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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Kolbenmaschinen, insbesondere für Brennkraft- maschinen, zum Synchronisieren einer Kolbenbauteilgruppe mit einer Gegengewichtsbauteilgruppe, bei der die Bauteilgruppen mittels mindestens zwei Zahnstangenpaaren, die je mit einem in der
Kolbenmaschine ortsfest gelagerten Ritzel kämmen, gegenläufig verbunden sind.
Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art sind die Zahnstangen gesondert geführt, so dass gleitende Reibung auftritt, wodurch ein beachtlicher Teil der nutzbaren Ausgangsleitung ver- lorengeht und der Gesamtwirkungsgrad der Maschine herabgesetzt wird.
Zweck der Erfindung ist es, die den bekannten Synchronisiervorrichtungen anhaftenden
Mängel zu beheben und dadurch den Gesamtaufbau und den Gesamtwirkungsgrad der mit der- artigen Vorrichtungen ausgerüsteten Kolbenmaschinen zu verbessern.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Zahnstangen der Gegengewichtsbauteilgruppe quer zur Längsrichtung der Bauteilgruppen unmittelbar miteinander starr verbunden und ausschliesslich mittels ihrer Verzahnung von den Ritzeln geführt sind.
Bei einer günstigen Ausführungsform der Erfindung sind die Zahnstangen mittels seitlich der Getriebeteile angeordneter Halteplatten miteinander verbunden. Dadurch heben sich die Kräfte senkrecht zur Hauptbewegungsachse der Synchronisiervorrichtung, die durch die Berührung zwischen den Zähnen der Zahnstangen und der Ritzel hervorgerufen werden, in den Halteplatten vollständig gegenseitig auf.
In zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung bilden die Halteplatten und die Zahnstangen das Gegengewicht der Synchronisiereinrichtung.
In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Freikolbenmaschine mit gegenläufig hin-und hergehender Kolbenanordnung im Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. l, Fig. 3 eine zweite Ausführungsform, Fig. 4 eine Variante mit Gegengewicht, Fig. 5 eine vierte Bauart, Fig. 6 eine erfindungsgemässe Synchronisiervorrichtung in Zusammenhang mit einer Mehrzylindermaschine und Fig. 7 eine Abart hiezu, bei der sich zwischen den synchronisierten Kolben die Verbrennungskammern befinden und am Maschinenende eine gemeinsame Kompressorkammer angeordnet ist.
Die Mechanik der in Fig. 1 gezeigten Synchronisiervorrichtung --76-- ist mit dem vorstehenden Ende --77-- der Kolbenstange --74-- der ersten gegenläufig hin- und hergehend bewegbaren Kolbenanordnung --44-- einer Freikolbenmaschine --21-- verbunden. Die Synchronisiervorrichtung besitzt eine Doppelzahnstange --78--, die an das Ende --77-- der Kolbenstange --74-- mittels eines Befestigungsbolzens --79-- angeschlossen ist, der durch eine zentrale Bohrung in der Doppel- zahnstange --78-- geführt und in das vorstehende Ende --77-- der Kolbenstange --74-- einge- schraubt ist. Zwischen der Doppelzahnstange --78-- und dem vorstehenden Ende --77-- befindet sich ein Pufferelement --80--. Dieses hat mehrere herkömmliche Federn z. B. Tellerfedern, die Rücken an Rücken angeordnet sind.
Das Pufferelement-80-erlaubt eine begrenzte Bewegung der Doppelzahnstange --78-- entlang des Befestigungsbolzens --79-- und in bezug auf das vorstehende Ende --77-- der Kolbenstange --74--. Diese relative Bewegung bezweckt, dass jeder Stoss oder aussergewöhnlich stark auf die Synchronisiervorrichtung --76-- einwirkende Kräfte aufgenommen werden, wie sie z. B. beim Starten der Maschine auftreten können.
Die Zahnstangen --82 und 83-- nach den Fig. 1 und 2 bilden die obere und untere Seite der Doppelzahnstange --78--, wobei ihre Zähne in entgegengesetzte Richtungen weisen, also radial nach aussen von der Längsachse des Befestigungsbolzens --79-- und folglich nach der Kolbenstange --74--. Die Zahnstangen --82 und 83-- können übliche Konstruktion haben und ihre Zähne herkömmliches Profil besitzen. Neben der Doppelzahnstange --78-- sind ein Paar Ritzel --84 und 85-- angeordnet, deren Zähne mit den Zähnen der Zahnstangen-82 und 83-- in Eingriff stehen.
Die Ritzel --84 und 85-- sitzen rotierbar auf Lagern --86-- horizontaler Achsen --87 und 88--.
Die Enden der Achsen --87 und 88-werden von einem Paar paralleler vertikaler Trägerplatten - 89 und 91-- gehalten, die am Gehäusedeckel --38-- der Maschine befestigt sind.
Ein Paar bewegliche Halteplatten --92 und 93 liegen neben und parallel zu den Träger- platten --89 und 91--, ohne diese jedoch zu berühren. Die Halteplatten --92 und 93-sind durch ihre einheitlichen Verlängerungsstücke-95-mit der Stirnseite --94-- des Kompressorkolbens - verbunden, wodurch Halteplatten und Kompressorkolben eine bewegliche Einheit bilden.
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Ein zweites Paar Zahnstangen --96 und 97-- wird vom oberen und unteren Ende der Halte- platten --92 und 93-getragen (Fig. l und 2). Die Zahnstangen --96 und 97-- sind zwischen den Halteplatten --92 und 93-- so angeordnet, dass ihre Zähne mit den Zähnen der Ritzel --84 und 85-- in Eingriff stehen. Dadurch ruft die Bewegung des Kompressorkolbens --52-- und dem- entsprechend auch der Zahnstangen --96 und 97-- in eine Richtung eine Rotation der Ritzel --84 und 85-- hervor. Dadurch wird die Doppelzahnstange --78-- bewegt und dementsprechend auch die Kolbenstange --74-- mit der Kolbenanordnung-44--, u. zw. in entgegengesetzter Richtung.
In andern Worten ausgedrückt, die Zahnstangen --82, 83,96 und 97-- und die Ritzel --84 und
85-- sind so angeordnet, dass, wenn die Zahnstangen --96 und 97-- in eine Richtung bewegt werden, die Zahnstangen --82 und 83-- in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden und um- gekehrt. Die Synchronisiervorrichtung kann verhältnismässig grosse, momentan unterschiedliche
Kräfte, die auf die Kolbenanordnungen --44 und 51-- einwirken, von einer Kolbenanordnung auf die andere mit minimalem Reibungsverlust übertragen.
Dieser minimale Reibungsverlust bei der
Synchronisiervorrichtung beruht auf der besonderen Anordnung ihrer Mechanik, insbesondere auf der Anordnung der Zahnstangen --82, 83,96 und 97-- und der Ritzel --84 und 85--, bei der jeder Gleitkontakt zwischen den beweglichen Zahnstangen und den festen Trägerteilen vermieden werden kann und dementsprechend die Hauptursache für Reibungsverluste bei Synchronisiervorrichtungen, wie sie bisher bei Kolbenmaschinen verwendet wurden, fortfällt. Mit andern Worten, in der Anordnung der Mechanik der erfindungsgemässen Synchronisiervorrichtung heben sich die Normalkomponenten der Kräfte, die durch die Berührung zwischen den Zähnen der Zahnstangen und der Ritzel hervorgerufen werden, gegenseitig vollkommen auf.
Ausserdem werden Reibungsverluste in der Mechanik der Synchronisiervorrichtung weiter vermindert, da die Doppelzahnstangen - und die Zahnstangen --96 und 97-- sich derartig ausrichten, dass sie sich selbst eine Lage zu den Ritzeln --84 und 85-- suchen, in der die dynamischen Kräfte, die durch das Ineinandergreifen der Zähne der Ritzel und der Zahnstangen --82, 83-- und ebenfalls der Zahnstangen --96, 97-- hervorgerufen werden, am geringsten sind.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Synchronisiervorrichtung --76-- sind an Stelle der Verlängerungs- stücke --95-- der Ausführungsform nach Fig. 1 mehrere verhältnismässig dünne Arme --120-- vorgesehen, welche die Halteplatten --92 und 93-- mit der Stirnseite --94-- des Kompressorkolbens --52-- der Maschine --116-- verbinden. Diese Arme --120-- sind in Abständen parallel zur Längsachse der Kolbenstange --74-- angeordnet und durch in der Druckwand --117-- befindliche, in den Zeichnungen nicht dargestellte abgedichtete Öffnungen hindurchgeführt.
In den Fig. 4 und 5 sind ebenfalls Synchronisiervorrichtungen --76-- dargestellt, deren miteinander korrespondierenden Organe mit den gegenläufig hin- und hergehend bewegbaren Gegengewichts-Baugruppen --46, 128 bzw. 46, 52-- unterschiedlich gestalteter Kolbenmaschinen --123, 139--, verbunden sind. In Fig. 4 braucht der Kolben --128--, falls gewünscht, nicht als Kolben zu wirken, sondern kann einfach als Gegengewicht ausgebildet sein und demnach verschiedene Konstruktionsformen annehmen, in denen, beispielsweise, die Gesamtmasse des Gegengewichtes --128-in den äusseren Zahnstangen und den Halteplatten selbst untergebracht wird.
Fig. 6 zeigt eine Synchronisiervorrichtung --206--, die mit den Kolbenanordnungen --188, 192,189, 193-- einer Mehrzylindermaschine --186-- gekoppelt ist. Diese Synchronisiervorrichtung - -206--, die in ihrem Aufbau und in ihrer Arbeitsweise im wesentlichen mit der Vorrichtung --24-nach Fig. 1 übereinstimmt, hat lediglich grösser dimensionierte Einzelteile der Mechanik.
Die Doppel- zahnstange --78-- trägt eine Querstange --205--, an der die Enden der Kolbenstangen --194 und 195-- der Kolben --188 und 192-- der Maschine befestigt sind. Verlängerungsstücke --201 und 202-- der Gegenkolben --189 und 193-- sind Teile einer Halteplatte --93--, von der die Zahnstangen --96 und 97-- so getragen werden, dass die Zähne dieser Zahnstangen in die Zähne der Ritzel --84 und 85-- eingreifen. Die Zähne der Ritzel --84 und 85-- stehen ferner mit den Zähnen der Zahnstangen --82 und 83-- der Doppelzahnstange --78-- in Eingriff.
Die in Fig. 7 gezeigte Synchronisiervorrichtung --211-- ist gleichfalls für die Verwendung in einer Mehrzylinder-Kolbenmaschine --207-- ausgestaltet. Die Doppelzahnstange --78-- ist an der Kolbenstange --226-- befestigt, die über ein Joch --225-- mit den Kolben --208 und 209-verbunden ist. Die Zahnstangen --96 und 97-- der Synchronisiervorrichtung sind mit den Gegen-
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kolben --212 und 213-- der Maschine durch Halteplatten --93-- und zwei Verlängerungsstücke - 228 und 229-verbunden.
Die Doppelzahnstange --78-- der Synchronisiervorrichtung --76-- der Maschine --21-- kann durch einen Zahnstangenstab mit mehr als zwei Zahnstangen ersetzt werden. Dann muss selbstverständlich jede zusätzliche Zahnstange mit einem weiteren Ritzel in Eingriff stehen, das wieder mit einer andern Zahnstange korrespondiert, die von der benachbarten Kolbenanordnung --51-getragen wird. Die Zähne jeder Zahnstange können von der zentralen Längsachse nach aussen gerichtet sein, so dass gleiche Abstände für die Lagerung der Ritzel entstehen. Der Vorteil der Verwendung von mehr als zwei Zahnstangen besteht darin, dass die Synchronisiervorrichtung dann imstande ist, grössere Kräfte zu übertragen und/oder, falls gewünscht, billiger ausgeführt werden kann, d. h., dass für die Synchronisiervorrichtung Material geringerer Qualität verwendet werden kann.
Ferner können in einer andern Ausführungsform der Synchronisiervorrichtung --76-- die Doppelzahnstange --78-- und die Ritzel --84 und 85-- durch oszillierende Getriebeteile ersetzt werden, die mit den Zahnstangen --96 und 97-- zusammenwirken und mit der Kolbenstange --74-verbunden sind. In gleicher Weise können auch die Zahnstangen --96 und 97-- und die Ritzel bei der Synchronisiervorrichtung --76-- durch oszillierende Getriebeteile ersetzt werden, die mit den Zahnstangen --82 und 83-- zusammenwirken und die mit dem Arbeitskolben --52-- der Kolbenmaschine verbunden sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung für Kolbenmaschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen, zum Synchronisieren einer Kolbenbauteilgruppe mit einer Gegengewichtsbauteilgruppe, bei der die Bauteilgruppen mittels mindestens zwei Zahnstangenpaaren, die je mit einem in der Kolbenmaschine ortsfest gelagerten Ritzel kämmen, gegenläufig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstangen (96,97) der Gegengewichtsbauteilgruppe (52,95, 93,96, 97 ; 95,96, 97,128) quer zur Längsrichtung der Bauteilgruppen unmittelbar miteinander starr verbunden und ausschliesslich mittels ihrer Verzahnung von den Ritzeln (84,85) geführt sind.