DE4200412A1 - Piston engine working without crankshaft - has roller and disc drive to convert reciprocating motion to rotary movement. - Google Patents
Piston engine working without crankshaft - has roller and disc drive to convert reciprocating motion to rotary movement.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Umwandlung von linearer hin- und hergehenden Bewegung eines Kolbens in eine gleich mäßige Wellendrehbewegung oder umgekehrt.The invention relates to the conversion of linear and going movement of a piston in an equal moderate shaft rotation or vice versa.
Diese Bewegungstransformation ist in vielen Bereichen des Maschinenbaues erforderlich wie z. B. Kolbenverdichter, Kolbenpumpen, Dampf- und Gaskolbenmotoren, Kolbenverbren nungsmotoren usw.This movement transformation is in many areas mechanical engineering required such. B. piston compressor, Piston pumps, steam and gas piston engines, piston combustion motors, etc.
Es ist bekannt, daß zur Erfüllung dieser erforderlichen Bewegungsumwandlung der in Zylinder sich bewegenden Kol ben, Kurbelwellen hauptsächlich angewandt werden, die entweder mittels Pleuelstangen oder unter dazwischen schalten von Kolbenstangen mit Kreuzköpfen und danach Pleuelstangen diese Umwandlung realisieren. Dabei werden die Pleuelstangen an dem mit den Kurbelwellenzapfen ver bundenen Enden seitlich abgelengt und führen eine Dreh bewegung aus, wohingegen die anderen Enden mit Kolben verbunden, hin- und hergehende, lineare Bewegungen ausfüh ren.It is known to be necessary to accomplish this Movement conversion of the Kol moving in cylinder ben, crankshafts are mainly applied to the either using connecting rods or between them switch piston rods with cross heads and after Connecting rods realize this conversion. In doing so the connecting rods on the ver with the crankshaft journal tied ends laterally and perform a twist movement off, whereas the other ends with pistons connected, reciprocating, linear movements ren.
Daraus resultieren folgende Nachteile der mit Kurbel wellen ausgerüsteten Kolbenmaschinen, bedingt durch die Bewegungs- und Kraftverhältnisse des zentrischen Schub kurbelgetriebes:This results in the following disadvantages of using a crank piston machines equipped with shafts, due to the Movement and force relationships of the centric thrust crank gear:
- - variable Tangential- oder Drehkraft die von dem Ablenk winkel der Pleuelstange und Kurbelwinkel abhängt und die in der Nähe des O.T. (Oberen Totenpunktes) und des U.T.(Unteren Totenpunktes) gleich Null ist.- variable tangential or rotational force from the deflection angle of the connecting rod and crank angle depends and near the O.T. (Top dead center) and the U.T. (bottom dead center) is zero.
- - veränderliche Normalkraft welche entweder vom Kolben selbst im Zylinder oder durch einen zusätzlichen Kreuz kopf und Gleitbahn übertragen wird. Das bewirkt zusä liche Reibungsarbeit und Verminderung des mechanischen Wirkungsgrades der Maschine.- variable normal force which either from the piston even in the cylinder or with an additional cross head and slideway is transmitted. This brings together liche friction work and reduction of mechanical Efficiency of the machine.
- - Entstehen von Massenkräften die sich aus der Beschleuni gung und Verzögerung der bewegten Teile ergeben. Da die Elemente des Kurbeltriebs verschiedene Bewegungsformen ausführen (Translations-, Rotations- und Koppelbewegungen) ist der Massenausgleich besonders wichtig aber schwer zu realisieren. Dadurch Erzeugung von periodischen dyna mischen Kräften, die Anlaß zu Schwingungserregungen bie ten und gefährliche Resonanzerscheinungen hervorrufen, können die Maschinenfundamente und -ständer, Gebäude negativ beeinflussen.- emergence of mass forces resulting from the acceleration movement and deceleration of the moving parts. Since the Elements of the crank mechanism different forms of movement execute (translation, rotation and coupling movements) mass balance is particularly important but difficult to realize. This creates periodic dyna mix forces that give rise to vibrations and cause dangerous resonance phenomena, can machine foundations and stands, buildings influence negatively.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kolbenbe wegungsumwandlung von einer linear hin-und hergehenden in eine Drehbewegung und umgekehrt mittels eines Axial raumkurvengetriebes zu schaffen die die oben angeführten Nachteile nicht besitzt.The invention has for its object a Kolbenbe path conversion from a linear reciprocating in a rotary movement and vice versa by means of an axial to create space cam gear the above Does not have disadvantages.
Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Einrichtungen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is carried out in generic facilities solved by the characterizing features of claim 1.
Durch axiale Stirnkurven die symmetrische, paarweise an gebrachte, wellenförmige Erhebungen aufweisen und die Zwei- oder Viertaktverfahren in einer Umdrehung realisie ren können, bewegen sich gegenseitig verspannte Rollen paare, die mittels einer Drehmoment-Rollkorperbüchse die linearen Bewegungen des Kolbens in eine Drehbewegung umwandeln können.By axial forehead curves the symmetrical, in pairs brought, wavy elevations and the Realize two or four stroke processes in one revolution mutually tense roles move Couples using a torque roller sleeve linear movements of the piston in a rotary motion can convert.
Die Vorteile die mit der Erfindung erzielt werden können bestehen vor allem im:The advantages that can be achieved with the invention consist mainly of:
- - Wegfall der Kolbenseitenkräfte die durch die gute Füh rung des Kolbens im spielfreien Axialraumgetriebe und zentrisch gelagerten Drehmoment-Rollkörperbüchse,ver ursacht wird. Dadurch kann der Kolben kleiner gestaltet werden und zur Verringerung der Reibungsarbeit und daher zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Maschine bei tragen.- Elimination of the piston side forces caused by the good guidance piston in the backlash-free axial space gear and centrically mounted torque rolling element bush, ver is caused. This allows the piston to be made smaller be and to reduce friction work and therefore to increase the efficiency of the machine wear.
- - Konstanten Hebelarm der Drehübertragung, der durch die geometrischen Maße des Axialraumgetriebes festgelegt ist.- Constant lever arm of the rotary transmission, which by the Geometric dimensions of the axial space gear set is.
- - Realisierbaren völligen Massenausgleich der linearen hin- und hergehenden und sich drehenden Bewegungsteile. Deshalb ruhiger Lauf der Maschine und Verringerung des Aufwandes zur Schwingungsdämpfung was zu einer Reduzie rung des Maschinengewichtes und Fundamentmasse führt.- Realizable complete mass balancing of the linear reciprocating and rotating moving parts. Therefore, the machine runs smoothly and the Vibration damping effort resulting in a reduction of the machine weight and foundation mass.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeich nungen dargestellt und nachstehend näher beschrieben. Es zeigtSome embodiments of the invention are in drawing shown and described in more detail below. It shows
Fig. 1 Schema der kurbelwellenlosen Kraft- oder Arbeitsmaschine, Fig. 1 Scheme of the crankshaft-less power or working machine,
Fig. 2 Kräfte-und Bewegungsrichtungsschema, Fig. 2 forces and the direction of movement scheme,
Fig. 3 Abwicklungsschema der Stirnkurven - 2 Taktverfahren, Fig. 3 development diagram of the front curves - 2-pull method,
Fig. 4 Abwicklungsschema der Stirnkurven - 2 Taktverfahren mit Ausgleichgewicht, Fig. 4 development diagram of the front curves - 2-pull method with balance weight,
Fig. 5 Abwicklungsschema der Stirnkurven - 4 Taktverfahren, Fig. 5 development diagram of the front curves - 4-pull method,
Fig. 6 Einzylinder Kraft-oder Arbeitsmaschine, Fig. 6 cylinder power or working machine,
Fig. 7 Vierzylinder Kraft-oder Arbeitsmaschine, Fig. 7 four-cylinder power or working machine,
Fig. 8 Achtzylinder Sternausführung, Fig. 8 eight-cylinder star embodiment,
Fig. 9 Mehrzylinder Boxerausführung, Fig. 9 multi-cylinder Boxer embodiment,
Fig. 10 Mehrzylinder Gegenlaufkolbenausführung. Fig. 10 multi-cylinder counter-piston version.
In Fig. 1 wird die Erfindung die die Umwandlung hin- und hergehenden Kolbenbewegungen in eine Drehbewegung bewirkt, schematisch dargestellt. Dabei stellt die linke Hälfte der Zeichnung mit "A" bezeichnet, eine Kolbenmaschine bei welcher der Kolben (1) im U.T. (Unterem Totenpunkt) sich befindet, wohingegen die rechte Zeichnungshälfte ihn im O.T. (Oberen Totenpunkt) darstellt. Am unteren Teil des Kolbens (1) ist eine Verlängerung vorgesehen in der eine Achse (3.1) senkrecht zur Kolbenachse eingepreßt ist. Auf den beiderseitig herausragenden Achsstümpfen sind Rollenpaare (2.1), die eine kegelige Mantelfläche besitzen, aufmontiert. Diese stützen sich auf einer zen trischen Stirnkurve (4.1) ab, die einen radialen Neigungs winkel (β) aufweist. Dieser ist identisch mit halbierten Kegelwinkel der Rollenpaare (2.1) und die Winkelarme treffen (sich in einem gemeinsamen Punkt auf der Kolben achse so daß eine schlupffreie Bewegung der Rollenpaare (2.1) ermöglicht wird. In der unteren Kolbenverlängerung ist zentrisch die Kolbenstange (5) eingeschraubt auf wel cher ein mit ihm formschlüssig verbundener Querarm mit Achsen (3.2) angebracht ist. Diese liegen in einer Ebene mit den Achsen (3.1), und auf ihnen befinden sich weitere Rollenpaare (2.2), die sich auf einer unteren Stirn kurve (4.2), die mit der oberen Stirnkurve (4.1) inden tisch, jedoch um eine halbe Teilung "T" verdreht ist, ab stützen. Diese beiden Stirnkurven (4.1) und (4.2) sind beidseitig auf einer Stützscheibe (7) montiert, die im Maschinengehäuse festgeklemmt ist. Die unteren Rollen paare (2.2) können mittels einer auf der Kolbenstange (5) befindlichen Schraubverbindung (10.1) an die untere Stirnkurve (4.2) angedrückt werden, wodurch eine innere Verspannung zwischen dem oberen Rollenpaar (2.1) und dem unteren Rollenpaar (2.2) auftritt, die zu einer spielfreien Kolbenbewegung beiträgt. Weiter unten in der Kolbenachse ist das An- oder Abtriebsrad (11) gela gert in welchem eine Drehmoment-Rollkörperbüchse (8) mit Rollkörpern (8.1) eingepreßt ist.In Fig. 1, the invention which effects the conversion of the reciprocating piston movements into a rotary movement is shown schematically. The left half of the drawing is labeled "A", a piston engine with the piston ( 1 ) in the UT (lower dead center), whereas the right half of the drawing shows it in the OT (upper dead center). At the lower part of the piston ( 1 ) there is an extension in which an axis ( 3.1 ) is pressed in perpendicular to the piston axis. Pairs of rollers ( 2.1 ) with a tapered outer surface are mounted on the axially stub axles. These are based on a central forehead curve ( 4.1 ), which has a radial inclination angle (β). This is identical to the halved taper angle of the roller pairs ( 2.1 ) and the angle arms meet (at a common point on the piston axis so that a slip-free movement of the roller pairs ( 2.1 ) is made possible. The piston rod ( 5 ) is screwed into the center of the lower piston extension on which a cross arm with axially connected to it ( 3.2 ) is attached, which lie in one plane with the axles ( 3.1 ) and on which there are further pairs of rollers ( 2.2 ) which are located on a lower forehead curve ( 4.2 ) support, which is turned with the upper end curve ( 4.1 ), but rotated by half a division "T." These two end curves ( 4.1 ) and ( 4.2 ) are mounted on both sides on a support disc ( 7 ) which is clamped in the machine housing The lower roller pairs ( 2.2 ) can be pressed onto the lower end curve ( 4.2 ) by means of a screw connection ( 10.1 ) located on the piston rod ( 5 ), where occurs due to an internal tension between the upper pair of rollers ( 2.1 ) and the lower pair of rollers ( 2.2 ), which contributes to a play-free piston movement. Further down in the piston axis, the drive or driven wheel ( 11 ) is mounted, in which a torque rolling element bush ( 8 ) with pressing elements ( 8.1 ) is pressed.
Die Drehmomentübertragung zwischen dem linear hin- und herbewegenden Kolben (1) und Kolbenstange (5), die gleich zeitig durch die auf den Stirnkurven (4.1) und (4.2) sich bewegenden Rollenpaare (2.1) und (2.2) in eine Drehbewe gung gebracht werden und dem An- oder Abtriebsrad (11), erfolgt über Paßfeder (9) und Drehmoment-Rollkörper büchse (8) mit Rollkörpern (8.1) die sich in Führungs rillen (8.2) der Kolbenstange (5) bewegen.The torque transmission between the linearly reciprocating piston ( 1 ) and piston rod ( 5 ), which are simultaneously brought into a rotary motion by the pairs of rollers ( 2.1 ) and ( 2.2 ) moving on the end curves ( 4.1 ) and ( 4.2 ) and the drive or driven wheel ( 11 ), is carried out by key ( 9 ) and torque rolling element bush ( 8 ) with rolling elements ( 8.1 ) which move in guide grooves ( 8.2 ) of the piston rod ( 5 ).
Die Fig. 2 erläutert nur in schematischer Weise die auf tretenden Kräfte die zwischen den Rollenpaaren (2.1) und der Stirnkurve (4.1) entstehen und die Bewegungs richtung der Einzelteile. Das Schema verdeutlicht, daß keine Kolbennormalkraft entsteht. Fig. 2 explains only in a schematic manner the forces occurring between the pairs of rollers ( 2.1 ) and the end curve ( 4.1 ) and the direction of movement of the individual parts. The diagram shows that there is no normal piston force.
In Fig. 3 bis 5 wurde schematisch die Abwicklung der Stirnkurven (4.1) und (4.2) mit der Kolbenführung gezeigt und das für ein Zweitakt-Verfahren in Fig. 3 und 4 sowie für ein Viertakt-Verfahren in Fig. 5. Besonders erwäh nenswert ist noch das Schema in Fig. 4, das ein Zweitakt- Verfahren mit Massenausgleich für die in linearer Be wegung sich befindlichen Elemente, darstellt. Dazu wer den zusätzliche Rollenpaare (2.3) und (2.4), die um 90° im Verhältnis zu den Rollenpaaren (2.1) und (2.2) verdreht sind, eingesetzt. Die konstruktive Lösung dieser Idee ist in Fig. 6 dargestellt. Die zusätzlichen Rollenpaare (2.3) und( 2.4) bewirken beim Abwälzen auf den Stirnkur ven (4.1) und (4.2) eine gegenläufige Bewegung zum Kolben (1), Kolbenstange (5) und den Rollenpaaren (2.1) und (2.2). Fig. 6 stellt eine Einzylinder Kraft- oder Arbeitsmaschine dar, wobei "A" einen Querschnitt, "B" den Kolben (1) im U.T. (Unteren Totenpunkt) und "C" den Kolben (1) im O.T. (Oberen Totenpunkt), wiedergibt. Dabei ist ersichtlich, daß das zusätzliche Rollenpaar (2.3) und (2.4) sowie deren Achsen (3.3) und (3.4) senkrecht zu den Achsen (3.1) und (3.2) liegen und in ineinandergeschobene Gabeln (13.1) und (13.2) befestigt sind. Diese werden durch Schrauben (10.2) gegenseitig verspannt. Da sich diese Gabeln (13.1) und (13.2) gegenläufig zu der Kolbenstange (5) bewegen, sind sie im Kolben (1) in Gleitbahnen (14) geführt. An den Gabeln (13.1) und (13.2) ist ein Gegengewicht (6) zum Massenausgleich der linearen Bewegungsteile angebracht. Das Drehmoment wird über das An- oder Abtriebsrad (11) mittels spielfreien Zahnriemen von oder zu der An-oder Abtriebswelle (15) übertragen.In FIGS. 3 to 5, the processing of the end curves (4.1) and (4.2) has been schematically shown with the piston guide and for a two-stroke cycle in Fig. 3 and 4 and for a four-cycle process in Fig. 5. Particularly erwäh nenswert is still the scheme in Fig. 4, which is a two-stroke method with mass balance for the elements in linear motion Be, represents. For this purpose, the additional roller pairs ( 2.3 ) and ( 2.4 ), which are rotated by 90 ° in relation to the roller pairs ( 2.1 ) and ( 2.2 ), are used. The constructive solution to this idea is shown in FIG. 6. The additional pairs of rollers ( 2.3 ) and ( 2.4 ) cause a counter-movement to the piston ( 1 ), piston rod ( 5 ) and the roller pairs ( 2.1 ) and ( 2.2 ) when rolling on the forehead curves ( 4.1 ) and ( 4.2 ). Fig. 6 shows a single cylinder engine or machine, "A" a cross section, "B" the piston ( 1 ) in the TDC (lower dead center) and "C" the piston ( 1 ) in the TDC (upper dead point) . It can be seen that the additional pair of rollers ( 2.3 ) and ( 2.4 ) and their axes ( 3.3 ) and ( 3.4 ) are perpendicular to the axes ( 3.1 ) and ( 3.2 ) and are fastened in nested forks ( 13.1 ) and ( 13.2 ) . These are mutually braced by screws ( 10.2 ). Since these forks ( 13.1 ) and ( 13.2 ) move in opposite directions to the piston rod ( 5 ), they are guided in slideways ( 14 ) in the piston ( 1 ). A counterweight ( 6 ) is attached to the forks ( 13.1 ) and ( 13.2 ) to balance the mass of the linear moving parts. The torque is transmitted from or to the input or output shaft ( 15 ) via the input or output gear ( 11 ) by means of backlash-free toothed belts.
Die Fig. 7 bis 10 beinhalten Mehrzylinder Kraft- oder Ar beitsmaschinen die sich durch völligen Massenausgleich der linearen und drehenden Bewegungsteile charakterisie ren. FIGS. 7 to 10 include multi-cylinder power or Ar beitsmaschinen extending through complete mass balance of linear and rotating movement components characterization ren.
In Fig. 7 ist eine Vierzylinder Kraft- oder Arbeitsmaschi ne in Kreisanordnung dargestellt, wobei die An- oder Ab triebsräder (11) der Zylindereinheiten mit einem zentra len An- oder Abtriebsrad (12), hier als Stirnrad darge stellt, das zur spielfreien Übertragung des Drehmomentes zweiteilig gestaltet und gegenseitig verspannt ist, zu sammenarbeitet. Dabei müssen die Kolben (1) der gegen überliegenden Zylindereinheiten gleichsinnig lineare, wohingegen die seitlich angrenzenden gegenläufige Bewe gungen ausführen damit ein völliger Massenausgleich erreicht wird.In Fig. 7, a four-cylinder Kraft or Arbeitsmaschi ne is shown in a circular arrangement, the drive or from drive wheels ( 11 ) of the cylinder units with a central drive or output gear ( 12 ), here as a spur gear Darge, which for play-free transmission of the torque is designed in two parts and mutually braced to work together. The pistons ( 1 ) of the opposite cylinder units must be linear in the same direction, whereas the laterally adjacent opposite movements must be carried out so that a complete mass balance is achieved.
Fig. 8 stellt eine Achtzylinder Kraft -oder Arbeitsmaschi ne in Sternanordnung dar. Dabei sind die An- oder Ab triebsräder (11) der einzelnen Zylindereinheiten als Kegelräder ausgebildet, die mit einem zentralen An-oder Abtriebsrad (12), das zur spielfreien Drehmomentübertra gung achsial verschoben werden kann, zusammenarbeiten. Hierbei müssen die Kolben (1) der gegenüberliegenden Zylindereinheiten gegenläufige, lineare Bewegungen aus führen, um einen völligen Massenausgleich zu erreichen. Fig. 8 shows an eight-cylinder power or Arbeitsmaschi ne in a star arrangement. The drive or Ab drive wheels ( 11 ) of the individual cylinder units are designed as bevel gears, with a central drive or driven gear ( 12 ), the transmission for backlash-free torque can be moved axially, work together. Here, the pistons ( 1 ) of the opposing cylinder units must perform opposite, linear movements in order to achieve a complete mass balance.
In Fig. 9 wird eine Kraft- oder Arbeitsmaschine in Boxer anordnung dargestellt. Bei dieser Ausführung werden die beiden Drebmoment-Rollkörperbüchsen (8), der gegeneinan der sich bewegenden Kolbenstangen (5), durch eine Verbin dungsbüchse (16) miteinander gekoppelt. Das Drehmoment wird dann über ein An- oder Abtriebsrad (11), in diesem Falle ein Kegelrad, auf die An- oder Abtriebswelle (15) übertragen. Falls mehrere Zylindereinheiten vorhanden sind, werden sie durch spielfreie Verbindungsräder (17) miteinander verbunden.In Fig. 9, an engine or work machine in boxer arrangement is shown. In this embodiment, the two torque rolling element bushes ( 8 ), against each other of the moving piston rods ( 5 ), are coupled together by a connecting bushing ( 16 ). The torque is then transmitted to the input or output shaft ( 15 ) via an input or output gear ( 11 ), in this case a bevel gear. If there are several cylinder units, they are connected to one another by backlash-free connecting wheels ( 17 ).
Fig. 10 zeigt eine Kraft- oder Arbeitsmaschine in Gegen laufkolbenanordnung, bei welcher die beiden Drehmoment- Rollkörperbüchsen (8) durch spielfreie Verbindungsräder (17) mit der An- oder Abtriebswelle (15), verbunden werden. Fig. 10 shows a power or working machine in a counter-piston arrangement, in which the two torque rolling element bushes ( 8 ) are connected by play-free connecting wheels ( 17 ) to the input or output shaft ( 15 ).
Claims (3)
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DE19924200412 DE4200412A1 (en) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | Piston engine working without crankshaft - has roller and disc drive to convert reciprocating motion to rotary movement. |
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DE19924200412 DE4200412A1 (en) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | Piston engine working without crankshaft - has roller and disc drive to convert reciprocating motion to rotary movement. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4200412A1 true DE4200412A1 (en) | 1993-07-15 |
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ID=6449286
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DE19924200412 Withdrawn DE4200412A1 (en) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | Piston engine working without crankshaft - has roller and disc drive to convert reciprocating motion to rotary movement. |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4200412A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19718575A1 (en) * | 1997-05-04 | 1998-11-05 | Estebanez Eva Garcia | Reciprocating engine with in=line pistons |
CN101813025A (en) * | 2010-03-25 | 2010-08-25 | 北京航空航天大学 | Straight shaft internal combustion engine with two-way guide rails |
-
1992
- 1992-01-10 DE DE19924200412 patent/DE4200412A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19718575A1 (en) * | 1997-05-04 | 1998-11-05 | Estebanez Eva Garcia | Reciprocating engine with in=line pistons |
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