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Taumelscheibenantrieb, insbesondere für Brennkraftmaschinen Taumelscheiben
für Triebwerke, insbesondere von Brennkraftmaschinen, sind bekannt. Sie dienen dem
Zweck, die hin und her gehende Bewegung einer Anzahl Kolben mit parallel zueinander
auf dem Umfang eines Kreises stehenden Achsen auf eine einzige Kurbelwellenkröpfung
zu übertragen und in eine drehende Bewegung umzuwandeln. Das normale Kurbeltriebwerk
ohne Taumelscheibe ist ohne Zweifel für kleine Zylinderzahlen, etwa bis sechs, unübertroffen
einfach und billig. Dagegen gibt für Vielzylindermotoren, acht Zylinder und mehr,
das Taumelscheibenantriebswerk .die kürzeste, leichteste und billigste Bauart, :da
man mit einer einzigen Kröpfung bei beliebig vielen Zylindern auskommt und den Gas-
oder Lufteinlaß bzw. Auslaß aller Zylinder mit einem einzigen Drehschieber steuern
kann. Bei den meisten bisher bekannten Bauarten von Ta-umelscheiben war die Ausbildung
und insbesondere die Lagerung der Taumelscheibe der schwächste Punkt des ganzen
Motors. Sie war meist die Ursache für den Mißerfolg der bisher bekannten Konstruktionen.
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Die Erfindung bezweckt demgegenüber vor allem einen Taumelscheibenantrieb,
insbesondere für Brennkraftmaschinen, welcher in der Herstellung billig ist, sich
.durch eine einwandfreie und betriebssichere Lagerung sowie durch eine gleichförmige
Antriebsübertragung durch die Taumelscheibe auszeichnet und einen hohen mechanischen
Wirkungsgrad und vollkommenen Massenausgleich gewährleistet. Die Erfindung besteht
in der Hauptsache darin, daß die Taumelscheibe in einem Abstand der etwa -gleich
ist dem Taumelscheibenradins,
einerseits an der .den Kolben zugekehrten
Seite mittels eines ballig einstellbaren Lagers auf der Kurbelwelle gelagert ist,
während .sie auf der den Kolben abgekehrten Seite keine Berührung mit der Kurbelwelle
hat, sondern sich in einer Zentrierkugel im Kurbelgehäuse abstützt, wobei zweckmäßig
in an .sich bekannter Weise der Axialdruck durch zwei Wälzkegelfliäehen aufgenommen
wird und in an sich gleichfalls bekannter Weise die Taumelscheibe durch Kegelriäider
am Verdrehen gehindert wird.
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Nach .einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ferner die Anordnung
derart getroffen; daß der Mittel£,urnkt der Zentrierkugel, die Spitzen der Wä,lzkegelflächen,
ferner die Spitzen der Teilkreiskegel beider Ktgelriälder und der Schnittpunkt der
Kurbelwellenlängsachse mit der Mittelachse der Kurbelwellenkröpfung in einem Punkt
zusammenfallen. Auf diese Weise entsteht auf der Wällzbahn eine reine Rollenbewegung
ohne gleitende Reibung.
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Der Kegelwinkel der beiden Wälzflächen und der Kegelwinkel der Teilkrei.skegel
beider Kegelr&der ist vorzugsweise gleich dem stumpfen Winkel zwischen der Kurbelwellenkröpfung
und der Kurbelwellenläings.achse. Zweckmiäl6i@g sind ferner die Kegelräder mit Spiralverzahnung
versehen, deren Spiraiwinkel und Spiralrichtung so gewählt ist, daß der Zahndruclc
!den radialen Druck an der Zentrierkugel ganz oder teilweise aufhebt.
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Es ist ein Taumel-sdheibenantriebbekannt,- bei welchem die Taumelscheibe
auf der den Kolben abgekehrten Seite mittels eines Kardankreuzes am Kuribelgehiäuse
und auf der den Kolben zugekehrten Seite mittels eines Gleitlagers- auf der Kurbelwelle
gelagert ist. Eine solche kardanische Aufhängung -der Taumelscheibe hat aber den
Nachteil, daß die Taumelbewegung -ungleichförmig wird, da ein Moment zweiten Grades
auftritt; das mit der zweifachen Drehzahl ider Kurbelwelle urnil-äkuft und sich
infolgedessen nicht .durch Gegengewichte an der Kurbelwelle ausgleichen läßt.
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Des weiteren isst eine Bauart mit Taumelsch-eibe bekannt, bei welcher
sich .diese mittels einer kege-Ligen Wällzfliä-che unmittelbar am Kurbelgehiäiuse
abstützt. Im Gegensatz zur Erfindung ist jedoch die Taumelscheibe an der den Kolben
zugekehrten Seite nicht auf der (Kurbelwelle gelagert, sondern stützt sich an dieser
Stelle gegen einen festGtehenden Zapfen; während sie an ider den Kolben abgekehrten
Seite die Kurbelwelle antreibt. Diese bekannte Bauart hat jedoch den Nachteil einer
großen Baulänge. Außerdem sind keine Mittel vorgesehen, die Zentrierkugel vom radialen
Druck zu entlasten und :die Reibungsverluste an dieser Stelle zu vermeiden. Ferner
sind keine Mittel vorhanden, um die Taumelscheibe am Verdrehen einwandfrei zu hindern.
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Nach einer weiteren bekannten Ausführungsform eines Taumelscheibengetriebes
ist die Taumelscheibe zwar an .der den Kolben abgekehrten Seite durch eine Rolllläiche
gegen das Kurbelgehätse abgestützt, -wobei -gleichzeitig eine Sicherung dir Taumelscheibe
gegen Verdreh ien durch ein Paar ineinandergreifen@der Kegelräder erreicht wird.
Im Gegensatz zur Erfinidung ist jedoch die Taumelscheibe mit zwei Lagern auf der
Kurbelwelle gelagert, wobei das erste Lager in der Nähe der Rollfläche die radial
gerichteten Kräfte von der nichtdrehenden Taumelscheibe auf die Kurbelwelle überträgt,
welche die Kräfte erst hierauf durch die Kurbelwellenlager auf das feststehende
Kurbelge'häuse weiterleitet. Hierdurch entstehen doppelte Reibungsverluste. Außerdem
erfordert die Ausführung der Taumelscheibenlagerung auf zwei Lagern, von denen eines
mit einer Wälzfläche und einer Kegelradführung verbunden ist, eine große Arbeitsgenauigkeit,
welche die Herstellung erschwert und verteuert.
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Durch die Erfindung werden alle diese Nachteile beseitigt. Infolge
der nur einmaligen Lagerung der Taumelscheitbe auf der umlaufenden Kurbelwelle werden
die Reibungsverluste gering gehalten, da die Taumelscheibe an .der den Kolben abgekehrten
Seite keinerlei Beriihrung mit der Kurbelwelle hat und alle dort auftretenden Kräfte,durch
Rollflächen auf ,das Kurbelgehänxse überträgt. Gleichzeitig gewiährleistet die (bällig
einstellbare Lagerung der Taumelscheibe auf der Kurbelwelle, daß sich die Taumelscheibe
auf der ;I#,'urbelwelle selbsttätig einstellt und dadurch eine große, Herstellungsgenauigkeit
in der Lagerung nicht erforderlich ist. Infolge der besonderen Art der Lagerung
der Taumelscheibe werden nur die zum Antrieb verwertbaren Kräfte; also die reine
Umfangskraft, auf die Kurbelwelle übertragen, während alle anderen Kräfte mit geringsten
Reibungsverlusten auf das Kurbelgehäuse übertragen werden.
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Zweckmäßig hat die Zentrierkugel in der Hohlkugel so viel Laufspiel,
daß sie nur die radialen Drücke aufnimmt, während die axialen Kräfte ausschließlich
auf die Wätlzibahnen übertragen werden.
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Weitere Einzelheiten und,Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu,entnehmen, welches in der Zeichnung im
Schnitt durch die Kurbelwellenachse dargestellt ist.
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Die im Gehäiuse 23 in den Lagern 2@q: und 25 gelagerte, von den Kolben:
26 mittels der Pleuelstange 27 und der Taumelscheibe i2,8 angetriebene Kurbelwelle
umfaßt die in der- Kurbelwellenachse liegenden Lagerungsabschnitte 29, 30, die unter
einem Winkel a zur ICurbelwellenachse geneigte Kurbelwellenkröpfun,g 3;z und die
Kurbelwellenwange 32. Die Anzahl der Kolben kannbeliebig sein. Der Zylinderkopf
ist der Übersichtlichkeit halber fortgelassen. ZurWeiterleitung .des Antriebes,
z. B. für ein iKraftfahrz.eug, dient beispielsweise eine Flüssig= keitskupplung
3:3, die ihrerseits unmittelbar ein Wechselgetriebe antreiben kann.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, isst die Taumelscheibe 28 einerseits
-mittels einer Zentrierkugel im Gehäuse 23 und andererseits etwa im Abstand des
halben Taumelseheibenradius auf der Kurbelkröpfung 31 gelagert. Der Mittelpunkt
der Zentrierkugel ist gleichzeitig Schnittpunkt o der durch 29, 3o bestimmten Kurbelwellenachse
und der
Achse der Xurbelwellenkröpfung 31. Zum Zweck der Lagerung
im Gehäuse ist die Taumelschei:be 28 mit einem von der Kurbelwelle mit Spieldurchsetzten
Kugelkopf i versehen, welcher in einer entsprechenden Hohlku@gelfläche 2 des Gehäuses
gelagert ist, und zwar derart, daßi der von den Kolben 26 über die Pleuelstangen
27 ausgeübte Arbeitsdruck die Zentrierkugel im Eingriff zu halten sucht. Kugelkopf
und Hohlkugel besitzen hierbei zweckmäßig jedoch ein solches Laufspiel zueinander,
daß in den Kugelflächen selbst der Arbeitsdruck nicht übertragen wird. Hierzu dienen
vielmehr -die kegelförmigen Stirnflächen 3 und 4 an der Taumelscheibe bzw. am Gehäuse,
deren Kegelspitze mit dem Mittelpunkt o der Zentrierkugel zusammenfällt. Die Taumelscheibe
ist ferner mit einem Zahnkranz 5 eines Kegelrades, das Gehäuse mit einem entsprechenden
Zahnkranz 6 versehen. Beide Zahnkränze 5 und 6 stehen miteinander im Eingriff und
besitzen einen .dem Kegelwinkel der Wälzflächen 3, 4 entsprechenden und mit diesem
zusammenfallenden Teilkreiskegel. Der Kegelwinkel ,B = i8o° - a entspricht hierbei
dem stumpfen Winkel zwischen der Kurbelwellenachse und der Achse der Kurbelwellenkröpfung.
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Das zur Lagerung der Taumelscheibe auf der Kurbelwelle dienende Lager
ist als Einstellager ausgebildet. Es besteht aus der ungeteilten zylindrischer Lagerbüchse
7, die ,mittels eines Ringes 8 mit .b:alliger Außenfläche in der Nabe der Taumelscheibe
g einstellbar gelagert ist. Die Lagerbüchse 7 ist durch angefräste Vorsprünge no
in entsprechenden Ausfräsungen #i i oder Taumelscheibennabe gegen Verdrehen gehalten,
aber mit so viel Spiel, daß die kugelige Einstellung nicht behindert wird. Die Einstellbark
eit der Lagerbüchse 7 hat den Zweck, ein Ecken des Lagers und Kantenpressungen zu
verhüten, falls durch Montageungenauigkeiten oder Arbeitsfehler die Mitte der Zentrierkuge1
i nicht genau im Schnittpunkt der Achsen liegt. Die Lagerbüchse stützt sich nach
der einen Seite mit dem Bund 12 gegen die Kurbelwange 32 der Kurbelwelle ab, nach
der entgegengesetzten Richtung wird sie durch ,den Ring 8 axial gehalten.
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Wenn die Taumelscheibe in der hier gekennzeichneten Weise einerseits
am Kurbelgehäuse, andererseits auf der Kurbelwelle gelagert ist, überträgt sich
nur die Umfangskraft auf die Kurbelwelle und ihre Lagerung, während oder nicht zur
Arbeitsleistung nutzbare Teil der Kolben- und Massenkräfte nahezu verlustfrei direkt
auf das Kurbelgehäuse übertragen wird.
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Das Triebwerk eines so ausgebildeten Taumelscheibenmotors hat einen
besseren mechanischen Wirkungsgrad als irgendein anderer Motor, zumal die Querkräfte
in den Kolben, also die Gleitbahndrücke, nahezu ganz fehlen.
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Eine erfindungsgemäß gelagerte Täumelscheibe hat gegenüber fast allen
anderen bekannten Ausführungen weiterhin den Vorteil, daß alle Kolben und Pleuel
genau ;gleiche Bewegungen mit gleichmäßig verschobener Phase ausführen. Es kann
daher jede Ungleichförmigkeit in der Bewegung der Taumelscheibe vermieden werden,
wie sie z. B. immer vorhanden ist, wenn die Taumelscheibe an einem Punkt gegen Verdrehen
gehalten wird. Eine völlig gleichförmige Bewegung der Taumel,scheibe und sämtlicher
Kolben und Pleuel ist aber Vorbedingung für einen vollkommenen Massenausgleich und
einen erschütterungsfreien Lauf des Motors. Die Taumelscheibe mit den daranhängenden
Pl.eueln und Kolben erzeugt ein mit Kurbelwellendrehzahl und im Kurbelwellendre'hsinn
umlaufendes Moment, das nach einem weiteren Merkmal oder Erfindung durch zwei Gegengewichte
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und 14. ausgewuchtet wird, wobei das Gegengewicht 13 zweckmälßig um so
viel schwerer ist als das Gegengewicht 14, wie zum Ausgleich der umlaufenden Massen
nötig ist. Ein Motor mit einer entsprechend gelagerten und ausgewuchteten Taumelscheibe
läuft bei richtiger Bemessung der beiden Gegengewichte vollkommen erschütterung:sfrei.
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Mit Rücksicht auf einfache Herstellung wird die Taumelscheibe zweckmäßig
aus zwei Hauptteilen zusammengesetzt, und zwar aus der Nabe g und der Scheiibe,i5.
Beide sind durch Schrauben 16 miteinander verbunden, die gleichzeitig das Kegelrad
5 halten. Die Scheibe -15 trägt am Umfang die Lager für die kugeligen Pleuelköpfe
v7. Jedes dieser Lager besteht seinerseits wieder aus zwei Teilena8 und @iig, die
zweckmäßig aus Leichtmetall gegossen oder gepreßt sind. Sie sind ineinander zentriert
und in der Ausdrehung2i der Taumelscheibe eingepaßt, so daß .die Schrauben 2o nur
auf Zug -beansprucht sind. Zur Verminderung der Zugspannung sind die Schrauben 2o
aus der Mitte der Kugelköpfe in Richtung auf die Kolben hin versetzt.
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Die beiden Lagerteile,iß und i9 können ohne spanabhebende Bearbeitung
fertiggepreßt werden. Zur Schmierung der Pleuelköpfe sind in der Taumelschei:be
Bohrungen 22 angebracht, durch die das Ö1, .das aus dem Lager 7 austritt, an die
Pleuelköpfe gelangen kann.