DE2305811C2 - Zahnrad-Kurbelgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad-Kurbelgetriebe für die Umwandlung einer translatorischen Bewegung in eine Drehbewegung bzw. für die Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung mit einem Getriebegehäuse, wenigstens einem ortsfesten innenverzahnten Zahnkranz, einer wenigstens eine Kröpfung aufweisenden Kurbelwelle, wenigstens einem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden, sich an der Innenverzahnung des Zahnkranzes abwälzende Abwälzzahnrad und wenigstens einer mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Kolbenstange.

Derartige Zahnrad-Kurbelgetriebe sind beispielsweise aus der DE-PS 5 95 824 und der US-PS 23 09 047 bekannt

Bei dem aus der DE-PS 5 95 824 bekannten Zahnrad-Kurbelgetriebe erfolgt die Bewegungs-Umwandlung über verzahnte Kardankreisgetriebe, die in der Herstellung und in der Wartung relativ aufwendig sind und Schmierprobleme sowie große Reibungsverluste zur Folge haben.

Bei dem aus der US-PS 23 09 047 bekannten Zahnrad-Kurbelgetriebe sind auf der Kurbelwelle Büchsen drehbar gelagert, auf denen jeweils eine &ο Exzenterscheibe befestigt ist, deren Exzentrizität der Kurbelwellen-Kröpfung entspricht.

Auf den Büchsen ist zudem jeweils ein Ritzel befestigt, das über Zwischenzahnräder mit einem innenverzahnten ortsfesten Zahnkreis in Wirkverbindung steht, der konzentrisch zur Kurbelwelle angeordnet ist Die Teilkreise des innenverzahnten Zahnkranzes, der Ritzel und der Zwischenzahnräder sind so gewählt daß sich die auf den Büchsen befestigten Ritzel und Exzenterscheiben mit gleicher Winkelgeschwindigkeit wie die Kurbelwelle, jedoch in entgegengesetzter Richtung drehen und sich die Mitten der Exzenterscheiben auf geradlinigen Bahnen bewegen, die senkrecht zur Rotationsachse der Kurbelwelle verlaufen und die Rotationsachse der Kurbelwelle schneiden. Die geradlinigen Bewegungen der Mitten der Exzenterscheiben werden bei diesem Zahnrad-Kurbelgetriebe mit Exzenterbügeln, die die Exzenterscheiben umfassen, auf Kurbelstangen übertragen.

Das aus der US-PS 23 09 047 bekannte Zahnrad-Kurbelgetriebe setzt relativ große Exzenterscheiben und dementsprechend großdimensionierte Exzenterringe voraus, was zwangsläufig große Trägheitsmassen, große Lagerreibungsverluste und relativ große Getriebe-Abmessungen zur Folge hat

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad-Kurbelgetriebe, der eingangs beschriebenen Art, insbesondere dahingehend zu verbessern, daß es kompakter als die bisher bekannten derartigen Getriebe herstellbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Getriebe der eingangs beschriebenen Art gelöst bei dem die Kurbelwelle in wenigstens zwei Bereichen mit gleicher Exzentrizität in Lagerscheiben drehbar gelagert ist die ihrerseits im Getriebegehäuse um miteinander fluchtende Drehachsen drehbar gelagert sind, wobei das Abwälzzahnrad starr mit der Kurbelwelle verbunden und die Kolbenstange direkt an der Abkröpfung der Kurbelwelle angelenkt ist Die Kurbelwelle des erfindungsgemäßen Zahnrad-Kurbelgetriebes ist also — im Gegensatz zu dem aus der US-PS 23 09 047 bekannten Zahnrad-Kurbelgetriebe nicht als konventionelle Kurbelwelle ausgebildet die in feststehenden Lagern gelagert ist Beim erfindungsgemäßen Zahnrad-Kurbelgetriebe ist die Kurbelwelle vielmehr exzentrisch in zwei Lagerscheiben gelagert, die beiderseits der Kurbelwellen-Kröpfungen angeordnet und ihrerseits im Gehäuse gelagert sind, so daß die Mittellinie der Kurbelwelle eine kreisende Abrollbewegung um die Mittellinie des Kurbel-Getriebes ausführt, während die Mittellinie der Kurbelwelle des aus der US-PS 23 09 047 bekannten Zahnrad-Kurbelgetriebes gleichachsig mit der Mittellinie des Kurbel-Getriebes verläuft. Die direkte Anlenkung der Kolbenstangen an der Kurbelwelle hat geringe Trägheitsmassen und Lagerreibungsveriuste zur Folge.

Die eine und/oder die andere Lagerscheibe kann beim erfindungsgemäßen Zahnrad-Kurbelgetriebe als Getriebe-Auswuchtscheibe ausgebildet sein, wobei die Auswuchtmasse vorzugsweise radial gegenüber dem in der Lagerscheibe gelagerten Kurbelwellen-Stumpf angeordnet ist

Als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Zahnrad-Kurbelgetriebes ist zu werten, daß ihm ein ebenfalls kompaktes Reduktionsgetriebe zugeordnet werden kann, was bei den bisher bekannten Zahnrad-Kurbelgetrieben der eingangs beschriebenen Art nicht möglich ist und die Möglichkeit schafft, daß mit dem erfindungsgemäßen Getriebe wahlweise in verschiedenen Drehzahlbereichen gearbeitet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zahnrad-Kurbelgetriebes trägt ein in einer Lagerscheibe gelagertes Ende der Kurbelwelle ein Ritzel für ein Untersetzungsgetriebe. Diesem Ritzel können Zahnräder mit unterschiedlichem Durchmesser zugeordnet sein, deren Achsen mit der Achse des

Getriebes, d. h, mit der Hauptsache des Planetengetriebes, zusammenfallen.

Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen

des erfindungsgemäßen Getriebes im Zusammenhang

mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes

Zahnrad-Kurbelgetriebe,

Fig.2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zahnrad-Kurbelgetriebes,
F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie H-II in F i g. 1, F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie III-II1 in F i g. 3, F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in F i g. 3, F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie V-V in F i g. 3, F i g. 7 einen Schnitt entlang der Linie VI VI in F i g. 3, Fig.8 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 3,

Fig.9 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in F i g. 4 und

Fig. 10 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zahnrad-Kurbelgetriebes im Schnitt.

Aus den Fig. 1, 2, 3, 4, 5 ist es ersichtlich, daß das Zahnrad-Kurbelgetriebe aus einem Gehäuse 1 besteht, in dessen Innerem eine Planeten-Kurbelwelle 2 eingesetzt ist, die am linken Kurbelschenkel 12' der Kolbenstange 3 des linken Kolbenpaares 4 und 5 ein stair befestigtes Zahnrad 6 enthält, dessen Abwälzkreis durch den Mittelpunkt des Kurbelzapfens 7 verlaufen muß; gleichachsig ist an diesem Zahnrad ein Leitrad 8 mit dem Durchmesser des Abwälzkreises des Zahnrades 6 und einer Bordkante befestigt, mit dem zentnsch ein Wellenstumpf 9 fest verbunden ist, der in einem zentrisch gelagerten und als Gegengewicht zur Planeten-Kurbelwelle exzentrischen Schwungrad 10 gelagert ist und in einem freien verzahnten Wellenstumpf 11 endet Der rechte Schenkel 12 der Kolbenstange 3 des linken Kolbenpaares 4 und 5 geht in ein Leitrad 13 mit dem Durchmesser des Teilkreises des Zahnrades 6 über, woran zentrisch ein gleiches Schenkelpaar 14, 15 mit dem Kurbelzapfen 16 in gleicher Weise wie das erste Paar der Kolbenstange 3 und die Schenkel 12,12' befestigt ist, nur daß es diesem gegenüber um 180" versetzt ist. Nach rechis wird dieses Schenkelpaar 14 und 15 in das Zahnrad 17 verlängert, das zentrisch mit dem Zahnrad 6 übereinstimmt und diesem auch gleich ist Im Mittelpunkt dieses Zahnrades ist ein Leitrad 18 befestigt, das dem Leitrad 8 gleicht Mit diesem Leitrad 18 ist zentrisch ein Wellenstumpf 19 fest verbunden, der exzentrisch in einer zentrisch gelagerten Platte 20 gelagert ist und in einem Zahnrädchen 21 endet Auf dem Kurbelzapfen 16 ist die Kolbenstange 22 gelagert und starr mit dem rechten Kolbenpaar 4 und 5 verbunden. Im Mittelpunkt des Gehäuses 1 ist auf der linken Seite — wie aus den F i g. 2,6 und 10 ersichtlich — zentrisch die Abfriebswelle 23 gelagert und geht rechts in einen verzahnten Wellenstumpf 24 über, der auch als Zahnrad mit Innenverzahnung ausgeführt sein kann und in den verzahnten Wellenstumpf 11 der Planeten-Kurbelwelle 2 eingreift Auf der rechten Seite des Gehäuses 1 befindet sich eine zentnsch gelagerte Welle 25, die auf der linken Seite in ein zentrisch befestigtes Zahnrad= chen 26 übergeht, das wiederum in das Zahnrädchen 21 eingreift welches auf der Planeten-Kurbelwelle 2 zentrisch befestigt ist Auf der rechten Seite der Welle 25 ist ein Kettenrad 27 zentrisch aufgesteckt Das Gehäuse besteht aus dem mittleren zylindrischen Teil 23 und den Ansätzen 29, die am Umfang um 90° versetzt angeordnet sind Auf diese Ansätze werden die Zylinder 30 der Kolben befestigt. Der mittlere zylindrische Gehäuseteil 28 besteht aus einem mittig angebrachten Leitring, dessen Innendurchmesser doppelt so groll ist als der Durchmesser des Leitrades 18 und der beiderseits durch einen dünneren Ringteil fortgesetzt wird, der rechtwinklig zur Achse beiderseits rechteckige Öffnungen aufweist, wobei die Mittelpunkte der beiden Durchbohrungsöffnungen mit den Kolbenstangen 3 und 22 übereinstimmen. Hier wird der zylindrische Gehäuseteil 28 beiderseits zentrisch durch zwei Zahnräder 31

ι ο und 32 mit Innenverzahnung fortgesetzt, deren Abwälzkreis doppelt so groß ist wie der Abwälzkreis der Zahnräder 6 und 17. Die Zahnräder 31 und 32 werden außenseitig durch Leitringe 33 und 34, die einen Innendurchmesser der Abwälzkreise der Zahnräder 31 und 32 mit Innenverzahnung haben, fortgesetzt und durch zwei Randfortsätze abgeschlossen. Auf der linken Seite hat das Gehäuse 1 aus Fig.2 einen etwas größeren Durchmesser, um Raum für das exzentrische Schwungrad 10 zu schaffen. Das Gehäuse 1 ist an beiden Enden mit den Deckeln 35 und 36 .^geschlossen und ist in der Mitte geteilt, damit der Nockenräig 37 eingesetzt werden kann, ir. den das verzahnte Ende der Welle 38, die zweimal gelagert ist und auf ihrem anderen Ende ein mittig befestigtes Kettenrad trägt, eingreift

Da^ Zahnrad-Kurbelgetriebe arbeitet wie folgt:

Bei der Bewegung der Kolben 4 und 5 aus dem oberen in den unteren toten Punkt werden die Zahnräder 6 und 17 durch den Druck auf den Kurbelzapfen 7, wegen der exzentrischen Lagerung im zentrisch gelagerten und als Gegengewicht zur Planeten-Kurbelwelle 2 exzentrischen Schwungrad 10, durch die exzentrische Lagerung in der zentrisch gelagerten Platte 20 auf der entgegengesetzten Seite des Gehäuses 1 sowie durch die an dem Gehäuse 1 starr befestigten Zahnräder 31 und 32 mit Innenverzahnung und durch das entstandene Moment um den Berührungspunkt der Abwälzkreise um diesen Punkt und dadurch auch um ihre eigene Achse gedreht (Wälzleistung). Dabei mariien die Mittelpunkte der Zahnräder 6 und 17 wegen des Wälzens auf dem Innenumfang der Zahnräder 31 und 32 einen bestimmten kreisförmigen Weg um den Konstruktionsmittelpunkt (Kuppelleistung). Dieselbe Funktion wie die Zahnräder 6 und 17 hat aber auch die gesamte Planeten-Kurbelwelle 2 und damit auch der verzahnte Wellenstumpf 11 und das Zahnrädchen 21 auf dem anderen Ende der Planeten-Kurbelwelle, und sie dreht sich bei einem Hub des Kolbens 4 und 5 von dem oberen zum unteren toten Punkt einmal um die eigene Achse (Wälzleistung) und legt dabei den halben

so kreisförmigen Weg zurück (Kuppelleistung); denn nur so gelingt es den Kolben 4 und 5, aus dem oberen in den unteren toten Punkt zu kommen, und so treibt der verzahnte Wellenstumpf 11 wegen des Drehens um die eigene Achse und der Bewegung um den Mittelpunkt des Gehäuses den verzahnten Wellenstusnpf 24 der zentrisch gelagerten Abtriebswelle. Wenn dabei die verzahnten Wellenstümpfe 11 und 24 gleich sind, folgen für eine Umdrehung der Kurbelwelle, d.h. für zwei Takte der Kolben 4 und 5, drei Umdrehungen der

eo Abtriebswelle, u. zw. eine Umgangs- (Kuppel·) und zwei Abwälzdrehungen, durch zwei Umdrehungen des verzahnten Wellenstumpfes 11 um die eigene Achse. Hier addiert sich die Wälz- zur Kuppelleistung. Wenn aber hier der verzahnte Wellenstumpf 24 durch ein zentrisch angebrachtes Zahnrad mit Innenverzahnung bei der gleichen Größe des Wellenstumpfes wie im vorigen Fall ersetzt wird, erhält man für' drei Umdrehungen der Planeten-Kurbelwelle 2 und somit

auch des Wellenstumpfes 11 sechs Umdrehungen des Wellenstumpfes 11 um die eigene Achse, welcher Wellenstumpf das zentrisch angebracht«: Zahnrad mit Innenverzahnung der Abtriebswelle 23, welches in diesem Falle dreimal soviel Zähne als der verzahnte Wellenstumpf 11 hat, zweimal in eine Richtung dreht, die der Umgangsrichtung der Planeten-Kurbelwelle 2 und des verzahnten Wellenstumpfes 11 entgegengesetzt ist. Da hier die Kuppel- und Abwälzumdrehungen subtrahiert werden, bekommt man für drei Umgänge der Planeten-Kurbelwelle 2 und dadurch auch des verzahnten Wellenstumpfes 111 eine Umdrehung der Abtnebswelle. In beiden Fällen ist der Drehsinn der Abtriebswelle 23 gleich. Die Wirkungsweise des Steuerungsmechanismus ist in den Fig.3, 7 und 8 dargestellt.

Das Zahnrad-Kurbelgetriebe ist kompakt und beansprucht verhältnismäßig wenig Platz. Die Kolbenstange . 22 k

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mit Dichtungsringen abdichten (Fig.3, 9), wodurch ein zweiseitiges Arbeiten des Kolbens ermöglicht wird. Wegen der Lagerung der Kolbenstange 3 bzw. 22 kann der Kolben kurz gehalten werden und übt wegen des Moments keine Druckkräfte auf die Zylinderwände aus. Wenn sich eines der Kolbenpaare im Totpunkt befindet, ist im selben Augenblick das andere Kolbenpaar in voller Wirkung mit dem größten Kraftarm mit Bezug auf den augenblicklichen Berührungspunkt der Abwälzkreise. Das ergibt einen sehr ruhigen Lauf des Mechanismus. Außerdem kann das Getriebe überall dort verwendet werden, wo eine Kreisbewegung auch mit beträchtlichen Drehzahlen gegeben ist, während eine geradlinige Stoßbewegung benötigt wird, weil die Kolbenbewegung bei der verlangten gleichmäßigen Drehung der Abtriebswelle derartig ist, daß der Kolben eine gleichmäßige regelmäßige Sinuskurve beschreibt. Durch konzentrisch angeordnete Abtriebswellen können beide Ausführungen vereinigt werden, d. h. ein zentral angeordneter verzahnter Wellenstumpf der Abtriebswelle und ein zentral angeordnetes Zahnrad an der konzentrischen Abtriebswelle mit Innenverzahnung, welche Welle sich auf besonderen Führungen befindet und dadurch eine neunfache Obersetzung ergibt. Die konstruktive Ausführung an sich hat aber ι auch große Möglichkeiten für eine weitere Entwicklung, die im Ausführungsbeispiel laut Fig. 10 dargestellt ist. Diese Konstruktion ermöglicht eine gleichbleibende Umfangskraft unter der Voraussetzung, daß der Kolben unter einem konstanten Druck steht, weil dann, wenn in das erste Kolbenpaar eine Sinuskurve beschreibt, das zweite Kolbenpaar eine Cosinuskurve beschreibt, und die Summe der beiden Kolbenpaare ergibt

cos²«+ sin²«= I.

ι , In entgegengesetzter Richtung ermöglicht die Konstruktion als Kolbenpumpe angewendet einen ununterbrochenen Strahl unter gleichbleibendem Druck des gepumpten Mediums.

Die Kolben der beiden Seiten ^wirken β'* ρ·πρ F.inhpii

:ii wegen der Explosionen und Kompressionen in ein und derselben Bewegung.

Das in F i g. 2 schematisch dargestellte Reduktionsgetriebe weist ein starr mit der Kurbelwelle verbundenes Ritzel 11 auf. das mit zwei Zahnrädern 24, 44 in

J-. Wirkverbindung steht, deren Drehachse jeweils mit der gemeinsamen Drehachse der beiden Lagerscheiben 10, 20 fluchtend verläuft. Das eine Zahnrad 24 ist starr mit einer r'ne An- bzw. Abtriebswelle des Getriebes bildenden Welle 23 verbunden. Das andere Zahnrad 44, das von einem innenverzahnten Zahnkranz gebildet ist, ist starr mit einer ortsfest gelagerten, eine zweite An- bzw. Abtriebswelle des Getriebes bildenden Welle 45 verbunden.

Das freie, in F i g. 2 nach links weisende Ende der

r. Kurbelwelle 2 ist exzentrisch in einer Scheibe 46 gelagert, die starr mit einer ortsfest gelagerten Welle 47 verbunden ist, deren Drehachse zu der gemeinsamen Drehachse der Lagerscheiben 10, 20 fluchtend verläuft und die die dritte An- bzw. Abtriebswelle des Getriebes

.»η bildet.

Ilicr/u S Bhitt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zahnrad-Kurbelgetriebe fur die Umwandlung einer translatorischen Bewegung in eine Drehbewegung bzw. für die Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung mit einem Getriebegehäuse, wenigstens einem ortsfesten innen verzahnten Zahnkranz, einer wenigstens eine Kröpfung aufweisenden Kurbelwelle, wenigstens ι ο einem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden, sich an der Innenverzahnung des Zahnkranzes abwälzenden Abwälzzahnrad und wenigstens einer mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Kolbenstange, dadurch gekennzeichnet, daß die ιϊ Kurbelwelle (2) in wenigstens zwei Bereichen mit gleicher Exzentrizität in Lagerscheiben (10, 20) drehbar gelagert ist, die ihrerseits im Getriebegehäuse (1) um miteinander fluchtende Drehachsen drehbargelagert sind, daß das Abwälzzahnrad (6,17) starr mit der Kurbelwelle verbunden ist und daß die Kolbenstange (3, 22) direkt an der Abkröpfung (7, 16) der Kurbelwelle angelenkt ist

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lagerscheibe (10,20) als Getriebe-Auswuchtscheike ausgebildet ist

3. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß ein in einer Lagerscheibe (10,20) gelagertes Ende der Kurbelwelle (2) ein Ritzel (11) für ein Untersetzungsgetriebe trägt jo

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel {'.1) mit gleichachsigen Zahnrädern unterschiedlichen Durchmessers für unterschiedliche Übersetzungr-.tufen kämmt

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