestaltet ist.

   6. Getriebe nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelhülsen zwangsläufig mit doppelter Kurbelwellendrehzahl durch ein Umlauf räderwerk gedreht werden, dessen eines Sonnenrad an der Taumelscheibe und dessen anderes an der Hülse festsitzt, während die Achse der Umlaufräder mit den geknickten Wellenzapfen fest verbunden ist, und daß die als Exzentrizität in Erscheinung tretende Gliedlänge der Koppelhülsen eine Größe aufweist, die gleich dem Radius der im Anspruch 1 genannten kreisförmigen Bahn ist. ao

   Hierzu I Blatt Zeichnungen