DE827441C - Swashplate internal combustion engine - Google Patents

Description

Taumelscheiben-Brennkraftmaschine Für mehrzylindrische Maschinen gibt es drei grundsätzliche Möglichkeiten der Zylinderanordnung: die Reihenanordnung, die Sternanordnung und die Trommelanordnung. Stern- und Trommelanordnung bieten hinsichtlich des Arbeitsverfahrens gewisseVorzüge,da sie cyclischeVorgängezwischen den einzelnen Zylindern ermöglichen, die bei einer Reihenanordnung nicht verwi-rklichbar sind. Für Viertaktmaschinen ist dieser Vorteil gut ausnutz-1>ar bezüglich der Betätigung der Ventile, für die Zweitaktmaschine bieten sich die Vorteile einer Steuerung der Spülvorgänge und der Aufladung durch den jeweils benachbarten Zylinder. Besonders gut eignet sich in dieser Hinsicht der Motor mit axialer Anordnung der Zylinder auf einer Trommel, da bei dieser Bauweise die Steuerkanäle, z. B. für das Zweitaktverfahren, kürzeste Abmessungen bekommen und beim Viertaktverfahren die Unterbringung eines zentralen Schiebersystems zur Steuerung des Arbeitsverfahrens außerordentlich glücklich zu lösen ist. Trotz dieser Vorteile setzt sich der Axialkolbenmotor, der auch erhebliche Gewichtseinsparungen gegenüber anderen Bauweisen verspricht, nicht durch. Die Gründe hierfür sind darf zu suchen, daß der Kurbeltrieb für die axiale Bauweise unerfreuliche Bauelemente aufweist, die dem Fertigungsmann und auch dem Betrieb des Motors Schwierigkeiten bereiten.Swashplate internal combustion engine for multi-cylinder machines there are three basic possibilities of cylinder arrangement: the in-line arrangement, the star arrangement and the drum arrangement. Offer star and drum arrangement certain procedural merits, as there are cyclic processes between enable the individual cylinders, which cannot be confused with an in-line arrangement are. For four-stroke machines, this advantage is very useful in terms of actuation of the valves, for the two-stroke engine there are the advantages of a control of the Flushing processes and charging through the respective adjacent cylinder. Particularly The engine with an axial arrangement of the cylinders is well suited in this regard on a drum, since in this design the control channels, e.g. B. for the two-stroke process, Get the shortest dimensions and with the four-stroke process the accommodation of one central slide system for controlling the work process extremely happy is to be solved. Despite these advantages, the axial piston motor, which is also considerable Promises not to save weight compared to other construction methods. The reasons for this it is allowed to look for the fact that the crank mechanism is unpleasant for the axial construction Has components that the production man and also the operation of the engine difficulties prepare.

Die Taumelscheibe muß nämlich auf einer schiefwinklig gelagerten Achse laufen, die wegen der auf diese wirkenden Kippkräfte einen langen, doppelt gelagerten Hubzapfen erforderlich macht (s. Abb. t). Zur Aufbringung der Taumelscheibe muß die Kurbelwelle zweihälftig ausgeführt werden, wodurch dem Fertigungsmann, der auf genaue Fluchtungen der Achsen zu achten hat, erhebliche Schwierigkeiten entstehen, die durch die in zwei verschiedenen Gehäusehälften gelagerte Welle nicht vermindert werden. Der Verbrennungsdruck erzeugt hohe Axialkräfte, die von der Taumelscheibe zunächst auf die rotierende Welle und von dieser wieder auf den ortsfesten Teil übertragen werden. Diese Ab- stützung der Gaskräfte ist ein weiterer Nachteil dieser Bauweise. Erfindungsgemäß wird nun der Kurbeltrieb so ausgebildet, daß der Hubzapfen zum Fortfall kommt und an seine Stelle die Taumelscheibe selbst tritt, die in einer klemmungsfreien Lagerung sich einerseits kugelig an dem Gehäuse abstützt und andererseits in einem winkelunempfindlichen Lager in der Kurbelwange zur Drehinoinentabgabe gehaltert ist. Die axialen, vom Gasdruck herrührenden Kräfte werden nun über die kugelige Lagerung der Taumelscheibe unmittelbar auf das ortsfeste Gehäuse geleitet und außerdem in einer besonders durchdachten Methode, bei der die Stützung des Drehmomentes mit herangezogen worden ist, so zerlegt, daß die Lagerungen reine Axial- bzw. reine Tangentialkräfte zu übertragen haben, was für die Beherrschung der in den Lagern auftretenden Beanspruchungen von ausschlaggebender Bedeutung ist. Durch diese Methode sind die bisher in den Taumelscheibentrieben auftretenden Schwierigkeiten gebannt.The swash plate must run on an axis that is mounted at an oblique angle, which requires a long, double-mounted crank pin due to the tilting forces acting on it (see Fig. T). To apply the swash plate, the crankshaft has to be made in two halves, which means that the production man, who has to pay attention to the exact alignment of the axes, has considerable difficulties which are not reduced by the shaft mounted in two different housing halves. The combustion pressure generates high axial forces, which are first transferred from the swash plate to the rotating shaft and from there again to the stationary part. This waste gas support of the forces is a further disadvantage of this design. According to the invention, the crank drive is now designed so that the crank pin is eliminated and the swash plate itself takes its place, which on the one hand is supported spherically on the housing in a jam-free bearing and on the other hand is held in an angle-insensitive bearing in the crank arm for the rotation of the turntable. The axial forces resulting from the gas pressure are now passed directly to the stationary housing via the spherical bearing of the swash plate and, in a particularly well thought-out method, in which the torque support is also used, are broken down so that the bearings are purely axial or . have to transmit pure tangential forces, which is of crucial importance for the control of the stresses occurring in the bearings. This method avoids the difficulties previously encountered in the swash plate drives.

Die Bauweise macht es nicht möglich, die Kurbelwelle durch diaMaschinevollständigdurchzufiihren. Es besteht jedoch bisweilen der Wunsch, an dem freien Ende der Kurbelwelle, das infolge der Aufteilung nicht mehr erreichbar ist, Hilfsaggregate, wie z. B. Lichtmaschine, Ölpumpe, Zündverteiler usw., anzubringen. Die Erfindung zeigt nun für diese kräftemäßig untergeordneten Forderungen eine Lösung des Antriebsproblems am freien Wellenende.The design does not make it possible for the machine to run the crankshaft completely. However, there is sometimes a desire, at the free end of the crankshaft, the is no longer accessible as a result of the division, auxiliary units, such. B. alternator, Oil pump, distributor, etc., to be attached. The invention now shows for this in terms of strength subordinate requirements a solution to the drive problem at the free shaft end.

A11. i zeigt einen üblichen Kurbeltriel> für eine Taumelscheibenmaschine. Die Kurbelwelle i wird von der Taumelscheibe 2 durch die Gasdruckkräfte P betätigt. Die axialen Kräfte «erden über Kugellager 3 und 4 vom Rahmen aufgenommen, wo sie die Gegenkräfte PG erzeugen. Die Taumelscheibe erfährt bei Abgabe des Drehmomentes an die Kurbelwelle ein Gegendrehmoment, was über ein Kardangelenk S und einen Hebel 6 an den Rahmen abgegeben wird. Die nicht unerhebliche Ungleichförmigkeit des Kardangelenkes wird von den Konstrukteuren in Kauf genommen.A11. i shows a conventional crank handle for a swash plate machine. The crankshaft i is actuated by the swash plate 2 by the gas pressure forces P. The axial forces «are taken up by the frame via ball bearings 3 and 4, where they generate the opposing forces PG. The swash plate experiences when the torque is delivered a counter torque to the crankshaft, which is via a universal joint S and a lever 6 is delivered to the frame. The not inconsiderable irregularity of the universal joint is accepted by the designers.

A11. 2 zeigt mit Teil 7 die Kurbelwelle, die eine ballige Lagerung 8 für ein Pendellager 9 besitzt, in dem sich dieTaumelscheibe ioabstützt. DieTaumelscheil>e besitzt an ihrem anderen Ende der Achse einen Kugelzapfen i i, der in einer Hohlkugel des Teiles 12 eingepaBt ist. Die Taumelscheibe io und der ortsfeste Teil 12 sind durch die Verzahungen 13 und 14 miteinander verbunden, so daß bei dem L'inlaufen der Kurbelwelle 7 die Taumelscheibe sich gegenüber dem ortsfesten Teil 12 nicht verdrehen kann. Die vorn Gasdruck herrührenden Kräfte P werden, wie durch den gestrichelten Energiefluß ersichtlich, nunmehr v011 der Taumelscheibe unmittelbar auf den ortsfesten Teil übergeleitet. Da das Lager als offene, in einer Richtung belastete Schale ausgebildet ist, wird mit einer Zabnradpumpe i5 aus dem Ölsumpf des \lotors 16 01 in einen Ringraum 17 gepreßt, dessen Druck so Boch anwächst, bis der Kugelkopf r r entgegen der Gasdruckkraft zum Aufschwimmen kommt. Durch diese Methode kann eine hydraulische Entlastung des Lagers erzielt werden, die zur Mutwicklung reiner Flüssigkeitsreibung führt. Kitiernatisch gesehen ist eine Verklemmung des Triebwerkes infolge baulicher 'Ungenauigkeiten nicht möglich. Es können jedoch in der offenen Kugelschale z,##@-ischen i i und 12 seitlich wirkende Kräfte auftreten, die die eben geschilderten Vorzüge der hydraulischen Entlastung zunichte machen. Erfindungsgemäß wird dieses vermieden, indem die Verzahnung so ausgebildet wird, daß sie denselben Wirkungsradius wie der Hubzapfen hat. In der Abbildung ist diese durch die Linie A-A kenntlich gemacht.A11. 2 shows with part 7 the crankshaft, which has a spherical bearing 8 for a self-aligning bearing 9 in which the swash plate is supported. At its other end of the axis, the wobble wedge has a ball pivot ii which is fitted into a hollow ball of part 12. The swash plate io and the stationary part 12 are connected to one another by the teeth 13 and 14, so that when the crankshaft 7 starts running, the swash plate cannot rotate with respect to the stationary part 12. As can be seen from the dashed energy flow, the forces P originating from the gas pressure are now transferred directly from the swash plate to the stationary part. Since the bearing is designed as an open shell loaded in one direction, a Zabnrad pump i5 is used to press from the oil sump of \ lotors 16 01 into an annular space 17, the pressure of which increases until the ball head rr floats against the gas pressure force. With this method a hydraulic relief of the bearing can be achieved, which leads to the development of pure fluid friction. From a kitiernatic point of view, jamming of the engine as a result of structural inaccuracies is not possible. However, laterally acting forces can occur in the open spherical shell z, ## @ - ischen ii and 12, which destroy the advantages of hydraulic relief just described. According to the invention, this is avoided by designing the toothing so that it has the same effective radius as the crank pin. This is indicated in the illustration by the line AA.

Abb.3 zeigt ini Schräghild den jetzt erzielten Effekt. Die resultierende Gasdruckkraft aller Arbeitszylinder ist wieder mit P gezeichnet. Sie wird in voller Größe durch die Gegenkraft PG aufgenommen. Zwischen dieselt beiden Axialkräften wirkt ein Hebelarena, was ein Moment zur Folge hat. Dieses Moment gibt die Taumelscheibe zwischen ihren beiden anderen Fixpunkten wieder ab, und zwar im Hubzapfen und etwa -Mitte Verzahnungseingriff. Liegen diese beiden Punkte auf einer Parallelen zu P und PG, so entstehen ohne Restkräfte die Tangentialkraft FT und die Tangentialgegenkraft 7'7'G in der Verzahnung. Die beiden Kräfte haben den Wirkungsabstand b. Die Kugelschale ist also frei von seitlichen Kräften. Durch die ballige Lagerung der Taumelscheibe einerseits zentral mit der Kugel i i und andererseits exzentrisch mit dem beispielsweise als Pendelkugellager ausgeführten Lager ist, wie oben erläutert, der Wellenzug mit der schiefen Taumelachse in drei Teile zerlegt, der festeli Achse 12 mit der an ihr befestigten Kegelverzahnung 1.4 und dem von ihr bestimmten Mittelpunkt für die Kugel i i der Taumelachse, die zwischen den beiden Kugeln i i und 8 gehalten ist und sich wegen der Kegelverzahnung nicht dreht, sondern nur taumelt, und der Kurbelwelle 7, die die Hohlkugel 8 als Kurbelauge trägt. Ein -Mindestmaß au Lagern ist durch diesen Aufbau entstanden und eine völlige Unempfindlichkeit gegen jegliche fabrikatorische oder einbautechnische Fehler in der Fluchtung der Teile.Fig. 3 shows the effect that has now been achieved in Schräglhild. The resulting Gas pressure force of all working cylinders is again drawn with P. She will be in full Size added by the counterforce PG. Between these two axial forces an arena of leverage acts, which results in a moment. This moment gives the swash plate between its two other fixed points again, namely in the crank pin and about -Middle gear mesh. If these two points are parallel to P and PG, the tangential force FT and the tangential counterforce arise without residual forces 7'7'G in the toothing. The two forces have the effective distance b. The spherical shell is therefore free from lateral forces. Due to the spherical mounting of the swash plate on the one hand centrally with the ball i i and on the other hand eccentrically with the example As explained above, the bearing designed as a self-aligning ball bearing includes the shaft train the inclined wobble axis split into three parts, the fixed axis 12 with the an her attached bevel gearing 1.4 and the center determined by her for the Ball i i of the wobble axis, which is held between the two balls i i and 8 and because of the bevel gearing, it does not rotate, but only wobbles, and the crankshaft 7, which carries the hollow ball 8 as a crank eye. A minimum amount of bearings is through this structure emerged and a complete insensitivity to any fabrication or installation errors in the alignment of the parts.

Abb.4 zeigt, wie in dem beschriebenen System ein Hilfsantrieb, beispielsweise zur Erzeugung des Öldruckes, untergebracht werden kann.Fig.4 shows how in the described system an auxiliary drive, for example for generating the oil pressure, can be accommodated.

In dem ortsfesten Teil 12 ist unter einem Deckel u8, eine Zahnradpumpe i 9 untergebracht, die aus dem Ölsumpf 16 Öl ansaugt. Die `Felle 2o der Zahnradpumpe ist bis in die Hohlkugel durchgeführt, wo sie in einer geschlitzten Kurbel 21 endet, die von einem zentral in der Taumelscheibe io angebrachten Zapfen 22 mitgenommen wird. Der Mitnahmemechanismus kann sich innerhalb des Druckölraumes befinden.In the stationary part 12 is under a cover u8, a gear pump i 9 housed, which sucks 16 oil from the oil sump. The `skins 2o of the gear pump is carried out into the hollow ball, where it ends in a slotted crank 21, from a centrally located in the swash plate io attached tenon 22 is taken. The drive mechanism can be located within the pressure oil chamber are located.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: i. Taumelscheibentrieb für Hubkolbenrnaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe in zwei Stellen, und zwar achsmittig kugelig in einer Pfanne am Gehäuse und exzentrisch in der Kurbelwange in einem ausreichend winkelunempfindlichen Lager, z. B. Pendellager, gelagert ist. PATENT CLAIMS: i. Swash plate drive for reciprocating machines, especially internal combustion engines, characterized in that the swash plate in two places, namely axially spherical in a pan on the housing and eccentrically in the crank arm in a sufficiently angle-insensitive bearing, z. B. self-aligning bearings. 2. Taumelscheibentrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Zentralkugel eine Kurbel zum Antrieb untergeordneter Kräfte angerdnet ist. 2. swash plate drive according to claim i, characterized in that A crank is attached inside the central sphere to drive subordinate forces is. 3. Taumelscheibentrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß unter Mitwirkung einer Drehmomentstütze, z. B. Kegelrad 13, 14, die von den Kolben her wirkenden Kräfte so zerlegt werden, daß die rotierende Welle reine Drehkräfte erhält, während die Axialkräfte unmittelbar über das achsmittig liegende Zentrierelement (z. B. Kugel i i) aufgenommen werden. :3. swash plate drive according to claim i, characterized in that with cooperation a torque arm, e.g. B. bevel gear 13, 14, which act from the piston Forces are decomposed so that the rotating shaft receives pure rotational forces while the axial forces directly via the centering element located in the middle of the axis (e.g. Ball i i) are included. : 4. Taumelscheibentrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel so dimensioniert ist, daß ihr Radius größenmäßig innerhalb des Verzahnungseingriffs-Radius des das Gegendrehmoment ableitenden Kegelradpaares liegt. 4. swash plate drive according to claim i, characterized characterized in that the ball is dimensioned so that its radius is within size the gear meshing radius of the bevel gear pair that derives the counter torque lies. 5. Taumelscheibentrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel durch hydraulische Kräfte zum Aufschwimmen gebracht wird.5. swash plate drive according to claim i, characterized in that the ball is made to float by hydraulic forces.