DE3638040C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe für eine Brenn
kraftmaschine, einen Luftkompressor oder dergleichen, wel
che vier sternförmige gegenüberliegende und paarweise gegen
läufige Kolben-Zylindereinheiten hat, deren Kolben über gleich
lange Verbindungsglieder verbunden sind, wobei eine hin- und
hergehende Bewegung der Kolben über Triebglieder in eine Dreh
bewegung einer Getriebewelle umgewandelt wird.
Aus der Literaturstelle "A History of the Combustion Engine",
Seiten 241, 246 und 260 sind verschiedene Bauarten von Ma
schinen und Getrieben der vorstehend genannten Art bekannt,
wobei auf Seite 241 eine Maschine der "Selwood"-Bauart, auf
Seite 246 eine Maschine der "Bradshaw"-Bauart und auf Seite
260 eine Maschine der "Caminez"-Bauart gezeigt ist. Diese Ma
schine der "Caminez"-Bauart hat Kolben-Zylindereinheiten und
Verbindungsglieder, welche eine hin- und hergehende Bewegung
der Kolben über Triebglieder in eine Drehbewegung einer Ge
triebewelle umwandeln, wie dies im Oberbegriff des Patent
anspruchs 1 angegeben ist. Aus US-PS 32 74 982 ist eine ab
triebsseitige Triebeinrichtung zur Bewegungswandlung be
kannt, die beispielsweise bei dieser Maschine der "Caminez"-
Bauart zur Anwendung kommt. Die Triebeinrichtung umfaßt als
Triebglieder eine Nocke, die mit der Getriebewelle verbunden
ist, und Rollen, die an den Kolben der Kolben-Zylinderein
heiten angebracht sind und mit der Nocke zusammenarbeiten und
diese beaufschlagen. Die in der US-PS 32 74 982 vorgesehenen,
gleichlangen Verbindungsglieder dienen dort lediglich als Füh
rungseinrichtungen für die Bewegung der Kolben. Die Umwandlung
der hin- und hergehenden Bewegung der Kolben der Kolben-Zylin
dereinheiten in eine kontinuierliche Drehbewegung der Getriebe
welle erfolgt über die kokonförmig ausgebildete Nocke und die
hiermit zusammenarbeitenden Rollen, die mit einer Kolbenstan
ge der Kolben verbunden sind. Die Rollen stehen in Richtung
nach unten in Kontakt mit der Nockenfläche der Nocke. Die Kraft
übertragung von der hin- und hergehenden Bewegung zur Umwand
lung in eine Drehbewegung erfolgt über die Andrückkraft der Kon
taktstelle zwischen der jeweiligen Rolle und der Nocke. Der
Verbrennungshub läuft zu dem Zeitpunkt ab, wenn die jeweils zu
geordneten Rollen in Kontakt mit dem vorgewölbten oberen Teil
der Nocke sind. Gerade in diesem kritischen und stark belaste
ten Bereich, wenn die Nocke und die Rollen in Kontakt miteinan
der sind, treten an der Berührungsstelle beträchtliche Belastun
gen während des Arbeitshubs der Maschine auf, so daß sowohl die
Nocke als auch die Rolle zu starkem Verschleiß neigen. Nach ei
ner gewissen Betriebszeit dieser Triebeinrichtung kann sich die
Rolle nicht mehr auf der Nocke abrollen, sondern die Rolle glei
tet aufgrund des Abtrags und des Verschleißes über die Nocken
fläche, so daß kein zuverlässiges Arbeiten der Maschine und
des Getriebes mehr möglich ist.
Aus JP-PS 2 36 540 ist eine Maschine bekannt, bei der eine Tau
melnockenscheibeneinrichtung zum Umwandeln der hin- und herge
henden Bewegung der Kolben in eine Drehbewegung vorgesehen ist.
Eine solche Getriebeeinrichtung führt zu einem komplizierten
Aufbau und es ergeben sich Schwierigkeiten im Hinblick auf die
Lebensdauer einer derartigen Maschine.
Aus US-PS 10 75 308 ist eine Maschine bekannt, bei der eine Dreh
bewegung in eine oszillierende oder eine hin- und hergehende
Bewegung umgewandelt wird. Bei der Maschine der gattungsge
mäßen Art hingegen ist eine hin- und hergehende Bewegung der
Kolben über Triebglieder in eine Drehbewegung einer Getriebe
welle umzuwandeln.
Aus der FR-PS 8 66 060 ist eine Maschine der eingangs genannten
Art bekannt, welche als Pumpe arbeitet und als Getriebe zur
Bewegungswandlung eine Nockeneinrichtung hat, die mit einer Steu
erausnehmung so zusammenarbeitet, daß die hin- und hergehende
Bewegung der Kolben in eine Drehbewegung umgewandelt wird. Auch
bei einem derartigen Nockentrieb treten die voranstehend ge
schilderten Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Lebensdauer
der Maschine und den Verschleißerscheinungen auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe für eine
Maschine der eingangs genannten Bauart bereitzustellen, das
verschleißarm arbeitet und einen dauerhaften Betrieb einer der
artigen Maschine bei möglichst ruhigem und schwingungsfreiem
Lauf ermöglicht.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Getriebe für ei
ne Brennkraftmaschine, einen Luftkompressor oder dergleichen,
welches die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 auf
weist, in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens ge
löst.
Beim Getriebe nach der Erfindung sind die Triebglieder in Form
von storchschnabelförmig angeordneten Verbindungsgliedern aus
gelegt und umfassen mit den jeweiligen Mittelpunkten jedes ge
genüberliegenden Paars von Verbindungsgliedern beweglich ver
bundene Querarme, die sich X-förmig schneiden. An der Schnitt
stelle der beiden Querarme ist eine vor- und zurückdrehbare
Welle als Triebverbindung mit einem gleithülsenförmigen Verbin
dungslager und einem Z-förmigen Kurbelzapfen so vorgesehen, daß
man abtriebsseitig eine kontinuierliche Drehbewegung erhält.
Die Verbindungsglieder beim erfindungsgemäßen Getriebe nehmen
direkt die Kraft während des Explosionshubs von den Kolben auf
und übertragen diese über das gleithülsenförmige Verbindungs
lager auf die Abtriebswelle. Die Kraftübertragung erfolgt bei
diesem Getriebe über die Kolbenbolzen und die Verbindungsglie
der, wodurch man eine verschleißarm arbeitende Triebeinrichtung
erhält, so daß man auch bei langer Betriebsdauer ein zuverläs
siges Arbeiten der Maschine gewährleisten kann. Um störende
Schwingungen bei der Bewegungswandlung zu vermeiden, ist ein
Ausgleichsgewicht vorgesehen, mittels dem beim erfindungs
gemäßen Getriebe ein Schwingungsabgleich erzielt wird. Insbeson
dere wird mit Hilfe der Anordnung des Ausgleichsgewichts er
zielt, daß die beim Getriebe auftretenden Bewegungskomponenten
jeweils ausgewuchtet werden, so daß sich auch unwuchtbedingte
Schwingungsüberlagerungen unterdrücken lassen. Auch in Verbin
dung mit der symmetrischen Anordnung der Wellen und der Verbin
dungsglieder werden allein durch diese Anordnung mögliche Vi
brationen verhindert. Hierdurch erhält man eine Maschine mit
einem ausgezeichneten, ruhigen und nahezu schwingungsfreien
Lauf. Da ein Z-förmiger, von dem Verbindungslager umschlossener
Kurbelzapfen vorgesehen ist, lassen sich Lagerbelastungen re
duzieren, und Reibungsverluste werden herabgesetzt. Auch trägt
diese Maßnahme zu dem ruhigen Lauf der Maschine bei. Wegen sei
ner kompakten Bauweise eignet sich das Getriebe auch für Luft
fahrzeuge, wie Kleinflugzeuge, bei denen es insbesondere auch
wesentlich ist, einen weitgehend schwingungsfrei arbeitenden
Antrieb zu haben, der verschleißarm arbeitet und eine lange Ge
brauchsdauer sicherstellt.
Ferner kann das Getriebe zuverlässig bei einer Maschine arbei
ten, bei der beispielsweise einige der Kolben-Zylindereinhei
ten im Kompressorbetrieb und die anderen im Verbrennungsbetrieb
betrieben werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Ansprüchen 2 und 3 wiedergegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Aus
führungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich
nung näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutli
chung der wesentlichen Einzelheiten eines
Getriebes, wobei die Teile in auseinanderge
zogener Darstellung gezeigt sind,
Fig. 2(a) bis 2(d) jeweils Schnittansichten zur Verdeutli
chung der Bewegungsabläufe der Teile des Getrie
bes beim Arbeiten der Maschine,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Getriebes im zusammenge
setzten Zustand,
Fig. 4(a) bis 4(d) jeweils Seitenansichten zur Verdeutlichung
des Bewegungsablaufes im Bereich des Jochs, des
gleithülsenförmigen Verbindungslagers und des
Z-förmigen Kurbelzapfens der rotierenden Getriebe
welle,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Aus
führungsform des Getriebes,
Fig. 6 eine Ansicht des Querarms mit Blickrichtung in
Richtung des Pfeils D in Fig. 5 und
Fig. 7 eine der ersten Ausführungsform entsprechende
Ansicht der Teile von Fig. 6.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile
mit denselben Bezugszeichen versehen, und zwar 1 und 1a - vor
und zurückdrehbare Welle, 2 - Joch, 2a, 2b - Jochende, 3 - Z-för
mige Getriebewelle, 4a und 4b - Wellenteile, 5 - Kurbelzapfen,
6 - gleithülsenförmiges Verbindungslager, 6a - Zapfen, 10 - be
wegliches Ausgleichsgewicht, A1 und A2 - Querarm, C1 bis C4
Zylinder, P1 bis P4 - Kolben und p1 bis p4 - Kolbenbolzen.
Nachstehend wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der das
Getriebe bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird.
Bei der in Fig. 1 gezeigten perspektivischen Ansicht in aus
einandergezogener Darstellung sind die wesentlichen Teile des
Getriebes gezeigt, wobei nur ein Kolbenpaar gezeigt ist,
deren Kolben P1 und P3 einander gegenüberliegen. Anhand den
Fig. 2(a) bis 2(d) werden in Schnittansichten der Wirkungs
ablauf der wesentlichen Teile der Brennkraftmaschine und ihrer
Zylinder, sowie der zugehörigen Teile erläutert, wobei die Be
wegung der Ventile ebenfalls angedeutet ist.
Die vier Kolben- Zylindereinheiten P1 bis P5 und C1 bis C4 sind
sternförmig gegenüberliegend angeordnet und haben einen glei
chen Abstand zu dem Schnittpunkt der Wellenachsen, so daß zwei
Gruppen von Zylinderpaaren C1 und C3 sowie C2 und C4 einander
gegenüberliegend angeordnet sind. Ihre Achsen schneiden sich
senkrecht zueinander in einer gemeinsamen Ebene und jeder Zylin
der C1 bis C4 weist Einlaßventile V1, V2, V3 und V4, Auslaßven
tile V1′, V2′, V3′ und V4′ und Zündkerzen (nicht gezeigt) auf.
Die Endteile von vier gleichlangen Verbindungsgliedern L1, L2,
L3 und L4 sind mit Kolbenbolzen p1, p2, p3 und p4 der jewei
ligen Kolben P1, P2, P3 und P4 verbunden, wobei jeweils benach
barte Kolbenbolzen p1 bis p4 untereinander verbunden sind. Ins
besondere sind die Enden der Verbindungsglieder L1 bis L4 über
die Kolbenbolzen p1 bis p4 und untereinander derart verbunden,
daß ein Viereck von den vier gleichlangen Verbindungsgliedern
L1 bis L4 gebildet wird, dessen Form sich ändert. Die Endteile
der Querarme A1 und A2, welche sich X-förmig schneiden, sind
beweglich mit den jeweiligen Mittelpunkten jedes gegenüberlie
genden Paars von Verbindungsgliedern L1 und L3 sowie L2 und L4
verbunden. Diese Verbindungsglieder L1 bis L4 können sich frei
auf den Verbindungspunkten hin und her drehen und die beiden
gegenüberliegenden Paare von Verbindungsgliederpaaren L1 und L3
und L2 und L4 können sich dem Schnittpunkt der Querarme A1, A2
annähern oder sich von diesem entfernen und zwar nach Maßgabe
der Bewegung der Querarme A1 und A2. Eine vor- und zurückdreh
bare Welle 1, die an der Schnittstelle der Querarme A1, A2 an
geordnet ist, ist mit dem unteren Querarm A1 folglich derart
verbunden, daß die Welle 1 senkrecht zu der Beaufschlagungsflä
che des Querarmes A1 ist. In ähnlicher Weise ist eine vor- und
zurückdrehbare Welle 1a fest mit dem oberen Querarm A2 derart
verbunden, daß die Welle 1a gleitbeweglich auf dem dünnen Wel
lenteil 1′ der unteren Welle 1 angeordnet ist, so daß sich die
se beiden Wellen 1 und 1a in Gegenrichtungen zueinander in Form
einer Taumelbewegung bewegen können. Ein Ausgleichsgewicht 10
ist fest mit dem oberen Ende der Welle 1a verbunden. Das Aus
gleichsgewicht 10 wird nicht in allen Fällen benötigt und es
kann beispielsweise bei Kleinbauformen entfallen. Mit 12 und
12 sind zwei Zapfen bezeichnet, die am unteren Querarm A1 be
festigt sind, und die jeweils mit den Mittelpunkten eines Paa
res von gegenüberliegenden Verbindungsgliedern L1 und L3 so
verbunden sind, daß der Querarm A1 in Form einer hin- und her
gehenden Bewegung bei der sequentiellen Aufnahme einer Kraft
von den vier Kolben P1, P2, P3 und P4 bewegt wird. Mit 13 und
13 sind zwei Zapfen bezeichnet, die an den Verbindungsgliedern
L2 und L4 derart befestigt sind, daß der obere Querarm A2 mit
einem Paar von gegenüberliegenden Verbindungsgliedern L2 und
L3 verbunden werden kann. Ein Joch 2 ist an der vor- und zu
rückdrehbaren Welle 1 vorgesehen, die fest mit dem unteren Quer
arm A1 verbunden ist. Ein gleithülsenförmiges Verbindungslager
6 ist über senkrecht zu seiner Achse angeordnete Zapfen 6a
und 6a beweglich mit den Jochenden 2a, 2a des Jochs 2 verbun
den. Das Verbindungslager 6 arbeitet gleitbeweglich mit ei
nem Kurbelzapfen 5 der rotierenden Getriebewelle 3, 4a, 4b
zusammen und wird vom Verbindungslager 6 umschlossen.
Die Z-förmige Getriebewelle 3, die ein Wellenteil 4a und ein
Hilfswellenteil 4b aufweist, die sich auf den beiden Seiten
des Kurbelzapfens 5 befinden, sind beweglich mit dem Verbin
dungslager 6 verbunden. Ausgleichsgewichte 15 und 15 sind
auf den beiden Seiten des Kurbelzapfens 5 vorgesehen, und zwar
auf eine solche Weise, daß der Kurbelzapfen 5 geneigt zu der
Wellenachse der Wellenteile 4a und 4b angeordnet ist.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, bei der die Teile des Getriebes im
zusammengebauten Zustand in einer Seitenansicht gezeigt sind,
ist der Wellenteil 4a, der als eine Drehachse für die vorste
hend genannte Z-förmige Getriebewelle 3 dient, mit einem
Schwungrad 11 versehen, das wie an sich bekannt die Aufgabe
hat, die Drehkraft abtriebsseitig unter Verwendung einer Kupp
lungseinrichtung zu übertragen. Ferner ist eine Synchronrie
menscheibe 14, die fest mit der Hilfswelle 4b verbunden ist,
auf der dem Wellenteil 4a der Getriebewelle 3 gegenüberliegen
den Seite vorgesehen und es wird ermöglicht, daß eine Nocke
(nicht gezeigt) mit Hilfe eines Steuerriemens gedreht werden
kann, wodurch die Einlaßventile V1, V2, V3 und V4 und die
Auslaßventile V1′, V2′, V3′ und V4′ geöffnet und geschlossen
werden, wie dies in den Fig. 2(a) bis 2(d) gezeigt ist.
Hierbei erfolgt eine gesteuerte zeitliche Zuordnung zu der
Bewegung der Kolben P1, P2, P3 und P4 in den Zylindern C1
bis C4. Zusätzlich wird bei der vorstehend genannten Auslegung
auf eine ähnliche Weise auch die Zündkerze (nicht gezeigt)
mit Hilfe eines elektrischen Zündgebers aktiviert und zwar
ständig zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in Abhängigkeit von
der Bewegung des betreffenden Kolbens. Die Wellenteile 4a und
4b und die vor- und zurückdrehbaren Wellen 1 und 1a sind in
entsprechender Weise mit Lagern versehen. Das Schwungrad 11
ist auf dem Wellenteil 4a vorgesehen.
Nachstehend wird der Arbeitsablauf einer Vierzylindervier
takt-Benzinbrennkraftmaschine beschrieben, die mit dem vor
stehend erläuterten Getriebe wirkverbunden ist.
Nach Fig. 2(a) wird die Zündkerze (nicht gezeigt) des Zy
linders C1 gezündet und der wie in Fig. 2(d) gezeigte kom
primierte und vergaste Brennstoff wird verbrannt. Der Kolben
P1 wird in Richtung der Mitte der Anordnung der Kolben-Zy
lindereinheiten P1 bis P4 und C1 bis C4 gedrückt und das mit
dem Kolbenbolzen p1 verbundene Verbindungsglied L1 beauf
schlagt den Querarm A1 an der vor- und zurückdrehbaren Welle 1
in Gegenuhrzeigerrichtung. Zugleich wird das Verbindungsglied
L3, das dem Verbindungsglied L1 gegenüberliegt, in dem Zu
stand, bei dem diese Verbindungsglieder L1 und L3 parallel
zueinander zu liegen, so gedrückt, daß sein Mittelpunkt aus
gehend von dem in Fig. 2(d) gezeigten Zustand in eine Gegen
uhrzeigerrichtung bewegt wird und der Kolben P2 wird in eine
solche Richtung bewegt, daß er sich von der Mitte der Anord
nung, d. h. in eine Richtung in Richtung auf den Zylinderkopf
des Zylinders C2, bewegt. Zu diesem Zeitpunkt sind das Ein
laßventil V2 und das Auslaßventil V2′ des Zylinders C2 in
geschlossenem Zustand und die angesaugte Luft wird komprimiert,
wie dies in Fig. 2(d) gezeigt ist. Der Kolben P3 im Zylin
der C3 kann sich aus der Stellung, in der er in Richtung auf
den Kopf des Zylinders C3 gedrückt worden ist, wegbewegen,
wie dies in Fig. 2(d) gezeigt ist und zwar zu der Mitte der
Anordnung der Kolben-Zylindereinheiten P1 bis P4 und C1 bis
C4, wobei der Mittelpunkt des Verbindungsgliedes L3 eine Be
wegung in Gegenuhrzeigerrichtung ausführt, die durch die Dre
hung des Querarms A1 in Gegenuhrzeigerrichtung bewirkt wird.
Zugleich befindet sich das Saugventil V3 im Öffnungszustand,
so daß Luft in den Zylinder C3 gesaugt werden kann. Ferner
bewirkt die Bewegung des Mittelpunkts des Verbindungsgliedes
L1 in Gegenuhrzeigerrichtung, daß der Kolben P4 im Zylinder
C4 von der Position wegbewegt wird, in der er sich in der
Nähe der Mitte der Anordnung befindet, wie dies in Fig. 2(d)
gezeigt ist und er bewegt sich in Richtung auf den Zylinder
kopf und zugleich nimmt das Auslaßventil V4′ den Öffnungs
zustand ein, so daß das Verbrennungsgas nach der Verbren
nung im Zylinder C4, wie dies in Fig. 2(d) gezeigt ist, aus
gestoßen wird. Wenn andererseits eine Verbrennung bewirkt,so
daß der Kolben P1 im Zylinder C1 nach innen bewegt wird, wird
der obere Querarm A2, dessen Endteile mit den Mittelpunkten
der jeweiligen gegenüberliegenden Verbindungsglieder L2 und
L4 zusammenwirken, aus dem in Fig. 2(d) gezeigten Zustand in
Uhrzeigerrichtung verdreht und das Wellenteil 1a, das auf dem
Querarm A2 fest angebracht ist, dreht sich in Uhrzeigerrich
tung. Wenn insbesondere der vergaste Brennstoff, der sich im
Zylinder C1 im komprimierten Zustand befindet, wie dies in
Fig. 2(d) gezeigt ist, gezündet und verbrannt wird, und zwar
während des Übergangs von dem Zustand nach Fig. 2(d) zu Fig.
2(a), werden der untere Querarm A1 und der obere Querarm A2
in Gegenuhrzeigerrichtung und Uhrzeigerrichtung jeweils ge
dreht. Bei der vorstehend genannten Beaufschlagung sind der
Hub der Kolben P1 bis P4 und der Drehweg der Querarme A1, A2
bei der vor- und zurückgehenden Drehbewegung durch den Bewe
gungsbereich des Kurbelzapfens 5 begrenzt, den dieser ausfüh
ren kann, wenn die doppelseitige sphärische Gleitbewegung des
Verbindungslagers 6 bewirkt durch die Drehung des direkt mit
dem Querarm A1 verbundenen Jochs 2, in Gegenuhrzeigerrichtung,
ermöglicht, daß sich die Getriebewelle 3 um 180° dreht. Wenn
dann eine Zündung der Zündkerze (nicht gezeigt) bewirkt, daß
der im komprimierten Zustand sich im Zylinder C2 nach Fig. 2(a)
befindende vergaste Brennstoff verbrannt wird, so werden die
Kolben P1 bis P4, die Verbindungsglieder L1 bis L4 und die
Querarme A1, A2 in einen Zustand überführt, der in Fig. 2(b)
gezeigt ist. Insbesondere wird der Kolben P2 im Zylinder C2
in Richtung der Mitte der Anordnung bewegt und zugleich wird
das Einlaßventil V3 des Zylinders C3, das sich im geöffneten
Zustand befunden hat, geschlossen, so daß der vergaste und
angesaugte Brennstoff im Zylinder C3 komprimiert wird. Beim
Schließen des Auslaßventils V4′ des Zylinders C4,
im offenen Zustand befunden hat und beim Öffnen des Einlaß
ventils V4′ erfolgt gleichzeitig ein Einziehen des Kolbens
P4 in Richtung der Mitte der Anordnung, wodurch bewirkt wird,
daß Luft in den Zylinder C4 gesaugt wird. Beim Öffnen des
Auslaßventils V1′ im Zylinder C1 wird der Kolben P1 nach in
nen in Richtung auf den Zylinderkopf gedrückt, so daß das Ver
brennungsgas aus dem Zylinder C1 ausgestoßen wird. Zu diesem
Zeitpunkt bewirkt eine Druckbeaufschlagung des Kolbens P2 in
Richtung der Mitte der Anordnung, daß die Verbindungsglieder
L1 bis L4 auf die vorstehend beschriebene Weise bewegt werden
und der Querarm A1 und der Querarm A2 in Uhrzeigerrichtung
und Gegenuhrzeigerrichtung jeweils bewegt werden, wobei die
doppelseitige sphärische Gleitbewegung des gleithülsenförmi
gen Verbindungslagers 6 infolge der Drehung des Jochs 2 in
Uhrzeigerrichtung, das mit dem Querarm A1 verbunden ist, er
möglicht, daß die Getriebewelle 3 sich um 180° dreht. Bei einer
hin- und hergehenden Bewegung des Querarms A1 wird eine Um
drehung der Getriebewelle 3 bewirkt. Wenn dann eine Zündung
der Zündkerze (nicht gezeigt) erfolgt, durch die bewirkt wird,
daß der vergaste Brennstoff, der sich im Zylinder C3 nach
Fig. 2(b) im komprimierten Zustand befindet, verbrannt wird,
werden die Kolben P1 bis P4 und Verbindungsglieder L1 bis L4
und die Querarme A1, A2 in einen Zustand überführt, der in
Fig. 2(d) gezeigt ist. Wenn insbesondere der Kolben P3 im Zy
linder C3 in Richtung der Mitte der Anordnung bewegt wird und
zugleich der Kolben P4 im Zylinder C4 in Richtung des Zylin
derkopfs gedrückt wird, wird der angesaugte vergaste Brenn
stoff komprimiert, und eine Bewegung des Kolbens P1 im Zy
linder C1 bewirkt, daß in dem Zylinder C1 Luft angesaugt wird.
Der Kolben P2 im Zylinder C2 wird in Richtung des Zylinder
kopfs gedrückt, wodurch bewirkt wird, daß die Verbrennungsgase
im Zylinder C2 auf die vorstehend beschriebene Weise ausge
stoßen werden. Eine Bewegung der Verbindungsglieder L1 bis
L4 bewirkt durch eine Druckbeaufschlagung des Kolbens P3 in
Richtung der Mitte der Anordnung, ermöglicht, daß der untere
Querarm A1 und der obere Querarm A2 in Gegenuhrzeigerrichtung
und in Uhrzeigerrichtung jeweils gedreht werden, wodurch die
doppelseitige sphärische Gleitbewegung des gleithülsenförmigen
Verbindungslagers 6 infolge der Drehung des Jochs 2 in Gegen
uhrzeigerrichtung, das direkt mit dem Querarm A1 verbunden ist,
ermöglicht, daß sich die Getriebewelle 3 um 180° dreht. Wenn
dann der vergaste Brennstoff, der sich im Zylinder C4 nach Fig.
2(c) im komprimierten Zustand befindet, gezündet und verbrannt
wird, läuft eine ähnliche Bewegungsabfolge gemäß der vorste
hend beschriebenen Weise ab und der untere Querarm A1 und der
obere Querarm A2 drehen jeweils in Uhrzeigerrichtung und Gegen
uhrzeigerrichtung. Bei der Drehung des Jochs 2 in Uhrzeigerrich
tung kann sich die Getriebewelle 3 um 180° drehen. Im Anschluß
ergibt sich ein Zustand, der sich nach der Verbrennung des ver
gasten Brennstoffes in komprimierter Form im Zylinder C1 (s.Fi
gur 2(d)) ergibt und es erfolgt eine Überführung in den Zu
stand, der in Fig. 2(a) gezeigt ist. Eine ständige Verpuffung
des vergasten Brennstoffs, der in den vier Zylindern C1, C2,
C3 und C4 komprimiert wird, ermöglicht, daß die Querarme A1
und A2 sich zweimal hin- und hergehend bewegen und die Getrie
bewelle 3 dreht sich zweimal. Eine Zeitsteuernocke (nicht ge
zeigt) für das vorstehend angegebene Einlaßventil, das Aus
laßventil, die Zündkerze und dergleichen wird pro zwei Umdre
hungen der Getriebewelle 3 einmal gedreht, um den zeitlich ge
steuerten Arbeitsablauf zu erreichen.
Mit den Fig. 4(a) bis 4(d) wird eine Arbeitsweise erläu
tert, bei der die hin- und hergehende Bewegung des Jochs 2
bewirkt, daß sich die Getriebewelle 3 einmal dreht. In Fig.
4(a) ist der Zustand gezeigt, bei dem die Bewegungsrichtung
des Jochs 2 eine Neutralstellung bezüglich der Wellenachse
der Getriebewelle 3 einnimmt. Wenn das Joch 2 sich ausgehend
von dem in Fig. 4(a) gezeigten Zustand in Gegenuhrzeiger
richtung im oberen Teil der Zeichnung dreht, wird bewirkt,
daß das Verbindungslager 6, das zwischen den vom Joch 2 ab
zweigenden Teilen mit Hilfe der beweglichen Zapfen 6a und 6a
gelagert ist, eine Gleitbewegung ausführt, so daß, wenn das
Joch 2 die Position am Ende seiner Vor- und Rückwärtsdrehbe
wegung erreicht, das Verbindungslager 6 den in Fig. 4(b)
gezeigten Zustand einnimmt und wie in der Endansicht des Wellen
teils 4a gezeigt ist, hat sich das Wellenteil 4a um 90° ge
dreht. Wenn sich anschließend das Joch 2 in Gegenrichtung
(in Uhrzeigerrichtung im oberen Teil) dreht, setzt das Verbin
dungslager 6 seine Gleitbewegung fort und im Laufe dieser Be
wegung wird ein in Fig. 4(c) gezeigter Zustand erreicht, in
dem das Joch 2 die Endposition einer Vor- und Zurückbewegung
in Form einer Drehbewegung in Gegenrichtung zum Zustand nach
Fig. 4(b) einnimmt, wie dies in Fig. 4(d) gezeigt ist. Das
Wellenteil 4a ist ausgehend von dem Zustand nach Fig. 4(b) um
180° gedreht. Wenn dann das Joch 2 in eine Gegenrichtung (Uhr
zeigerrichtung gesehen im oberen Teil derselben) gedreht wird,
so daß es eine Neutralstellung nach Fig. 4(a) einnimmt, wird
das Wellenteil 4a um weitere 90° gedreht, wobei ein Rücklaufen
des Jochs 2 von dem Zustand nach Fig. 4(a) zu dem Ausgangs
zustand während der hin- und hergehenden Bewegung ermöglicht,
daß sich die Getriebewelle 3 einmal dreht. Eine solche Drehung
der Getriebewelle 3 erfolgt immer während des Ablaufs einer hin
und hergehenden Bewegung des Jochs 2 ausgehend beispielsweise
von dem Zustand von Fig. 4(b) bis zu dem Zustand, der in Fi
gur 4(b) gezeigt ist.
Die Getriebewelle 3 hat eine Unwucht an seiner Kupplung, die
mit Hilfe der Ausgleichsgewichte 15 und 15 auf den beiden En
den des Kurbelzapfens 5 ausgeglichen wird, und bei der Bewe
gung des Verbindungslagers 6 werden die vorstehend genannten
Ausgleichsgewichte 15 und 15 sowie das Ausgleichsgewicht 10
genutzt, um einen Gleichgewichtszustand zu erhalten. Hierdurch
können Schwingungen reduziert werden.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine kombinierte
Zuordnung zwischen dem Teil der parallelen Verbindungsglie
der und dem Teil des Querarms vorgesehen ist, wodurch die
Konstruktion eine höhere Steifigkeit erhält.
Bei dieser Auslegung umfassen die Verbindungsglieder zur Über
tragung einer Kraft von dem Kolben auf den Querarm A1 und die
Welle 1, die fest mit dem Joch 2 verbunden ist, vertikale Paa
re von Verbindungsgliedern L1 und L1 bzw. L3 und L3, so daß
keine Torsionsbewegung an dem Arm A1 auftritt. Insbesondere
sind der Querarm A1 und die beiden Endteile der gegenüberlie
genden Verbindungsglieder L2 und L4 auf den beiden Seiten des
Querarms A1 zwischen zwei vertikalen Paaren von gegenüberlie
genden Verbindungsgliedern L1 und L1 und L3 und L3 angeordnet,
und die beiden vertikalen Paare von Verbindungsgliedern L1
und L1 und L3 und L3 sind mit dem Querarm A1 und dem Kolben
P1, P2, P3 und P4 durch Zapfen 12 und 12 und Kolbenbolzen
p1, p2, p3 und p4 jeweils verbunden. Ferner ist ein Hilfsquer
arm A2′ derart vorgesehen, daß er gleitbeweglich auf der Welle
1 zusammen mit dem oberen Querarm A2 derart angeordnet ist,
daß dieser Hilfsquerarm A2′ und der obere Querarm A2 zwischen
den anderen gegenüberliegenden Verbindungsgliedern L2 und L4
und dem Querarm A1 liegen. Der Hilfsquerarm A2′ ist mit den Ver
bindungsgliedern L2 und L4 durch die Zapfen 13 und 13 verbun
den. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, die eine Ansicht in Blick
richtung D nach Fig. 5 des Querarms A1 darstellt, wirkt die
Kraft P, die von dem Kolbenbolzen p4 auf den Querarm A1 mit
Hilfe der Verbindungsglieder L1 und L1 übertragen wird, jeweils
mit P/2 auf die unteren und oberen Teile der jeweiligen Zapfen
12, wobei die Auslegung derart getroffen ist, daß der Zapfen
12 von dem oberen Teil und dem unteren Teil des Querarms A1
vorsteht. Aus diesem Grunde sind das obere und das untere Tor
sionsmoment, das auf den Querarm A1 wirkt, versetzt und das
Torsionsmoment B=Pl₁ tritt nach Fig. 7 dann auf, wenn ein
einziges Verbindungsglied L1 vorgesehen ist. Die auf den
Querarm A1 wirkende Kraft P ist daher nicht vorhanden. Da P
in vertikaler Richtung in zwei gleiche Komponenten bei der Aus
führungsform nach Fig. 6 aufgeteilt wird, sind die auf den
Zapfen 12 wirkenden Beanspruchungen geringer und das Biegemo
ment des Zapfens 12 beläuft sich auf P/2×l3, während im
Fall von Fig. 7 das Biegemoment gleich P×l2 ist. Wenn man
die Dickenauslegung des Verbindungsgliedes noch berücksichtigt,
das beispielsweise mit l2=2l3 gegeben ist, wird das vom Zapfen
nach Fig. 7 aufgenommene Biegemoment gleich P×l2=2P×l3
und das von dem Zapfen 12 nach Fig. 6 aufgenommene Biegemoment
beläuft sich auf ein Viertel im Vergleich zu jenem nach Fig. 7.
Da ferner die Scherbeanspruchung um die Hälfte reduziert wird,
erhält man ein überraschend gutes Ergebnis im Hinblick auf die
Festigkeit des Zapfens. Als Folge hiervon wird auch die auf den
Querarm A1 einwirkende Belastung geringer, so daß man eine Kon
struktion mit höherer Steifigkeit erhält. Wenn ferner die auf
eines der gegenüberliegenden Verbindungsglieder L2 und L4
einwirkende Kraft vorhanden ist und die Kraft auf das andere
Verbindungsglied übertragen wird, ergibt sich durch den Hilfs
querarm A2′, der zusammen mit dem oberen Querarm A2 vorgesehen
ist, eine Verbesserung im Hinblick auf das Biegemoment, das
auf den Verbindungszapfen 13 einwirkt, sowie im Hinblick auf
die Scherbeanspruchung und zwar im Vergleich zu jenem Fall,
bei dem nur ein einziger Querarm A2 vorgesehen ist. Durch diese
Doppelauslegung erhält man daher eine Aussteifung der Kon
struktion. Eine solche Verbindungseinrichtung mit höherer Stei
figkeit ist insbesondere bei stark beanspruchten Brennkraft
maschinen und dergleichen geeignet.
Ferner kann das Getriebe bei einer Maschine eingesetzt werden,
bei der zwei einander gegenüberliegend angeordnete Zylinder als
Brennkraftmaschine arbeiten und die beiden anderen Zylinder
als Kompressor arbeiten. Hierbei lassen sich die Abmessungen
beträchtlich verkleinern im Vergleich zu einem üblichen Kom
pressor. Der hierbei erhaltene Kompressor hat einen geringeren
Reibungsverlust und einen höheren Wirkungsgrad.
Wenn man ferner die Getriebewelle 3 des Getriebes als eine
Eingangswelle drehantreibt, kann die Maschine insgesamt als
Kompressoren arbeiten. Ein solcher Vierzylinder-Kompressor
ist gut ausgewuchtet und hat kleine Abmessungen sowie einen
weitgehend schwingungsfreien und ruhigen Lauf.
Ferner läßt sich das Getriebe auch bei Zweitaktmaschinen und
Dieselmaschinen vorteilhaft einsetzen.
Beim Getriebe der vorstehend genannten Art wird die Bewegung
des gleithülsenförmigen Verbindungslagers 6 in eine Drehbewe
gungskomponente (Gleitbewegung) um den Kurbelzapfen 5 und eine
hin- und hergehende Bewegungskomponente in der Nähe des
Zapfens aufgeteilt. Die Ausgleichsgewichte 15 und 15, die auf
den Wellenteilen 4a und 4b beidseitig des Kurbelzapfens 5 vor
gesehen sind und gegebenenfalls das Ausgleichsgewicht 10, das
direkt mit dem Querarm A2 verbunden ist, der sich auf der Sei
te befindet, an der das Joch 2 befestigt ist, ermöglichen, daß
alle vorstehend genannten Bewegungskomponenten abgeglichen
und weitgehend unwuchtfrei sind. Hierdurch werden Schwingungen
beim Lauf der Maschine vermindert. Wenn es sich jedoch um
kleine Maschinen handelt, wird zweckmäßigerweise anstelle des
Ausgleichsgewichts 10 ein geringes Zusatzgewicht an den Aus
gleichsgewichten 15 und 15 vorgesehen, wodurch sich Winkel
schwingungen um die Hälfte reduzieren lassen. Da beim Getriebe
ein Rollkontakt mit einem Flächenkontakt vorhanden ist und
eine Vielzahl von Kontaktteilen vorhanden ist, ist das Getriebe
langlebig und robust.
Claims (3)
1. Getriebe für eine Brennkraftmaschine, einen
Luftkompressor oder dergleichen, welche vier sternförmig
gegenüberliegende und paarweise gegenläufige Kolben-
Zylindereinheiten (P1 bis P4 und C1 bis C4) hat, deren
Kolben über gleich lange Verbindungsglieder (L1 bis L4)
verbunden sind, wobei eine hin- und hergehende Bewegung der
Kolben über Triebglieder in eine Drehbewegung einer
Getriebewelle (3) umgewandelt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) die vier gleich langen Verbindungsglieder (L1 bis L4) über Kolbenbolzen (p1 bis p4) mit den jeweiligen Kolben (P1 bis P4) verbunden sind und jeweils benachbarte Kolbenbolzen (p1 bis p4) untereinander verbunden sind,
- b) zwei mit den jeweiligen Mittelpunkten jedes gegenüberliegenden Paars von Verbindungsglieder (L1, L3; L2, L4) beweglich verbundene Querarme (A1, A2) vorgesehen sind, welche sich X-förmig schneiden,
- c) eine vor- und zurückdrehbare Welle (1), welche an der Schnittstelle der beiden Querarme (A1, A2) und senkrecht zu denselben an einem der Querarme (A1) angebracht ist, mittels eines an der Welle (1) vorgesehenen Jochs (2) und eines gleithülsenförmigen Verbindungslagers (6), welches über senkrecht zu seiner Achse angeordneten Zapfen (6a) beweglich mit den Jochenden (2a, 2a) verbunden ist, mit einem Z-förmigen, von dem Verbindungslager (6) umschlossenen Kurbelzapfen (5) der rotierenden Getriebewelle (3, 4a, 4b) in Triebverbindung steht,
- d) und daß koaxial zur Welle (1) am Querarm (A2) eine bewegliche Welle (1a) angebracht ist, die ein Ausgleichsgewicht (10) an ihrem Ende trägt.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die beiden
gegenüberliegenden, parallelen Verbindungsglieder (L1, L3),
mit deren Mittelpunkte der Querarme (A1) verbunden ist,
jeweils von einem vertikalen paar von Verbindungsgliedern
(L1 & L1, L3 & L3) gebildet werden, wobei die weiteren
gegenüberliegenden Verbindungsglieder (L2, L4) zwischen dem
jeweiligen vertikalen Verbindungsgliederpaar (L1 & L1,
L3 & L3) zum Halten durch dasselbe angebracht sind
(Fig. 5).
3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die eine Gruppe von zwei
gegenüberliegenden Kolben-Zylindereinheiten (P1 bis P4 und
C1 bis C4) als Brennkraftmaschine und die andere Gruppe von
zwei gegenüberliegenden Kolben-Zylindereinheiten als
Kompressor arbeitet.
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