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Getriebe zur Wandlung einer drehenden in eine geradlinig hin und her
gehende Bewegung Gegenstand der Erfindung ist ein Getriebe zur Wandlung einer geradlinig
hin und her gehenden Bewegung in eine drehende Bewegung oder umgekehrt. Derartige
Getriebe, gewöhnlich Geradlenker genannt, sind besonders in der ersten Entwicklungszeit
der Dampfmaschine in vielen Variationen ersonnen und angewandt worden, Am bekanntesten
ist der übliche Trieb mit Kurbel und Pleuel mit und ohne Kreuzkopf. Daneben sind
aber noch viele Geradlenker in Gebrauch, die aus einer Kombination mehrerer Hebel
bestehen. Für Sonderfälle hat sich die Kurbelschleife bewährt. In jüngerer Zeit
ist schließlich noch ein eigenartiges Getriebe bei Taumelscheibenmotoren bekanntgeworden.
Größere Verbreitung hat jedoch nur der Trieb mit Pleuel und für Sonderzwecke die
Kurbelschleife gefunden. Die Erfindung baut auf dem nachstehend beschriebenen und
bereits im 17. Jahrhundert von C a r d a n u s bekantgegebenen Prinzip auf: Wälzt
sich ein Kreis im Innern eines feststehenden Kreises von doppeltem Durchmesser ab,
so beschreibt jeder Punkt des kleinen Kreises eine Gerade, die durch den Mittelpunkt
des großen Kreises geht. Es wurde schon. vorgeschlagen, dieses Prinzip im Getriebebau
derart zu verwerten, daB ein Zahnrad im Innern eines Zahnkranzes von doppeltem Teilkreisdurchmesser
abrollt. An dem kleinen Zahnrad wird ein Zapfen derart befestigt, daß die Zapfenachse
durch den Teilkreis dieses Rades geht, welches im nachfolgenden als Planetenrad
bezeichnet werden soll. Diese Zapfenachse liegt der Achse des Planetenrades parallel.
Der Zapfen bewegt sich dann beim Abwälzen des Planetenrades
auf
einer Geraden hin und her, wobei sich der Zapfen gleichzeitig um seine Achse dreht.
Das Planetenrad wiederum ist auf einem Kurbelzapfen fest gelagert, der über eine
Wange mit der An- bzw. Abtriebswelle verbunden ist. Derartige, seit langer Zeit
bekannte Getriebe haben nur vereinzelt praktische Anwendung gefunden, ohne je besondere
Bedeutung erlangt zu haben.
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21m die Achse der Planetenräder der Achse der feststehenden Innenzahnkränze
@ parallel zu halten, ist auch schon vorgeschlagen worden, zwei Planetenräder zu
verwenden, die zu beiden Seiten des gerade gelenkten Kurbelzapfens angeordnet sein
sollten. Da die beiden Innenzahnkränze, durch das Gehäuse starr miteinander verbunden
sind und die beiden Planetenräder durch eine Kurbelwelle miteinander in Verbindung
stehen, ist eine Verschwenl@ung der Achse der beiden Planetenräder gegenüber der
Achse der Innenzahnkränze ohne Änderung des Abstandes dieser beiden Achsen nur in
den Grenzen des Zahnspieles möglich.
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Gemäß der Erfindung wird ein Kurbeltrieb der genannten Art so ausgebildet,
daß er bei jeder Zylinderzahl statisch und dynamisch; voll ausgewuchtet, also für
höchste Drehzahlen geeignet ist. Die Erfindung bestellt demgemäß darin, daß geradlinig
bewegte Massen, die mit einem geradegelenkten Kurbelzapfen verbunden sind, dessen
Achse durch den Teilkreis von wenigstens einem Planetenrad geht, das sich in einem
feststehenden Innenzahnkranz von doppeltem Teilkreisdurchmesser abwälzt, durch wenigstens
ein Gegengewicht in bezug auf die Planetenachse ausgewuchtet sind und daß die geradebewegten,
samt den um die Planetenachse umlaufenden Massen in bezug auf die Achse des Innenzahnkranzes
durch wenigstens ein um diese Achse kreisendes Gegengewicht ausgewuchtet sind.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt. Es zeigt Fig. i das kardanische Prinzip, Fig. 2 die Anwendung dieses
Prinzips gemäß der Erfindung, Fig. 3 die Verbindung von zwei doppelt wirkenden Kolben
mit dem Geradführungstrieb, Fig. 4 das zugehörige Getriebe geschnitten in perspektivischer
Ansicht, Fig. 5 eine Kurbelwelle mit zwei nebeneinanderliegenden -und um 18d° gegeneinander
versetzten Kurbelzapfen, , Fig. ( schematisch die beweglichen Teile einer Vierzylindermaschine
mit um iSo!° versetzten Kurbelzapfen. und senkrecht aufeinandersteheuden Kolbenachsen.
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Zur Erläuterung des Bewegungsprinzips sei auf Fig. i der Zeichnung
verwiesen. Darin stellt der Kreis io den Teilkreis eines Innenzahnkranzes dar, in
dem sich, ein Planetenzahnrad i i abwälzt, dessen Teilkreisdurchmesser gleich der
Hälfte des Teilkreisdurchmessers des Innenzahnkranzes io ist. Es ist bekannt, daß
bei einer derartigen. Abwälzbewegung jeder Punkt 12 des Teilkreises des Planetenrades
z i sieh auf einer Geraden bewegt, die durch den Mittelpunkt 13 des Innenzahnkranzes
geht. In der Zeichnung ist eine solche Bewegungslinie 14 eines Punktes 12 veranschaulicht:
Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit ist die Wegzeitkurve der sich auf Geraden bewegenden
Teilkreispunkte 12 des Planetenrades i i genau sinusförmig:.
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Gemäß der Erfindung wird das in Fig. i skizzierte Geradlenkungsprinzip
in der Form zur Geradführung eines I#',-urllelzapfens angewandt, wie in Fig. 2 der
Zeichnung ersichtlich ist. Dabei findet eine Kurbelwelle, i 5 Anwendung. Die Achse
16 des Kurbelzapfens 17 geht durch die Teilkreise von zwei in wesentlichem Abstand
voneinander angeordneten und starr miteinander verbundenen Planetenrädern i i und
i i", die sich in den Innenzahnkränzen io und ton abwälzen. Da die beiden Innenzahnkränze
io und io" gleich groß und axial zueinander angeordnet sind, ergibt sich entsprechend
dem an Hand von Fig. i erläuterten Prinzip eine genaue Geradführung des Kurbelzapfens
17, wobei der Gesamthub dem Teilkreisdurchmesser der Innenzahnkränze io und io"
entspricht. Dieser Gesamthub setzt sich zusammen aus dem Hub der Kurbelwelle 15,
der gleich dem Radius der Innenzahnkränze io und io" ist, sowie einem Hub, der abermals
gleich dem Radius ist, der sich daraus ergibt. daß die Achse der Kurbelwelle 15
beim .Abwälzen der Planetenräder wandert.
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Die Welle 15 ist in dem Maschinengehäuse 18 gelagert an den Stellen
1g und igd unter Zwischenschaltung der als Scheiben. ausgebildeten Planetenradträger
2o und 20a. Die Plänetenradträger 2o und 2o, haben einen Durchmesser von solcher
Größe, daß die Kurbelwelle in einem Abstand von dem halben, Radius von der Achse
13 der Innenzahnkränze ro und to, darin gelagert werden kann. Der Durchmesser der
Planetenradträger 2o und 2oa ist also in jedem Falle größer als der Radius der Innenzahnkränze
io und iöa. Die Planetenradträger 2o und 2.o" drehen sich im Gehäuse 113 und sind
an ihrem Umfang gelagert. Ihre Drehbewegung ist der Abwälzbewegung der Planetenräder
i i und i i" und damit auch der Drehrichtung der Kurbelwelle 15 entgegengesetzt.
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Während somit der Kurbelzapfen 17 eine genau geradlinige, hin und
her gehende Bewegung vollführt, dreht sich die Kurbelwelle 15 um ihre Achse, und
diese Achse vollführt ihrerseits eine kreisende Bewegung um die Achse 13 der Innenzahnkränze;
die auch die Achse der Planetenradträger 20 und 2ou ist. An diesem Planetenradträger
Zoo und 20" greift der rotierende An- bzw. Abtrieb des Getriebes- an. Zur Wahrung
der übersichtlichkeit ist die an- oder abtreibende Welle in Fig. 2 nicht dargestellt.
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Gemäß der Erfindung kann ein Getriebe für beliebige Zwecke, benutzt
werden, findet aber seine Hauptanwendung zur Kupplung von Kolben und Welle in Kolbenmaschinen,
wie in Fig. 3 dargestellt ist. An dem Kurbelzapfen. 17 kann mit dem Lageraußenring
22 ein Kolben 213 über eine Kolbenstange --4 starr angeschlossen werden. Es können
aber auch an dem Außenring 22 zwei Kolben 23
und 23, angreifen,
wobei die beiden Kolben die gleiche Achse haben. Diese Anordnung gibt beiden Kolben
eine- sichere Führung und ermöglicht eine besonders raumsparende Bauart, zumal infolge
der Geradführung der Kolbenstange 24 und 24" die beiden Kolben 23 und 23a doppelt
wirkend ausgebildet werden können.
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Bei dein Getriebe gemäß der Erfindung sind die geradlinig hin und
her gehenden Massen 22, 23, 2::1. statisch und dynamisch voll auszuwuchten.
Zum Verständnis können die geradlinig bewegten Massen 22, 23, 24 in ihrem Schwerpunkt,
der in diesem Falle in die Kurbelzapfenachse fällt, konzentriert gedacht werden.
Alsdann können Gegengewichte 25 angebrdnet «-erden, die mit der Kurbelwelle 15 starr
verbunden sind und die diese geradlinig bewegten Massen in Bezug auf die Planetenachse
voll auswuchten. In Fig. 4. der Zeichnung ist zum bes@nderen Verständnis eine Kurbelwelle
15 mit zwei derartigen Gegengewichten 2!5 perspektivisch dargestellt. Der drehende
An- oder Abtrieb kann an dem Zapfen 21, der mit einem der Planetenradträger 20 starr
verbunden ist, angreifen. Die Planetenräder i i und i i" sind dabei nicht hinderlich,
wie in Fig.4 klar erkennbar ist.
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Die mit den Planetenrädern i i und i i" umlaufenden Massen, zu denen
nach der vorangegangenen Betrachtung auch die geradlinig hin und her gehende Masse-
22, 23, 2.4 gehört, können in der Achse i 5 konzentriert gedacht werden. Diese Masse
kann nun ihrerseits durch Gegengewichte26 in Bezug auf die Achse 13 der Planetenradträger
2o und 2o" ausgewuchtet werden. Die Gegengewichte 26 sind mit den Scheiben 2o und
2o" starr verbunden. `'Fenn, wie in Fig.2, 3, 4., 5 und 6 der Zeichnung dargestellt,
das Getriebe symmetrisch zum Kurbelzapfen 17 aufgebaut ist, ergibt sich durch die
genannten Gegengewichte 25, die an der Kurbelwelle 15 befestigt sind, im Zusammenwirken
mit den entgegengesetzt umlaufenden Gegengewichten 26 der Planetenradträger 20,
2o" auch eine volle dynamische Auswuchtung in einfacher und übersichtlicher '\Veise.
Die dynamische Aus-«-uchtung kann jedoch auch bei unsymmetrischer Bauart erreicht
werden.
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In Fig. 5 sind zwei starr miteinander verbundene Kurbelzapfen 17a
und 17b dargestellt, deren Achsen 16" und 161, parallel zueinander und zur Kurbelwelle
15 liegen. Diese Achsen gehen durch verschiedene Punkte der Teilkreise der beiden
zugehörigen Planetenräder i i und i i, Sie bewegen sich beim :1lirolleii der Planetenräder
jeder auf einer Geraden, aber in unterschiedlicher Richtung. Wenn, wie bei der dargestellten
Ausführung, die beiden Kurbeln 17a und 17b um i80°' gegeneinander versetzt sind,
so sind ihre geradlinigen Bewegungshahnen um go@ gegeneinander versetzt. Würden
die Kurbelwellen 17a und 17v statt um i8d°' um einen beliebigen anderen Winkel gegeneinander
versetzt sein, so würden sich die Kurbelzapfen auf Geraden bewegen, die um die Hälfte
dieses Winkels gegeneinander versetzt sind. Ein. Vorteil der Ausbildung nach Fig.S
der Zeichnung besteht darin, daß besondere Gegengewichte 25 (Fig. 3 und 4) fortfallen
können. Der Kurbelzapfen 171,
dient als Gegengewicht für den Zapfen 17a und
umgekehrt. Die seitliche- Versetzung der Zapfen kann durch Taumelgewichte 27 ausgeglichen
werden, die in der Zeichnung punktiert angedeutet sind.
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In Fig. 6 ist der Übersichtlichkeit wegen unter Weglassung der Planetenradträger
und Wuchtgewichte und unter Benutzung einer Kurbelwelle entsprechend Fig. 5 das
Kurbelgetriebe einer Vierzyliiiderkolbenmaschine dargestellt. Sämtliche Kolben können.
zweiseitig beaufschlagt werden, so daß das Getriebe für acht Hubräume geeignet ist.
Gerade an diesem Beispiel ist die raumsparende Bauart ohne weiteres zu erkennen.
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Zur Erleichterung des sorgfältigen Zusammenbaus ist es vorteilhaft,
die beiden Innenzahnkränze io und ioa um ein geringes gegeneinander verdrehen zu
können. Es können dann die beiden Achsen 13 und 15 leichter parallel gerichtet werden.
Wenn auch die in wesentlichem Abstand voneinander stehenden Planetenräder i i und
i i" eine Winkelabweichung der Achsen 13 und 15 weitgehend verhindern, so muß doch
infolge des unvermeidlichen Zahnspieles mit geringen Abweichungen gerechnet und
die Konstruktion darauf abgestellt «-erden. Aus diesem Grunde werden die Lager 17,
ig und. iga zweckmäßig als Pendellager ausgeführt, die Winkelabweichungen zulassen.
Es können dabei sowohl Tonnenlager als auch Pende:lgleitlager, besonders vorteilhaft
solche mit zylindrischer Büchse, verwendet werden.
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Kormale Verzahnungen ergeben bei geringen Abweichungen der Achsparallelität
der im Eingriff befindlichen Zahnräder unerwünschte Kantenpressungen. Es werden
also vorteilhaft bei diesem Getriebe Zähne mit leicht Balligen Flanken, also solche,
deren Zähne in der Mitte dicker sind als an beiden Flachseiten des Rades, Anwendung
finden.
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Zur Verringerung des Zahnspieles kann. es vorteilhaft sein, die Innenzahnkränze
io und. ioa senkrecht zu ihrer Achse zu unterteilen und. diese Teile bis zum Verschwinden
des Zahnspieles gegeneinander zu verdrehen, worauf die Stellung der Kranzteile zueinander
wieder fixiert werden muß.
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Um den. Achslagern ig und iga der die Planetenräder tragenden Kurbelwelle
15 und vor allen Dingen dem Kurbelwellenlager 17 das notwendige Schmieröl zuzuführen,
wird gemäß der Erfindung das Planetenrad etwa auf halber Zahnbreite mit einer oder
mehreren radialen Bohrungen 28 (Fig..I) versehen, die ihre Fortsetzung in einem
in der Kurbelwelle 15 angeordneten, zu den Schmierstellen führenden Kanal finden.
Beim Abrollen der Planetenräder verdrängen nun die Zähne derselben das in den Zahnlücken
der Innenzahnkränze io und ioa befindliche Öl, das durch die besagten Bohrungen
zu den Schmierstellen gedrückt wird. In gleicher Weise können auch die Lagerflächen
für die Planete.nradträger 20 und 20" mit Schmieröl versorgt werden, wobei in diesem
Falle die Kanäle von den Zahnkränzen io und ioa ausgehen könnten.
Ein
Getriebe gemäß der Erfindung kann mit Vorteil Anwendung finden für Kraftmaschinen,
wie Verbrennungsmaschinen, Dampfmaschinen, Heißluft- :oder Preßlüftmotoren, wie
auch bei Arbeitsmaschinen, die zur Förderung von flüssigen oder gasförmigen Medien
dienen. Damit ist die Anwendungsmöglichkeit des Getriebes aber nicht erschöpft.
Es ist gleichermaßen geeignet zum Antrieb von Sägegattern, Hobelmaschinen sowie
überhaupt für irgendwelche sonstigen Zwecke, bei denen eine drehende in eine geradlinig
hin und her gehende Bewegung und umgekehrt . umzuwandeln ist.