DE898373C

DE898373C - Crank mechanism for converting back and forth movements into rotating movement and vice versa

Info

Publication number: DE898373C
Application number: DEP31630D
Authority: DE
Inventors: Gerhard Apel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-01-15
Filing date: 1949-01-15
Publication date: 1953-11-30

Description

Kurbelgetriebe zur Umwandlung hin und her gehender Bewegungen in rotierende Bewegung und umgekehrt Die bekannten Kurbelgetriebe mit hypozykloidi scher Geradführung sind durch die bisher übliche Anordnung von Kurbelarmen auf der Abtriebswelle in ihrem Anwendungsbereich auf Maschinen. mit geringer Leistung eng begrenzt und daher für neuzeitige Hochleistungsmaschinen ungeeignet. Insbesondere da ihre Lagerungen innerhalb und neben den umlaufenden Zahnrädern in ihrem Durchmesser zu klein gehalten werden müssen, da diese in ihrem Teilkreisdurchmesser die Hälfte der Hubweite nicht überschreiten können. Da bei dieser Getriebeart, insbesondere an dieser Lagerstelle durch Kolbenkräfte sowie Massen- und Drehmomentkräfte die höchsten mechanischen Beanspruchungen: auftreten und durch die entgegengesetzte Drehrichtung dieser Bauelemente die relative Gleitbewegung in den Lagern doppelt so, hoch ist wie an Abtriebswellen oder Schubstangenlagern, wäre bei der noch hinzukommenden Wärmeerzeugung der in unmittelbarer Nähe befindlichen Abwälzverzahnung die Anwendung von Wälzlagern. vorteilhaft, deren Unterbringung bisher jedoch nur mit zu schwachen Lagerzapfen möglich war. Auch die Breite von Zahnrad und Gegengewicht kann nicht vergrößert werden, ohne den axialen Abstand der Hauptlager und damit deren mechanische Beanspruchung zu erhöhen. Die Anwendung von Exzenterscheihen mit Verzahnung auf durchgehendem Kurbelzapfen der Abtrieb,swellen hat neben den genannten Lagerungsschwierigkeiten durch große Kolbenstangenfager auch unerwünscht große Massenkräfte und Kurbelkastenweiten zur Folge. Für Kolbenkraftmaschinen mit doppelt beaufschlagten Kolben ist man deshalb nach wie vor auf die Verwendung von Pleuelstangen und Kreuzköpfen angewiesen, welche aber wieder eine unerwünscht große Baulänge und andere Nachteile ergeben.Crank mechanism for converting reciprocating movements into rotating ones Movement and vice versa The well-known crank drives with hypocycloidic straight lines are due to the usual arrangement of crank arms on the output shaft in their area of application on machines. with low power narrowly limited and therefore unsuitable for modern high-performance machines. Especially since their bearings inside and next to the rotating gears kept too small in diameter have to be, because their pitch circle diameter is not half the stroke length can exceed. As with this type of transmission, especially at this bearing point the highest mechanical due to piston forces as well as inertia and torque forces Stresses: occur and due to the opposite direction of rotation of these components the relative sliding movement in the bearings is twice as high as on output shafts or push rod bearings, with the additional heat generation the in In the immediate vicinity of the gear teeth, the use of roller bearings. advantageous, their accommodation, however, was previously only possible with too weak bearing journals. Also, the width of the gear and counterweight cannot be increased without the axial distance between the main bearings and thus their mechanical stress raise. The use of eccentric discs with teeth on a continuous crank pin In addition to the aforementioned storage problems, the output shafts due to large Piston rod bearings also produce undesirably large inertia forces and crankcase widths Episode. For piston engines with double-pressurized pistons one is therefore still on the use of connecting rods and cross heads instructed, but which again has an undesirably long overall length and other disadvantages result.

Zweck der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile durch Schaffung eines möglichst einfachen Kurbelgetriebes mit äußerst gedrängter Bauart und Anwendungsmöglichkeit für Maschinen beliebiger Größe und Leistung. Erreicht wird dies dadurch, daß bei einem Kurbelgetriebe der vorgenannten Art eine Kurbelwelle mit einer oder mehr Kröpfungen über Exzentern oder Scheibenkurbeln besonderer Art .gelagert ist und ihre durch diese Lager hindurchgehenden Wellenenden mit einem oder mehreren Planetenzahnrädern starr verbunden sind, welche sich in der Innenverzahnung des hohl'. ausgeführten- ortsfesten Exzenterlagerzapfens in an sich bekannter Weise abwälzen.The purpose of the invention is to eliminate these drawbacks by creating the simplest possible crank mechanism with extremely compact design and possible applications for machines of any size and performance. This is achieved in that at a crank mechanism of the aforementioned type, a crankshaft with one or more crankings via eccentrics or disc cranks of a special kind shaft ends passing through these bearings with one or more planetary gears are rigidly connected, which are in the internal teeth of the hollow '. executed- roll stationary eccentric bearing pin in a known manner.

Die Scheibenkurbeln oder Exzenter sind über durch die so gebildeten Zahnkränze hindurchgreifende Arme mit einer oder zwei in der Drehachse der Scheibenkurbel oder Exzenter liegenden Wellen starr verbunden.The disc cranks or eccentrics are about through the so formed Arms reaching through the ring gear with one or two in the axis of rotation of the disc crank or eccentric shafts rigidly connected.

Im weiteren Verfolg .der Erfindung sind die Scheibenkurbeln oder Exzenter gleichzeitig als Schwungscheiben mit Schwungmassen oder Gegengewichten. ausgebildet.In the further pursuit of the invention, the disc cranks or eccentrics at the same time as flywheels with flywheels or counterweights. educated.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung mit zwei Kurbelzapfen und beiderseits derselben angeordneten Kurbelscheiben oder Exzentern schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. i eineAusführunesform des Kurbelgetriebes im Längsmittelschnitt, Fng. 2, .den mittleren Teil des gleichen Getriebes ohne Gehäuse, in der linken Hälfte im Querschnitt nach der Linie II-II und in der rechten Hälfte im Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. i.In the drawing is an embodiment of the subject matter of Invention with two crank pins and crank disks arranged on both sides of the same or eccentrics shown schematically. Figure i shows an embodiment of the Crank mechanism in longitudinal center section, Fng. 2, .the middle part of the same Transmission without housing, in the left half in cross section along the line II-II and in the right half in cross section along the line III-III of FIG.

i ist die Kurbelwelle mit den beispielsweise um i8o° zueinander versetzten Kurbelzapfen 2 und 3 und den Lagerzapfen q. und 5, welche in Lagerungen io und ii von Kurbelscheiben 14 exzentrisch gelagert sind und in: ihrer Verlängerung Zahnritzel 6 und 7 in starrer Verbindung tragen. Die Zahn.-ritzel6 und 7 wälzen sich in Innenverzahnungen von ortsfesten Zahnkränzen 8 und g ab, welche auf ihrem Umfang gleichzeitig als Träger für Lagerungen iI2 und 13 der Scheibenkurbeln oder Exzenter 14 ausgebildet sind. Die mit ihren Lagerstellen 12 und 13 rotierenden Scheibenkurbeln oder Exzenter 14 stehen über durch die ortsfesten Zahnkränze 8 und. g hindurchgeführten Arme 15, 16 mit in derDrehachse der Scheibenkurbeln oder Exzenter 14 liegenden Wellen 17, 18 in starrer Verbindung. Der Querschnitt der Verbindungsarme 15, 16 im Bereich der ortsfesten Zahnkränze 8, g ist -dem von ,den Zahnritzeln 6, 7 in der Innenverzahnung der Zahnkränze 8, g freigelassenen Raum angepaßt und mond'sichelartig ausgestaltet.i is the crankshaft with the offset from one another by i8o °, for example Crank pins 2 and 3 and the bearing pin q. and 5, which in bearings io and ii of crank disks 14 are eccentrically mounted and in: their extension pinion Wear 6 and 7 in a rigid connection. The toothed pinions 6 and 7 roll in internal gears of stationary sprockets 8 and g, which on their circumference at the same time as Carrier for bearings iI2 and 13 of the disc cranks or eccentrics 14 formed are. The disc cranks or eccentrics rotating with their bearings 12 and 13 14 stand over by the stationary ring gears 8 and. g arms 15 passed through, 16 with shafts 17 lying in the axis of rotation of the disc cranks or eccentrics 14, 18 in rigid connection. The cross section of the connecting arms 15, 16 in the area the stationary ring gears 8, g -dem from, the pinions 6, 7 in the internal toothing of the ring gears 8, g adapted space left free and designed like a crescent moon.

Die Scheibenkurbeln oder Exzenter 14 sind gleichzeitig diametral gegenüber ihren Lagerstellen io und ii für die Lagerzapfen 4 und 5 der Kurbelwelle i mit Schwungmassen oder Gegengewichten ig, 2o ausgerüstet, deren Form und Größe aus Fie. 2 ersichtlich ist.The disc cranks or eccentrics 14 are diametrically opposite at the same time their bearings io and ii for the journals 4 and 5 of the crankshaft i with flywheels or counterweights ig, 2o equipped, the shape and size of which from Fie. 2 can be seen is.

Der Kurbelradius der Kurbelwelle i stimmt bei dem Ausführungsbeispiel: mit dem Teilkreisradius der Zahnritzel6, 7 und mit seinem Exzenterradius zu den Kurbelscheiben oder Exzenter 14 überein und beträgt 1I4 des Teilkreisdurchmessers der Innenverzahnung der ortsfesten Zahnkränze 8, g. Dieser Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnung stimmt mit der Hublänge der hin und her gehenden Bewegung der Kurbelzapfen 2, 3 und der auf diesen gelagerten Kolben- oder Schubstangen 24 überein. Die Wellen 17, 18 sind mittels Lager 2,1, 22 in dem das ganze Getriebe umgebenden Gehäuse 23 ge-.lagert. Die Wirkungsweise des Getriebes ist wie folgt: Durch die hin und her gehende Bewegung der Schubstange oder Kolbenstange 24 dreht sich die Kurbelwelle i mit ihrem Lagerzapfen 4 und in den Lagern io und ii der Scheibenkurbeln oder Exzenter 14, wobei die mit den Lagerzapfen 4 und 5 starr verbundenen Zahnritzel6 und 7 sich in den Innenverzahnungen der ortsfesten Zahnkränze und g abwälzen. Dadurch werden auch die Kurbelscheiben oder Exzenter 1:4 mit entgegengesetzter Drehrichtung in Umdrehung versetzt und übertragen ihre Drehbewegung über die Arme 15, 16 auf die Wellen 17, 18, die dann entgegengesetzt zu der Kurbelwellendrehrichtung umlaufen.The crank radius of the crankshaft i is correct in the exemplary embodiment: with the pitch circle radius of the pinion 6, 7 and with its eccentric radius to the Crank disks or eccentrics 14 and is 1I4 of the pitch circle diameter the internal toothing of the stationary ring gears 8, g. This pitch circle diameter the internal toothing agrees with the stroke length of the reciprocating movement of the Crank pin 2, 3 and the piston or push rod 24 mounted on these coincide. The shafts 17, 18 are by means of bearings 2, 1, 22 in the surrounding the entire transmission Housing 23 supported. The mode of operation of the gearbox is as follows: By the reciprocating movement of the push rod or piston rod 24 rotates the Crankshaft i with its journal 4 and in the bearings io and ii of the disc cranks or eccentric 14, wherein the pinions 6 and 7 roll in the internal gears of the stationary ring gears and g. Through this the crank disks or eccentrics 1: 4 with opposite direction of rotation offset in rotation and transmit their rotary movement via the arms 15, 16 the shafts 17, 18, which then rotate in the opposite direction to the direction of rotation of the crankshaft.

In der Stellung nach Fig. i befindet sich der Kurbelzapfen 2 in seiner oberen Totpunktlage, während der um i8o° dazu versetzte Kurbelzapfen 3 mit seiner größten Geschwindigkeit die Drehachse der Wellen 17, 18 kreuzt. Die Schubstange dieses Kurbelzapfens 3 bewegt sich auf einer geraden Bahn, welche zu der ebenfalls glatten Bahn der Schubstange 24 des Kurbelzapfens 2 um 9o° versetzt ist.In the position according to FIG. I, the crank pin 2 is in its top dead center position, while the crank pin 3, offset to it by 180 °, with its highest speed the axis of rotation of the shafts 17, 18 crosses. The push rod this crank pin 3 moves on a straight path, which is also to the smooth path of the push rod 24 of the crank pin 2 is offset by 9o °.

Durch die Schwungmassen: oder Gegengewichte ig, 2o an den Kurbelscheiben oder Exzentern 14 werden alle durch die Hinundherbewegun.g der Schubstangen, Kolben u. dgl. entstehenden störenden Einflüsse von Massenkräften weitgehendst unschädlich gemacht und als Ausgleich für die Schwungmasse nutzbringend ausgenutzt.By the flywheels: or counterweights ig, 2o on the crank discs or eccentrics 14 are all by the reciprocating motion of the push rods, pistons and the like resulting disruptive influences of mass forces largely harmless made and used to good effect to compensate for the flywheel.

An Stelle der in dem Ausführungsbeispiel angegebenen Rollenlagerungen können auch Gleitlageranordnungen treten, so daß das Kurbelgetriebe auch für schwere Kraftmaschinen, wie Dieselmaschinen, Großgasmaschmen, Kompressoren, und andere Maschinen mit einfach wirkenden oder doppelt wirkenden Kolben bzw. mit gegenüberliegenden Zylindern verwendet werden kann. In letzterem Fall können die Schubstangen beider Zylinder mit gemeinsamem Lager auf einem Kurbelzapfen einwirken.Instead of the roller bearings specified in the exemplary embodiment Plain bearing arrangements can also occur, so that the crank mechanism is also suitable for heavy Prime movers such as diesel engines, large gas engines, compressors, and other machines with single-acting or double-acting pistons or with opposing pistons Cylinders can be used. In the latter case, the push rods can both Acting cylinder with common bearing on a crank pin.

Durch die Beschränkung der Schubstangen- und Kolbenbewegungen auf eine geradlinigeHinundherbewegung werden alle sonst als sehr störend empfundenen Seitenkräfte mit ihrem zusätzlichen Verschleiß der Kolben- und Zylinderwandungen vermieden. Bei anderen, größeren Kraftmaschinenanordnungen fallen die störend-en Kreuzköpfe fort und werden äußerst gedrängte Bauarten und erschütterungsfreier Lauf mit dem neu-en Kurbelgetriebe erzielt.By restricting the push rod and piston movements to a straight backward movement is otherwise perceived as very annoying Lateral forces with their additional wear on the piston and cylinder walls avoided. In other, larger engine arrangements fall the annoying crossheads disappear and become extremely compact designs and vibration-free Run achieved with the new crank gear.

Für die leichteren Maschinen mit einer Schubstange kann das Kurbelgetriebe unter Fortlassung einer Kurbelscheibe so ausgebildet werden, daß der dann einzige Lagerzapfen 4 mit Zahnritzel 7 über dieses hinaus verlängert und in einer am Arm 15 angebrachten zusätzlichen Lagerung exzentrisch gelagert wird.For the lighter machines with a push rod, the crank gear be designed with the omission of a crank disk so that the only one Bearing pin 4 with pinion 7 extended beyond this and in one on the arm 15 attached additional storage is mounted eccentrically.

Bei der Anordnung nur eines Kurbelzapfens empfiehlt sich die Anbringung zweier Gegengewichte an der Kurbelwelle in bekannter Weise zur Erreichung eines vollkommenen inneren Massenausgleichs der rotierenden wie hin und- her gehenden Massen.. Ein sehr geräuscharmer Lauf des Getriebes kann durch Verwendung schräger Verzahnungen oder Verwendung von Novotex-Ritzeln erreicht werden.Attachment is recommended when only one crank pin is arranged two counterweights on the crankshaft in a known manner to achieve one perfect internal mass balance of the rotating and reciprocating Masses .. A very quiet running of the gearbox can be achieved by using more inclined Toothings or the use of Novotex pinions can be achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Crank gear for converting a back and forth walking motion into a rotating motion and vice versa, characterized that a crankshaft (i) with one or more cranks in disc cranks, Eccentrics (14) or the like. Is mounted and their bearing journals (2, 3) with one or several planetary pinions (6, 7) are rigidly connected, which in itself known way in stationary, internal toothed rims (8, 9) roll off.

2. Crank mechanism according to claim i, characterized in that d @ aß the outer Scope of the stationary sprockets (8, 9) at the same time as the main bearing pin for the Disc cranks or eccentrics (14) is formed.

3. crank mechanism according to claim i or 2, characterized in that each connecting arm (15, 16) between the disc crank or eccentric (14) and the shaft mounted in its axis of rotation in the area of the stationary The ring gears (8, 9) have a cross section which corresponds to that of the internal toothing the stationary ring gear (8, 9) and the toothed pinion (6, 7) rolling on it are left free Space is adapted.

4. Crank gear according to claim i or 2, characterized in that that the disc cranks or eccentrics (14) at the same time as flywheels Flywheels or counterweights (i9, 2.o) are designed.

5. Crank gear according to claim i or 2, characterized in that the crank pin is at an angle are offset from one another, which is twice as large as the angle in which the push rods (24) mounted on them are offset from one another.

6. Crank gear according to claim i or 2, characterized in that the crankshaft (i) when using only one disc crank (14) with a via the pinion. (7) protruding bearing pin is additionally mounted eccentrically in a bearing attached to the connecting arm (1,5). Attached publications: German patent specifications No. 263 377, 271 755, 444493-