DE1122549B

DE1122549B - Drehkolbenmaschine mit mit periodisch wechselnder Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Kolben

Info

Publication number: DE1122549B
Application number: DEU6656A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Aloys Unterberg
Original assignee: Dipl-Ing Aloys Unterberg
Current assignee: Dipl-Ing Aloys Unterberg
Priority date: 1959-11-18
Filing date: 1959-11-18
Publication date: 1962-01-25

Description

Drehkolbenmaschine mit mit periodisch wechselnder Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Kolben Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine, bei der in einem zylindrischen oder kreisringförmigen Gehäuse zwei Wellen mit je einem Kolbenpaar drehbar gelagert und mit einer sich gleichmäßig drehenden, außerhalb des Gehäuses liegenden Hauptwelle durch ein Laufgetriebe so gekuppelt sind, daß sie und die mit ihnen verbundenen Kolben mit periodisch wechselnder Winkelgeschwindigkeit umlaufen, mit einem Kupplungsgetriebe, das aus vier nichtkreisförmigen Zahnrädern besteht.
Es ist eine Ausführung dieser Art bekannt, bei der das Kupplungsgetriebe aus einem System von konfokal gelagerten elliptischen Zahnrädern, normalen Zahnrädern und Nebenwellen besteht und die Hauptwelle mit den Kolbenwellen konzentrisch gelagert ist.
Es ist ferner eine Drehkolbenmaschine bekannt, bei der die Hauptwelle auch außerhalb des Gehäuses liegt, aber das Übersetzungsgetriebe aus elliptischen Zahnrädern, die im Mittelpunkt gelagert sind, oder aus elliptischen Zahnrädern in Verbindung mit normalen Zahnrädern, die exzentrisch gelagert sind, besteht. Zwei konzentrisch umlaufende Ellipsen rollen aber nicht richtig aufeinander, da die Punkte der Ellipse mathematisch nur Bezug auf die Brennpunkte, nicht auf den Mittelpunkt haben.
Außerdem ist eine Antriebsvorrichtung bekannt, bei der die beiden Kolbenwellen mit der Getriebewelle durch zwei Paar nichtkreisförmiger Zahnräder verbunden sind, deren Teilkurven durch die Gleichung bestimmt sind, worin o einen Vektorstrahl vom Mittelpunkt eines Zahnrades nach einem Punkt der Teilkurve, a eine endliche Länge, b eine positive Zahl größer als 0 und kleiner als 1 und e eine positive ganze Zahl größer als 1 bedeutet. Diese Gleichung ergibt Räder verschiedener Form, je nach den Werten, welche für die Größen a, b und e eingesetzt werden.
Gemäß der Erfindung besteht das Kupplungsgetriebe aus vier Ovalzahnrädern, deren Teilkurven der Gleichung genügen wobei r und 99 Polarkoordinaten, a und b die Halbachsen der Ovale darstellen. Man erhält geschlossene ovale Radformen, bei denen sich zwei kongruente Räder mit dem Achsenabstand a + b stets reinabrollend berühren. Der Vorteil besteht darin, daß neben dem viel einfacheren Aufbau die mit den Kolben zu beschleunigende Rädermasse erheblich geringer ist, so daß die durch Massenwirkung bedingte Geschwindigkeitsgrenze wesentlich höher liegt.
In der Zeichnung sind auf Blatt I die Abbildungen enthalten, die zur Darlegung der Bewegungsvorgänge und Erläuterung der Wirkungsweise dienen. In Blatt II ist an zwei Ausführungsbeispielen der Erfindungsgegenstand konstruktiv dargestellt.
In Abb. 1 ist schematisch ein Kupplungsgetriebe in Form eines Ovalzahnradgetriebes und in Abb. 1 a sind die zugeordneten Kolben und ihre Stellungen gezeichnet. Hierin bezeichnen allgemein I und II die beiden Kolbenwellen, III die Hauptwelle, Z1, Z2, Z3 und Z3' die mit diesen Wellen verbundenen Zahnräder, 1-1' und 2-2' die auf den Kolbenwellen sitzenden Kolben bzw. Kolbenpaare.

In Abb. 2 sollen die Übersetzungsverhältnisse und die übertragenden Kräfte bei einem Ovalzahnradgetriebe näher erläutert werden. Es bezeichnet P die in einer Kolbenzelle auf die Kolbenfläche wirkende Kraft, r den Radius des mittleren Kolbenbahnkreises, MI, MII und MIII die Drehmomente der betreffenden Wellen, A den Berührungspunkt der Räder Z1 und Z3, B den Berührungspunkt der Räder Z2 und Z,', P1 die in A und P2 die in B wirkende Tangentialkraft, co, die veränderliche Winkelgeschwindigkeit der Kolbenwelle I, 0o2 die veränderliche Winkelgeschwindigkeit der Kolbenwelle 1I und c), die konstante Winkelgeschwindigkeit der Welle III. Setzt man die Abstände der Wellendrehpunkte von den Berührungspunkten der Räder, 1 von A = r1, 11 von B = r2, 111 von

A=r3undIIIvonB=r3,soistMi=P-r=P,-r"

P,= P@r und Mn=P#r=P2-r2, P,= pr,

r, r2

Mni=pi#r3-P2.r3=p.r(r? und da

l r@ r2

r3 - Wi und ist Mir, = P . r (--''

rl W3 r2 oh (»3

wenn co, größer als (o2, Mm =P - r ( "'2 C''--) , wenn

w3

co, kleiner als co, ist. Das auf die Welle III übertragene

Drehmoment ist demnach nicht konstant, sondern

veränderlich. In Abb. 3 ist der Verlauf der veränder-

lichen Winkelgeschwindigkeit der beiden Kolben-

wellen bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der

Hauptwelle für Ovalzahnräder mit einem Achsen-

verhältnis ab= 2 und-°#- = 1,8 kurvenmäßig dar-

gestellt. In Abb. 6 ist für b = 1,8 der Verlauf des

veränderlichen Faktors `@' w2 gesondert gezeichnet.

Abb.4 gibt die Anfangsstellung und Abb. 5 die

Endstellung der Kolben an bei Drehung der Welle III

um 90° (a3). In dieser Periode hat sich das Kolben-

paar 1-1' um den Winkel a, gedreht und den Weg s,

zurückgelegt, das Kolbenpaar 2-2' hat sich um den

Winkel a, gedreht und den Weg s2 zurückgelegt. Der

wirksame Kolbenhub ist demnach s, - s2 und die

geleistete Arbeit P (s, - s2), entsprechend dem Arbeits-

diagramm in Abb.7. Dieser Arbeit entspricht die

gleich große Arbeit an der Welle III von Pm = S, + S2 2 ,

worin P@ = P a' - °`' = P S' - S2 ist. Beispielsweise

a3 s3

ist bei Ovalzahnrädern mit einem Achsenverhältnis

b = 1,8 a, = 120°, a2 = 60° und a3 = 90° und

P," = P 120

90 -60 = 3 P. Hier ist Pm der mittlere

Wert der veränderlichen Kraft P' = P In

Abb.8 sind die entsprechenden Arbeitsdiagramme

aufgezeichnet. Die Fläche unter der Kurve P `0' "''

ist inhaltsgleich mit dem Rechteck Pm - s' +

s2 .

2

In Abb. 9 und 10 ist als Ausführungsbeispiel ein Druckluftmotor dargestellt. Das zylindrische Gehäuse G ist mit den Ansätzen der Zylinderdeckel D, und DZ in den Lagerböcken L3 und L, nicht drehbar gelagert. Die Welle I ist drehbar gelagert in dem Zylinderdeckel Dl und dem Lagerbock L,. Sie trägt an der verdickten Stelle die beiden diametral gegenüberliegenden Kolben 1 und 1' von rechteckigem Querschnitt und ist außerhalb des Gehäuses mit dem Ovalzahnrad Z, fest verbunden. Die Hohlwelle 1I, welche die Welle 1 umschließt, ist in dem Zylinderdeckel DZ drehbar gelagert. Sie trägt die beiden ebenfalls diametral gegenüberliegenden Kolben 2 und 2' und ist außerhalb des Gehäuses mit dem Ovalzahnrad ZZ fest verbunden. Die Welle 111 ist in den Lagerböcken L, und L2 drehbar gelagert und trägt die in einem Winkel von 90° versetzten Ovalzahnräder Z, und Z,', die mit den Rädern Z, und ZZ im Eingriff stehen. Am Ende der Welle III ist das Schwungrad S angebracht. Die Zu- und Abführung der Luft erfolgt in der durch Pfeile gekennzeichneten Weise.

Abb. 11 bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor als weiteres Ausführungsbeispiel. Der Aufbau ist im Grunde derselbe wie bei dem Druckluftmotor, insbesondere ist die Anordnung der beiden Kolbenwellen und die Kraftübertragung auf die Abtriebswelle durch Ovalräder die gleiche. Es sind jedoch eventuelle Kolben mit kreisrundem Querschnitt vorgesehen, die in einem kreisringförmigen Gehäuse umlaufen und durch selbstspannende Kolbenringe abgedichtet werden. Die Kolben sitzen hier auf zwei Scheiben, die fest mit der Welle 1 bzw. 1I verbunden sind. Die Zu- und Abführung des Füllstoffes erfolgt in der durch Pfeile gekennzeichneten Weise. Der Gesamtprozeß im Viertakt (Ladehub, Verdichtungshub, Arbeitshub, Entladehub) vollzieht sich während einer 90°-Periode, d. h. bei Umdrehung der Abtriebswelle um 90°, so daß vier Arbeitshübe auf eine volle Umdrehung kommen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Drehkolbenmaschine, bei der in einem zylindrischen oder kreisringförmigen Gehäuse zwei Wellen mit je einem Kolbenpaar drehbar gelagert und durch ein Laufgetriebe mit einer sich gleichmäßig drehenden, außerhalb des Gehäuses liegenden Hauptwelle so gekuppelt sind, daß sie und die mit ihnen verbundenen Kolben mit periodisch wechselnder Winkelgeschwindigkeit umlaufen, mit einem Kupplungsgetriebe, das aus vier nicht kreisförmigen Zahnrädern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsgetriebe aus vier Ovalzahnrädern (Z,, Z2, Z3, Z3') besteht, deren Teilkurven der Gleichung genügen wobei r und 99 Polarkoordinaten, a und b die Halbachsen der Ovale darstellen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 683 500, 669 498, 641476.