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Kolbenmaschine mit Taumelscheibentriebwerk Die Erfindung bezieht sich
auf Kdlbenmaschinen mit Taumelscheibentriebwerk. Bei ,der Schwingbewegung einer
Taumelscheibe beschreiben alle Punkte- derselben Kurven, welche auf einer Kugeloberfläche
liegen, die um den Schwingungsmittelpunkt beschrieben ist, und welche, je nach der
Bauart des Taumelscheibentriehwerks, entweder eine in ihrer Größe wechselnde oder
eine für alle Punkte eines Kreises gleiche Erstreckung quer zur Richtung der Achse,der
Maschinenwelle aufweisen.
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Bei Taumelscheiben, bei denen ein Durchmesser in einer .die Achse
der Maschinenwelle enthaltenden Ebene geführt ist, bewegen sich alle Punkte; welche
nicht auf dem geführten' Durchmesser liegen, -in 8-förmigen Kurven, deren Quererstreckung
um so größer ist, je weiter diese Punkte von diesem Durchmesser abliegen.
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Bei Taumelschefbentri.ebwerken, bei welchen sich eine Kegelradverzahnung
der Taumelscheibe auf einer feststehenden Kegelradverzahnung abwälzt, beschreiben
alle in der gleichen Entfernung von .der Achse der Taumelscheibe und in der gleichen
Querebene zu dieser Achse liegenden Punkte gleiche Kurven, die wieder auf einer
Kugeloberfläche liegen, die um den Schwingungsmittelpunkt ,der Taumelscheibe (zusammenfallende
Spitzen .der Kegelmäntel der beiden Kegelräder) beschrieben ist. So beschreiben
z. B. die Punkte; welche in der durch die Kegelmantelspitzen gehenden Querebene
liegen, symmetrische 8-förmige Kurven.
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' Die Erfindung bezweckt die Ausnutzung dieser räumlichen Taumelscheibenschwingbewegung,
um der geradlinigen Hinundherbewegung der an die Taumelscheibe angeschlossenen Kolben
eine Hinundh erdrehung zu überlagern.
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Nach der Erfindung werden die die Kolben mit der Taumelscheibe verbindenden
Glieder in an sich bekannter Weise nur an solche
Punkte der Taumelscheibe
angeschlossen, welche die obenerwähnten Kurven mit einer Erstreckung quer@zur Richtung
der Achse der Maschinenwelle beschreiben; ferner werden diese Glieder sowohl mit
-der Taumelscheibe als auch mit den Kolben so verbunden, daß sie die der Querbewegung
dieser Punkte entsprechende @Vinkelverschwenkung der Taumelscheibe um die Achse
der Maschinenwelle auf die Kolben übertragen. Sofern als Verbindungsglieder Pleuelstangen
dienen, werden beide Pleuelstangenenden nach Art eines Kreuzgelenks ausgebildet,
welches der Pleuelstange gegenüber dem angeschlossenen Teil zwar eine freie Schwingbewegung
nach allen Richtungen des Raumes, aber keine freie Drehbewegung gestattet, so daß
Drehbewegungen des einen angeschlossenen Teils (Taumelscheibe) über die Pleuelstange
auf den anderen angeschlossenen Teil (Kolben) übertragen werden.
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Diese zusammengesetzte Verschiebe- und Drehbewegung der Kolben hat
gegenüber der reinen Verschiebebewegung verschiedene Vorteile.
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Es wird eine gleichmäßigere Schmiermittelverteilung erzielt; dadurch
werden die Gleitflächen in einem besseren Zustand erhalten als bei reiner Verschiebebewegung,
bei der leicht Riefenbildung auftritt; insbesondere bei Brennkraftmaschinen wird
die Gefahr :des Festbrennens ,der Kolbenringe in ihren Nuten weitgehend vermieden
und somit eine besonders lang anhaltende gute Kolbendichtigkeit erzielt.
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Bei bekannten Vorschlägen für Kolbenmaschinen mit Taumelscheibentriebwerk
hat man entweder bei Anschluß aller Kolben an Taumelscheibenpunkte mit Querbewegung
das Vorhandensein dieser Querbewegung übersehen und so ein kinematisch unbrauchbares
Getriebe geschaffen, oder man hat die hierbei verwendeten Gelenke lediglich nach
den Gesichtspunkten räumlicher Beweglichkeit (als Kugelgelenke) ohne die Fähigkeit,
Drehbewegungen zu übertragen, gestaltet. In anderen Fällen hat man de Anschlüsse
zwar drehfest (als Kreuzgelenke) ausgestaltet, hierbei weisen aber nicht alle Anschlußpunkte
der Taumelscheibe eine Querbewegung auf, so daß die an jene Anschlußpunkte angeschlossenen
Kolben im Betriebe leine Hinundherdrehung erfahren.
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Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Die Abb. i bis 3 zeigen ein Taumelscheibentriebwerk mit einer Taumelscheibe, bei
welcher ein Durchmesser in einer durch die Maschinenwelle gehenden Ebene geführt
ist. Abb. i ist eine Seitenansicht mit Schnitt durch die Führung der Taumelscheibe
und durch ein Anschlußgelenk nach Linie 1-I der Abb. i Abb. a ist eine Stirnansicht
in Richtung des Pfeils a, wieder mit Schnitt durch die Führung und durch die Anschlußgelenke
nach Linie II-II der Abb. i ; Abb. 3 ist ein Grundriß; Abb. d. zeigt schematisch
die Drehschwingurig der Taumelscheibe um die Achse der Maschinenwelle.
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Abb. 5 zeigt eine Taumelscheibe mit vier Anschlußstellen in Richtung
ihrer Achse (Pfeil b, Abb. i) gesehen.
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Die Abb. 6 und i zeigen eine Taurnelscheibe mit Führung durch einen
Querlenker, und zwar Abb.6 in Stirnansicht (entsprechend der Richtung des Pfeils
a., Abb. i), Abb. 7 im Grundriß; Abb. 8 zeigt das Schema der Lenkerführung.
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Abb. 9 zeigt im Längsmittelschnittein Taumelscheibentriebwerk mit
sich aufeinander abwälzenden Kegelrädern; Abb. io zeigt diese Räder schematisch
im Grundriß; Abb. ii veranschaulicht die Drehschwingung der Taumelscheibe um die
Achse der Maschinenwelle.
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Abb. 12 zeigt wieder im Längsmittelschnitt ein Taumelscheibentriebwerh
mit Kegelrädern, bei dem das die Kolben erfassende Verbindungsglied starr mit den
Kolben verbunden ist. Abb. 13 zeigt die Verbindung der Taumelscheibe mit diesem
Glied in radialer Richtung (Pfeil c) gesehen.
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Bei der Einrichtung nach Abb. i bis 3 weist die Maschinenwelle i einen
schräg verlaufenden Kurbelzapfen 2 auf, auf dem die Taumelscheibe 3 mit der Nabeq
:dre'hbar sitzt. An einem Vorsprung 5 der Taumelscheibe ist eine Gelenkkugel 6 angeschlossen,
die in einem Gleitschuh i gelagert ist; dieser Gleitschuh ist in einer Führung 8
verschieblich, welche sich parallel zur Achse der Maschinen--welle i erstreckt.
Hierbei ist also der durch die Gelenkkugel 6 gelegte Durchmesser A-B in einer die
Achse der Maschinenwelle i enthaltenden Ebene geführt. Die mit der Taumelscheibe
zu verbindenden Kolben io sind an letztere über Pleuelstangen i i, 12 angeschlossen.
Die Lage der Anschlußpunkte C, D an der Taumelscheibe 3 ist so gewählt, daß diese
Punkte möglichst tve't von dem Durchmesser A-B abliegen. Sie sind also, da es sich
nur um zwei Punkte handelt, auf einem zum Durchmesser A-B senkrechten Durchmesser
angeordnet. Bei der Bewegung des Getriebes beschreiben die Punkte C und D die in
Abb. i gestrichelt eingetragene 8-förmige Kurve k, welche auf einer um den Schwingungsmittelpunkt
27 der Taumelscheibe beschriebenen Kugelfläche liegt und welche, senkrecht zu dieser
Kugeloberfläche gesehen, eine Erstreckung quer zur Richtung der Achse W der Maschinenwelle
aufweist. Dies bedeutet, daß die Taumelscheibe um die Achse der
Maschinenwelle
eine Schwenkbewegung ausführt. Hat diese Quererstreckung an einer Stelle im Abstand
r von der Achse W der 'Maschinenwelle i ihren Größtwert x, so stellt
der Winkel y, den der Bogen x auf .dem Kreis mit dem Radius,reinschließt, den Winkel.
dar, um welchen die 'Taumelscheibe 3 um die Achse W der Maschinenwelle i verschwenkt
wird (Abb. 4). Die Pleuelstangen 11, 12 sind sowohl mit der Taumelscheibe (in den
Punkten C und D) als auch mit den Kolben io über Kreuzgelenke 13, 14 verbunden.
Diese Art der Verbindung hat zur Folge, daß die Winkelverschwenkung y der Taumelscheibe
3 um die Achse der Maschinenwelle i auf die Pleuelstangen ii, i2 und von diesen
weiter auf die Kolben io übertragen wird, so .daß diese Kolben außer ihrer hin und
her gehenden Bewegung auch .noch eine hin und her drehende Bewegung ausführen.
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Sollen an eine Taumelscheibe mit gerade geführtem Durchmesser mehr
als zwei Kolben angeschlossen -werden, so verteilt man die Anschlußstellen so, daß
sie möglichst weit von diesem geführten Durchmesser abliegen; bei vier anzuschließenden
Kolben kann man die Anschlüsse beispielsweise gemäß Abb. 5 auf Durchmesser legen,
.die zu dem geführten Durchmesser A-B unter 45° verlaufen: Die Anschlußstelle C'
hat dann einen Abstand r2 vom geführten Durchmesser A-B, der immer noch etwa das
0,7 fache des Abstandes r1 der Anschlußstelle C gemäß Abb. 2 beträgt.
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Das gleiche wie für die vorgeschriebenen Beispiele -nach Abb. i bis
5 gilt auch für Taumelscheibentriebwerke, bei denen ein Durchmesser der Taumelscheibe
mittels eines Kreuzgelenks in einer Ebene geführt ist, indem die eine Achse .des
Kreuzgelenks mit diesem Durchmesser der Taumelscheibe zusammenfällt, während die
andere, dazu senkrechte Gelenkachse festliegt.
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Läßt sich eine Verlegung der, Anschlußpunkte in die Nähe oder in den
Durchmesser A-B nicht vermeiden, z. B. beim Anschluß von drei Kolben gemäß Abb.
6 und 7, so kann man ein Hinundherschwingen der in ider Nähe dieses Durchmessers
liegenden Punkte um die Achse der Maschinenwelle i dadurch herbeiführen, daß man
den betreffenden Durchmesser nicht in einer Ebene, sondern in an sich bekannter
Weise mittels eines Lenkers 21 führt, der einerseits an einen Festpunkt 2o und andererseits
an die an der Taumelscheibe 3 festsitzenden Gelenkkugel 6 angeschlosssen ist. Die
Gelenkkugel 6 beschreibt dann eine bogenartige Kurve k1, ;die auf einer um den Schwingungsmittelpunkt
M .der Taumelscheibe 3 beschriebenen Kugel liegt. Diese Kurve k1 hat, senkrecht
zur Kugeloberfläche gesehen, eine Quererstreckung zu der Richtung der Achse W der
Maschinenwelle i; deren Maximum durch'die Scheitelhöhe y der Kurve k1 gegeben ist.
Die Schwenkbewegung jedes Punktes der Taumelscheibe um die Achse der Maschinenwelle
i setzt sich daher aus der für diesen -Punkt gültigen Form der 8-förmigen Kurve
k und der Kurve k1 zusammen, so daß jeder Punkt mindestens die .der Kurve k1 entsprechende
Schwenkbewegung ausführt. Demgemäß erfahren hierbei auch diejenigen Kolben, welche
an eine auf dem geführten Durchmesser A'-B' liegende Anschluß.stelle C" angeschlossen
sind, eine Hinundherdrehung.
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Bei dem Taumelscheibentriebwerk nach Abb. 9 trägt :die auf dem schrägen-
Kurbelzapfen 227 der Maschinenwelle i drehbar angeordnete Taumelsch.eibe 26 eine
Kegelradverzahnung, die sich auf dem gleich ;großen, festliegenden Kegelrad 25 abwälzt.
Hierbei beschreibt jeder Punkt F des Kegelmantels des Kegelrades 26 eine etwa birnenförmige
Kurve k.. Für Punkte :der Taumelscheibe, die in .dem an die Außenseite der Kegelfläche
.des Kegelrades 26 angrenzenden Raum liegen, gehen diese birnenförmigen Kurven in
8-förmige Kurven über. Bei Punkten, z. B. G, die auf einer Ebene E liegen, welche
senkrecht zur Achse des Kegelrades 26 steht und ,durch dessen Spitze 28 geht, ergeben
sich symmetrische 8-förmige Kurven h3. Im gezeichneten Beispiel sind die Kolben
mit solchen Punkten G verbunden, und zwar über Pleuelstangen i i, welche sowohl
an die Taumelscheibe 26 -wie auch an .die Kolben io über Kreuzgelenke 13, 14 angeschlossen
sind. Der größten Quererstreckung x der Kurve kg, die im Abstand r von der Achse
W der Maschinenwelle i auftritt, entspricht eine Verschwenkung der Taumelscheibe
um diese Achse W um den Winkel y (Abb. i i), die sich über die Pleuelstangen. i
i auch auf die Kolben io überträgt.
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Bei dem Beispiel nach Abb.i2 und 13 ist die Taumelscheibe 26 wieder
als Kegelrad ausgebildet, welches drehbar auf ,dein Schrägzapfen der Maschinenwelle
i angeordnet ist und sich auf dem festliegenden Kegelrad 25 abwälzt. Für den Anschluß
der gleichachsig angeordneten Kolben 35, 36, die untereinarider durch ein starres
Verbindungsglied 37 verbunden sind, das sonach in Richtung der Achse W tder Maschinenwelle
i geführt ist, sind an der Taumelscheibe 26 radial stehende Zapfen 39 angeordnet,
deren Achsen in der zur Taurnelscheibenachse 27 senkrechten und durch .die Kegelradspitz.e
28 gehenden Ebene E liegen. Auf jedem dieser Zapfen sitzt drehbar und axial verschiebbar
ein Querhaupt 30, dessen Seitenarme 31, 32 ebenfalls als Zapfen ausgebildet sind,
welche dreibar und seitenverschieblich
in dem rahmenartigen Mittelteil
38 des Verbindungsgliedes 37 gelagert sind.
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Die Verbindung stellt also ein Kreuzgelenk dar, das infolge der radialen
bzw. tangentialen Verschieblichkeit der Zapfen in ihren Lagern geeignet ist, die
8-förmige Bewegung des Gelenkmittelpunktes G zwangfrei zu ermöglichen, das aber
die dabei auftretende Winkelverschwenkung der Taumelscheibe 26 um die Achse W der
Maschinenwelle i auf die Kolben 35, 36 überträgt.