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Die Erfindung betrifft ein Taumelscheiben-Triebwerk für Brennkraftmaschinen
mit feststehendem Zy-
linderblock und einer auf der Welle schräg angeordneten
und mit der Welle drehenden Taumelscheibe, welche über Lager einen Taumelring bewegt,
der mit dem Kolben verbunden ist.
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Kolben-Brennkraftmaschinen mit Taumelscheiben-Triebwerk sind bereits
vielfach vorgeschlagen worden, sind aber nicht in Gebrauch gekommen. Der Grund lag
in der überlastung der Taumellager durch die zu hohen Massenkräfte der Kolben und
Pleuel und insbesondere durch die übergroßen anteiligen Massen der Taumelringe.
Andere Mängel waren: örtliche überlastungen der Lager, entgegengesetzt wirkende
Druckrichtungen bei Axiallagern, die auch zur Verwendung weiterer, zusätzlicher
Lager für die Radialfährung zwangen. Vielfach waren auch die Kraftwege in unbestimmter
Weise verschlungen und eine den Belastungen entsprechende Bemessung dadurch außerdem
nicht erreichbar. Die hohe Belastung der Taumellagerung mit Massenkräften und deren
Verstärkung durch Hebelwirkungen ließ bei den bisher vorgeschlagenen Taumeltriebwerken
für Brennkraftmaschinen nur niedrigeDrehzahlen zu, undman konnte daher nur ungenügende
Leistung und Betriebssicherheit erzielen. Taumeltriebwerke werden daher bis jetzt
nur bei hydraulischen und pneumatischen Maschinen benutzt, bei denen infolge hoher
angewendeter Drücke die Abmessungen und bewegten Massen verhältnismäßig klein sind.
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Mit der Erfindung soll daher die Aufgabe gelöst werden, ein Taumeltriebwerk
der genannten Art so auszubilden, daß dieses auch die bei Brennkraftmaschinen auftretenden
größeren Massenkräfte bei hinreichend hohen Drehzahlen aufnehmen kann.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Taumelscheibe
an ihrem den Zylindern zugekehrten Rande mittels eines Lagertragringes mit nur zwei
Lagerlaufflächen verbunden ist und die zu diesen Lagerlaufflächen senkrechten Druckrichtungen
miteinander einen Winkel von wesentlich weniger als 180' einschließen, wobei
die zwei Lagerlaufflächen die Taumellagerung derartig von außen formschlüssig zusammenhalten
und zentrisch laufend füh-
ren, daß der mit dem die Kolben tragenden Taumelring
verbundene Lagerteil innen liegt. Dabei bewegt die Taumelscheibe über Lager den
mit den Kolben verbundenen Taumelring.
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Es werden dadurch folgende Vorteile erzielt: 1)Fer innenliegende Taumelring
hat einen kleineren Durchmesser, wesentlich geringere -Masse, eine verkürzte Bahn
seines Schwerpunktes bei der Taumelbewegung und belastet daher neben den Kolben
und Pleueln das Taumellager auch bei vergleichbar hohen Drehzahlen nur noch mäßig.
Ferner werden die bei den Kolben nacheinander auftretenden hohen Massenkräfte nun
über die Lagerfläche des Innenringes der Taumellagerung verteilt, was eine Vervielfachung
der Lebensdauer einer solchen Lagerung bedeutet. Bis jetzt mußte der mit der Welle
umlaufende Innenring die Kräfte der einzelnen Kolben immer auf derselben Stelle
mit starkem örtlichem Verschleiß aufnehmen. Nunmehr nimmt der die äußeren Laufbahn-en
mit dem Rande der Taumelscheibe verbindende Lagertragring diese Kräfte wesentlich
vorteilhafter auf, da beispielsweise die Wälzkörper sich den äußeren Lagerlaufflächen
besser anschmiegen. Darüber hinaus kann die äußere Lagerlauffläche an der Taumelscheibe
wandern und so die Spitzenbelastung ebenfalls über die ganze Lagerlauffläche verteilen.
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Das erfindungsgemäße Taumellager hat ferner infolge der Anordnung
des Taumelringes als Innenteil derart große Laufflächendurchmesser, daß die Druckkräfte
der Pleuel innerhalb der Lagerlauffläche wirken und Hebelkräfte auf die Lagerung
vermieden werden. Neben der Verteilung der Belastungskräfte wird dadurch die Tragfähigkeit
der Lagerung selbst vergrößert und damit die Lebensdauer entscheidend erhöht. Für
Herstellung und Zusammenbau ist es ferner wichtig, daß sich die neue Taumellager-Anordnung
mittels der zur ebenen Taumelscheibe schiefstehenden Nabe in an sich bekannter Weise
mit einer einfachen geraden Welle günstig und sicher ausführen läßt.
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Die Zeichnung zeigt das erfindungsgemäße Taumeltriebwerk in einigen
Ausführungsformen, und zwar in F i g. 1 mit einem Vierpunkt-Kugellager, in
F i g. 2 hierzu ein Abstandsblech zur Ein- und Nachstellung des Lagerspiels
ohne Zerlegen des Taumellagers, in F i g. 3 mit einem Doppel-Schrägkugellager,
in F i g. 4 mit einem Axialrollenlager und einem Schrägkugellager, in F i
g. 5 mit einem Taumelring mit ebener Gleitlagerfläche und einem Schrägkugellager,
wozu in F i g. 6 eine Aufsicht auf den Taumelring von F i g. 5
sich anschließt.
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In F i g. 1 trägt eine Welle 1 eine Nabe 2 einer Taumelscheibe
3 mit versetzten Druckschrauben 4 in Anbohrungen 5 auf der Welle
1. Die Taumelscheibe 3
ist über einen Lagertragring 6 mit zwei
Lagerringen mit Lagerlaufflächen 7 und 8 mittels Schrauben
9
unter Zwischenlage von als Beilagen 11 dienenden Abstandblechen über
kugelige Wälzkörper 12 und einen inneren Lagerteil 13 mit einem damit getragenen
Taumelring 14 verbunden. Die Beilagen 11 dienen zum Einstellen und Nachstellen
des Laufspiels der Wälzkörper 12 gegenüber den beiden am inneren Lagerteil
13 außen angeordneten Lagerlaufflächen.
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In F i g. 2 ist die Form der Beilagen 11, die abfallfrei
aus einem Blechstreifen herstellbar sind, mit offenem Loch und einem vom Ausschnitt
gebildeten Greifansatz gezeigt. Die Beilagen 11 sind durch einfaches Lockern
der Schrauben 9 schnell austauschbar, ohne daß die Maschine weiter zerlegt
werden muß.
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F i g. 1 zeigt ferner die Verbindung des inneren Lagerteiles
13 mit dem Taumelring 14 über dessen Schulteransatz 15, der in der
Innenbohrung mit dem Kegelrad 16 verbunden ist. Dieses wirkt mit einem nicht
dargestellten Gegenrad mit gleicher Zähnezahl am Zylinderblock zusammen, wodurch
der Taumelring 14 mit den die (nicht dargestellten) Pleuel tra-Crenden Kugelzapfen
17 an der Drehung mit der Taumelscheibe 3 verhindert wird und somit
nur eine Taumelbewegung ausführen kann.
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Der Taumelring 14 ist mit dem hohlen Kugelzapfen 17 beispielsweise
durch Aufschweißen oder einstückige Formgebung verbunden. Die Wälzkörper 12 drücken
im oberen Totpunkt und der größten Belastung nur gegen den Ring nut der Lagerlauffläche
8. Derselbe wird bei hoher Drehzahl hauptsächlich am unteren Totpunkt von
Massenkräften belastet. Vierpunkt-Lager wirken bekanntlich mangelhaft. Infolge der
in den Zwischenstellungen auftretenden
aernischten Gleit- und Rollreibung
ist daher diese Ausführung hauptsächlich für kleine, billige Maschinen mit kleiner
Laufzeit geeignet.
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Das kühlende Schmieröl wird über Kanäle 18, 19,
einen Nutring
20, Bohrungen 21. und Nutkanäle 22 sowie eine Bohruno, 23 in die hohlen Kugelzapfen
17
C
nach den nicht dar-estellten Pleueln und Kolben geleitet. Ein Teil
des öls fließt über (als druck-erzeugende Drosselstellen wirkende) Spalte 24 über
die Wälzkörper ab und kühlt diese, wonach es durch Fliehkraftwirkung durch Bohrungen
25 nach außen abgeschleudert wird, so daß sich das Öl nicht im Lager
anstaut.
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Eine Bohrung26 im hohlen Kugelzapfen17 liegt derart, daß das
Öl dann in die Mittenbohrung des Pleuels übertritt, wenn diese in der Mitte
des Kolbenweges parallel zur Zeichnungsebene über oder unter derselben liegt undkeine
Massenkräfte vorhanden sind. In den Totpunkten der Kolben und Pleuel wird jedoch
dann der Massendruck der in dem Pleuel befindlichen ölsäule den üblichen Schmieröldruck
wesentlich übersteigen. Die tra C genden Kugelflächen werden dadurch, insbesondere
bei hohen Drehzahlen, auch mit hohem Schmieröldruck zuverlässig geschmiert. Diese
Steueruno, des Olzutritts in das Pleuel ist in der französischen Patentschrift
517 666 gezeigt.
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In F i g. 3 trägt die auf der Welle 1 mit ihrer Nabe
2 beispielsweise durch Preßsitz befestigte Taumelscheibe 3 die zu zwei Schrägkugellagern
gehören-
den 'äußeren Lagerlaufflächen 7 und 8, die Über die
Kugelreihen 12 a und 12 b den mit zwei Gegenlaufflächen versehenen
inneren Lacrerteil 13 führen und trauen. Dieses Doppel-Schrägimgellager ermöglicht
höhere Drehzahlen gegenüber dem Vierpunkt-Kugel-C lager, weil die Kugeln sich nur
über ihren Durchmesser abwälzen. Der Taumelring 14, der mit dem c
Keaelzahnrad
16 zur Verhinderuna der Drehung über 7 C
den Zylinderblock und den
die Pleuel und Kolben traaenden hohlen Kugelzapfen 17 verbunden ist., trägt
den La-erteil 13 über den Schulteransatz 15 durch Preßsitz oder mittels
Aufkleben. Das Schmieröl wird ähnlich wie bei der Lagerung nach F i g. 1
zugeführt. 33 ist eine Gewindebohrung, mittels der ein hydraulisches Druckmittel
in bekannter Weise zum Aufbringen der Nabe auf die Welle eingepreßt werden kann.
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Das in F i -. 4 gezeigte Rollen- und Kugellager-C Taumelsystem
kann beispielsweise bei mit Aufladung arbeitenden Dieselmaschinen die großen Gas-
und Massenkräfte mit einem Axialrollenlager 12 c auf der von einer Rinascheibe
8 a aebildeten Lagerlauffläche 8 an der Innenseite der Taumelscheibe
3 aufnehmen, wobei die in dem Lagertragring 6 zentrierte Ringscheibe
8 a allmählich auf der inneren Planfläche der Taumelscheibe 3 wandert.
Die in den Totpunktstellen am meisten beanspruchte Ringscheibe 8
a
wandert daher allmählich, so daß die Stellen der größten Belastung verteilt
werden. Die Lagerteile mit den Laaerlaufflächen 8 in den Anordnungen nach
F i g. 1. und 3 können ebenfalls auf diese Weise wandern. Auch hierdurch
ist eine sehr lange Lebensdauer für alle Teile bei der neuen Taumellagerung zu erwarten.
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In F i (y. 4 ist die Taumelscheibe 3 mit ihrer Nabe 2 auf der
Welle 1 mit Rin ' aspannelementen 28, 29, der Hülse
30 und der Schraube 31 befestigt. Der Taumelring 14 trägt konzentrisch
zu den Kugelzapfen 17 aufgeschweißte Gewinderinge 35, mit denen der
Fußteil 40 der Pleuel 41 mittels loser Gewinderinae 39
mit Hohlkugelfläche
gelenkig festgehalten werden. Der Schaft des Pleuels 41 ist wiederum mit Ku-elschalengelenken
nach der deutschen Patentschrift 922 387 und entsprechend mit dem Kolben
44 verbunden. An der Taumelscheibe 3 ist der Lagertragrin- 6 mit Schrauben
9 befestigt, der an seiner Innenseile die äußere Lagerlauffläche
7 des Kuaellagers trägt. Der innere Lagerteil 13 trägt eine ebene
Lagerlauffläche 8 b für die Axialkräfte tragenden Rollen des Axialrollenlagers
12 c und eine Schrägkugellager-Lauffläche 7b, die mit den Wälzkörpern
12 die Taumellagerung axial zusammenhält sowie die radial auftretenden Kräfte auf
den Lagertragrincy 6 über C c# dessen Lauerlauffläche 7 überträgt.
Der Lagerteil 13
ist ferner mit dem Kegelrad 16 verbunden, das auch
zur Zentrierung des Taumelringes 14 dient. Es ist daher ein besonderer Vorteil des
neuen Taumelscheiben-Triebwerks mit dem von der Taumelscheibe 3 umfaßten
inneren Taumelring 14, daß dieser durch den Zusammenbau mit dem inneren Laaerteil
13 und dem Zahnrad 16 mit dem eigentlichen, die Pleuelfußlager tragenden
Taumelring 1.4 einen gedrungenen, biegesteifen Ringkörper bildet, der weni-Oler
nachgibt als die im wesentlichen eine flache Platte bildende, umlaufende Taumelscheibe
3. Dieselbe wird gerade am oberen Totpunkt an dem am meisten von der Welle
abstehenden Rand belastet und 'kann infolgedessen im Vergleich zu dem viel steiferen
Taumelring 14 doch so viel nachgeben, daß die Wälzkörper 12 die von den Zünddrücken
auf die Kolben 44 über die Pleuel 41 ausgeübten Beanspruchungen über einen arößeren
Teil des Umfang gleichmäßig verteilt aufnehmen. Die Lebensdauer der Wälzlager wird
so durch Verhindern der überlastutig einzelner Wälzkörper 12 unter den Pleuelfußlagern
zusätzlich vergrößert, da sich die Entlastung durch Verteilung auch auf die inneren
Laufringe auswirkt.
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F i g. 4 zeig ferner, daß an der den schwingenden 't
C
Taumelrinc, 14 umlaufenden Taumelscheibe 3 eine Ausgleichsmasse
37 unbehindert angebracht werden kann. Sie dient züm Ausgleich des übergewichtes
der Taumeischeibe 3, um den Schwerpunkt auf die Drehachse der Welle
1 zu bringen. Die quer zur Zeichnungsebene liegenden Teile erzeugen ferner
paarweise Fliehkräfte. Ihr Abstand und ihre Größe sind so festzulegen, daß die von
der Massenbewegung des Taumelringes 14 und der Kolben 44 mit den Pleueln 41 erzeugten
axialen Kräftepaare sich gegenseitig unmittelbar ausgleichen.
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Die Bohruno, 26 im Kugelzapfen 17 vermittelt den Zufluß
von Schmieröl durch das Pleuel 41 über die Bohrung 42 in die Lagerung des Pleuels
41 im Kolben 44.
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In F i g. 5 ist die auf der Welle 1 befestigte Taumelscheibe
3 am zum Zylinderblock weisenden äußeren Rande mit dem Lagertragring
6, der eine innere La--erlauffläche 7 und eine stirnseitige Lagerlauffläche
8 aufweist, mittels Schrauben 9 verbunden. Auf dieser Lauerlauffläche
8 gleitet die an sich bekannte gewellte Gegenlauffläche 48 des Taumelringes
14, so daß die Lagerlauffläche 8 und die Gegenlauffläche 48 als Ölkeilspaltlager
arbeiten. Der Taumelring 14 hat innen und außen einen hohen Rand und konzentrisch
zu dem Kugelzapfen 17, Gewindering 35 sowie kreuzweise angeordnete
Randstege 52 und Verstärkungsrippen 53. Zur weiteren Gewichtserleichteruno,
kann dieser Teil auch aus einer Alu-C
minium- oder Titanlegierung
bestehen, um die Massenkräfte bei Maschinen für sehr hohe Drehzahlen in Grenzen
zu halten. Der Taumelring 14 ist mit dem inneren Lagerteil 13 mittels der
Schrauben 55 durch Reibschluß oder andere Maßnahmen zu einem gemeinsamen
Ringkörper verbunden.
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Weitere Vorteile sind: Die beschriebenen Taumelscheiben-Triebwerksanordnungen
lassen Maschinen mit gegenläufigen Kolben mittels der mit den Taumelscheiben
3 verbundenen, durch den Zylinderblock hindurchsteckbaren Welle
1 sicher ausführen. Dabei ist der von den auf die Kolbenflächen entgegengesetzt
wirkenden Gasdrücken ausgehende Kraftfluß über die Pleuel, durch die Taumelscheiben
3 und die Welle 1 im Kreis geschlossen. Es wirken daher die bei der
Verbrennung entstehenden Druckschwankungen mit Schallschwingungen nicht mehr auf
äußere Gehäuseflächen der Maschine. Mit derartigen Maschinen wäre daher auch der
allgemeine Verkehrslärm zu verringern.