Taumelgetriebe für Kolbenbrennkraftmaschinen Kolbenbrennkraftmaschinen mit Taumelgetrieben sind schon vielfach vorgeschlagen worden, kamen aber bisher nicht in Gebrauch. Die bewegten Massen der Kolben, Pleuel usw. sowie hauptsächlich die mit ihren Lagerelementen in räumlichen Bogenkurven schwingende Taumelscheibe belasteten bei den bishe rigen Anordnungen die Taumellager mit viel zu hohen schädlichen Kräften. Man konnte daher weder eine ausreichend hohe Drehzahl und Leistung noch aus reichende Betriebssicherheit erzielen.
Die Erfindung bezweckt, durch neuartige kon struktive Massnahmen die bei Taumelgetrieben auf tretenden Massenkräfte wesentlich zu vermindern und dadurch die mechanische Beanspruchung der einzel nen Bauteile zu verringern. Hierdurch sollen Taumel getrieben mit wesentlich höheren Drehzahlen laufen können, ohne dass unzulässig hohe Beanspruchungen der Bauteile auftreten.
Die neuen konstruktiven Massnahmen zur Ver ringerung der Massenkräfte sollen es ferner ermög lichen, die Bauteile derart auszubilden, dass die an kritischen Stellen auftretende Maximalbeanspruchung geringer und dadurch die bisher unbefriedigende Le bensdauer erhöht wird. Gleichzeitig soll die Schmie rung verbessert und die Betriebssicherheit erhöht werden.
Um diese Zwecke zu erreichen wird daher beim Taumelgetriebe für Kolbenbrennkraftmaschinen mit umlaufender Schiefscheibe, welche den mit den Fuss- lagern der Pleuel verbundenen Taumelring wenig stens zum Teil mit einem Wälzlager trägt, wobei der Taumelring durch Kegelräder gegen Drehung fest gehalten ist, erfindungsgemäss der Taumelring mit dem Innenlaufring der Taumellagerung verbunden,
und es werden die mit der Schiefscheibe verbundenen Laufringe so ausgebildet, dass die den Innenlaufring mit den Wälzkörpern von aussen umfassend halten.
Es ist dabei vorteilhaft, den Innenlaufring und das abrollende Kegelrad aus einem Stück herzustellen oder mittels Einspannung zwischen Flanschen zu einer Bau einheit zu verbinden.
In Weiterbildung der Erfindung werden die äus- seren Lagerringe bzw. deren Befestigung etwas federnd nachgiebig ausgebildet, damit die Kolbendrücke gleichmässiger auf die Wälzkörper verteilt werden.
Zweckmässigerweise wird das Gehäuse für die äusseren Lagerringe von einem Spannring mit lös barer Schliessverbindung gebildet, wodurch nicht nur die Massenkräfte verkleinert werden, sondern auch die Wälzlager besonders einfach spielfrei zusammen gebaut werden können. Die Schliessverbindung des Spannringes dient bei entsprechender Lage zusätzlich noch zum Auswuchten der Taumellagerung, welche damit für sich vor dem Einbau in den Motor justier- bar wird.
Zwecks Erhöhung der Lebensdauer sollen die Lagerspitzendrücke von Zeit zu Zeit durch andere Stellen der äusseren Laufbahnen aufgenommen wer den. Dies ist durch Versetzen der Befestigungsschrau ben der Aussenlagerringe leicht erreichbar.
Es wurde ermittelt, dass bei bestimmten Werten der Winkel zwischen den Druckrichtungen der Wälz körper und der Symmetrieachse der Taumellagerung sich besonders niedrige Wälzkörperbelastungen und damit eine weitere Steigerung der Lagerlebensdauer erzielen lässt, und zwar sollten die Druckrichtungen der Wälzkörper, welche die Hauptkräfte aufnehmen, einen kleineren Winkel mit der Achse des Taumel lagers einschliessen, als die Druckrichtung der Wälz- körper, welche die Nebenkräfte aufnehmen,
mit der selben Achse einschliessen. Dadurch werden die Kräf te im Mittel aller Belastungsfälle bei verschiedenen Drehzahlen am günstigsten aufgenommen.
Für die im oberen Totpunkt belasteten Wälzkörper tritt eine Kraftzerlegung ein, welche eine Schubkraft in der Ebene des Taumelrings zur Folge hat. Diese wird von den Wälzkörpern im unteren Totpunkt unter denselben Winkeln ebenfalls günstig aufgenommen. Dabei werden die mit höherer Drehzahl rasch an wachsenden Massenkräfte mit den sich im unteren Totpunkt dazu addierenden mässigen Gaskräften un mittelbar in der Druckrichtung der Wälzkörper auf genommen.
Es wurde gefunden, dass der Winkel der Druck richtungen der Wälzkörper, welche die Hauptkräfte aufnehmen, zur Achse der Taumellagerung wenigstens 15 , vorzugsweise 25 , betragen soll. Dagegen sollte der Winkel zwischen den Druckkräften der Wälz- körper, welche die Nebenkräfte aufnehmen, und der selben Achse mindestens 40 , vorzugsweise 65 , be tragen.
Zur weiteren Verminderung der Massenkräfte ist es vorteilhaft, die Pleuellagerzapfen als Kugelschalen auszubilden, welche auf dem Taumelring vorzugs weise durch Impulsschweissen befestigt sind.
Es ist zweckmässig, dass Drucköl durch eine an dem Innenlaufring des Taumellagers federnd anlie genden geschlitzten Ring zuzuführen.
Zur einwandfreien Verteilung des Drucköls auf die einzelnen Lagerstellen ist es günstig, in den Zu führungskanälen des Taumelringes Überdruckventile einzubauen, die dafür sorgen, dass die Fusslager der Pleuel stets mit einem bestimmten Druck geschmiert werden.
Durch diese Anordnung werden mit Taumelmo- toren betriebssicher sehr hohe Drehzahlen und ent sprechend hohe Leistungen erreicht. Da die axiale Zylinderanordnung sehr günstige Aufbau- und Ge wichtsverhältnisse ergibt, ist es nunmehr möglich, bei kleinerem Raumbedarf geringere Leistungsgewichte zu erhalten als bei üblichen Motoren mit Kurbel triebwerk.
Im Nachstehenden wird die Erfindung in Verbin dung mit den Ausführungsbeispiele darstellenden Fi guren beschrieben. Einander entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt: Fig. 1 im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel einer Taumellagerung mit einem einfachen sogenann ten Vierpunktlager, Fig. 2 im Längsschnitt eine Ausführung der Tau mellagerung, bei der die Hauptkräfte von einem Axialrollenlager getragen werden, Fig. 3 im Längsschnitt eine Taumellagerung, bei der die Hauptkräfte von einem ebenen Gleitlager getragen werden,
Fig. 4 die Aufsicht auf den Taumelring eines Sechszylindermotors, Fig. 5 im Längsschnitt eine andere Ausführung der Taumellagerung mit zwei gleichgrossen Lagern, welche durch einen Spannring spielfrei und nachstell- bar zusammengebaut sind, Fig. 6 in Aufsicht einen Aussenlagerring mit zur Schiefscheibe versetzbarer Befestigung, Fig. 7 als Detail ein Überdruckventil,
das die Öl- zufuhr zu den Wälzlagern erst nach Erreichen eines Mindestdruckes freigibt, Fig. 8 im Längsschnitt eine Variante der Ausfüh rung nach Fig. 5 mit einem Vierpunktlager mit Spann ring, Fig. 9 im Längsschnitt eine andere Variante der Ausführung nach Fig. 5 mit Kegelrollenlagern.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung ist der geteilte Aussenring mit der auf der Welle befestigten Schiefscheibe zusammengebaut. Der Taumelring ist mit dem Innenlaufring der Lagerung verbunden, wel cher wegen des gegenüber den Aussenringen kleineren Durchmessers eine wesentlich verringerte Masse be kommt. Diese liegt auch in einem kleineren Abstand von der Drehachse. Es ist also sowohl die Masse verkleinert, als auch deren Schwerpunktabstand ver mindert, was die Lager entsprechend entlastet.
Auf der Welle 1 ist die Nabe 2 der Schiefscheibe 3 mit mehreren versetzten Druckschrauben 4 in An bohrungen 5 fixiert. Die Schiefscheibe 3 trägt die Lagerringe 7 und 8 mit dem Gehäusering 6. Die Schrauben 9 ermöglichen mittels Justierblechen 11 die Einstellung der Fuge 10 und damit eine spielfreie Justierung dieser Taumellagerung. Der Innenteil 15 des Taumelringes 14 ist mit dem Kegelrad 16 durch Presssitz verbunden.
Der Taumelring 14 trägt die als gezogene und gepresste Schalen hergestellten Pleuel- kugelzapfen 17, welche mit Impulsschweissung be festigt sind.
Das Schmier- und Kühlöl wird den Lagern über die Bohrung 18 der Welle 1 zugeführt. Es entweicht durch Öffnungen 19, um eine Anstauung zu ver meiden. Der Innenteil 15 des Taumelringes 14 hat ferner Bohrungen 20 und seitliche Kanäle 21, welche das Öl unter etwa 3 bis 6 atü Druck nach den hohlen Pleuelkugelzapfen 17 leiten. Dieses Drucköl wird über Bohrungen 22 und über einen an den Flanken gleiten den Ring 23 zugeführt. Der Ring 23 ist einem Öl abstreifring ähnlich. Er hat eine Nut mit Schlitzöff nungen.
Der Innenlaufring 13 ist auf dem Innenteil 15 des Taumelringes 14 gegebenenfalls mit zusätzlichen Klebe- oder Schweissverbindungen befestigt.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der die Druck kräfte über ein Rollenlager übertragen werden. Ein Schrägkugellager 6, 12 und 15 sichert den Taumelring 14 gegen radiale und axiale Verschiebung.
Auf der Welle 1 ist die Nabe 2 unter hohem Reib= schlussdruck mittels eines Sprengringes 28, Ringspann elementen 29, einer Abstandshülse 30 und der Ring schraube 31 befestigt. Der Stift 32 fixiert die Lage der Abstandshülse 30 in einer Nut, welche das Öl in die Bohrung 22 zuführt. Die Schiefscheibe 3 trägt einen Gehäusering 6, der gleichzeitig Aussenring des Schräg kugellagers ist. Er ist mittels Schrauben 9 versetzbar befestigt, wie zur Fig. 6 beschrieben.
In der Fuge 10 sind Justierbleche 11 eingelegt. Der Innenteil 15 des Taumelringes 14 hat ausser der Innenlaufbahn für das Schrägkugellager eine Plan fläche 34 für die Axialrollen 35, welche mit einem Käfig 36 geführt sind und die Hauptkräfte auf die Ringscheibe 37 übertragen. Diese ist mit einem kleinen Radialspiel eingelegt, so dass sie im Laufe der Zeit wandert. Dadurch werden die Druckspitzen über ihre Laufflächen verteilt. Das Kegelrad 16 bildet mit dem Innenteil 15 des Taumelringes 14 ein einziges Werk stück. Der Ölring 23 legt sich gegen eine geschliffene Innenfläche von Teil 15 an.
Auf dem Taumelring 14 sind die Gewinderinge 38, die den Pleuelstangenfuss 40 des Pleuels 41 halten, mit Gewindelagerschalen 39 befestigt. Durch die Boh rung 42 wird dem Pleuellager im Kolben 44 Öl zuge führt, wenn diese beim halben Hub über der Bohrung 53 zu liegen kommt. Durch den Dichtungsring 23 wird dabei im hohlen Pleuelzapfen 17 ein Öldruck von etwa 6 atü aufrecht erhalten. Das Ausgleichs gewicht 52 ist an der Schiefscheibe 3 befestigt.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die Haupt kräfte durch ein ebenes Gleitlager 58 übertragen werden, während das Schrägkugellager nur die mäs- sigen radialen Kräfte überträgt. Diese Anordnung eignet sich besonders für hohe Drehzahlen. Die Kugel zapfen 17 im Taumelring 14 sind am Boden der Aus drehungen 56 angeordnet, welche Gewinde 47 für die (nicht dargestellten) Gegenlagerschalen aufweisen. Die Rückseite des Taumelringes 14 dient als Lagerfläche des Gleitlagers 58, welche gegen die Lagerfläche am Ring 6 drückt. Der Innenteil 15 ist mit dem Taumel ring 14 durch Schrauben 60 verbunden.
Das Drucköl für das Gleitlager 58 und die Pleuellager 17 wird durch das in der Bohrung 61 befindliche Rohr 62 zugeführt. Durch die Bohrung 61 läuft das Kühlöl zu den Kugeln 12 des Schrägkugellagers.
Der Taumelring 14 kann aus Titanlegierung oder Leichtmetall mit Lagereigenschaften mit geringer Mas se hergestellt werden, wodurch sich noch bessere Laufeigenschaften des Taumeltriebwerkes erzielen lassen.
Fig. 4 zeigt die Aufsicht auf den gepressten Tau melring 14 eines Sechszylindermotors mit den Pleuel- zapfen 17, den diese umgebenden Aussparungen 56 und die Lage der Befestigungsschrauben 60.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführung um fassen zwei etwa gleich grosse Lagerringe 65 und 66 den Innenlaufring 13 mit den Wälzkörpern 12. Die Lagerringe sind durch die Schrauben 67 an der Schief scheibe 3 befestigt und werden von einem Spannring 68 festgehalten. Dieser wird von den Schrauben 69 zusammengespannt. Die beiden Laufringe 65 und 66 halten dann das Lager völlig spielfrei und erlauben eine ideal einfache Nachstellung. Die Schraube 69 und die für ihren Einbau erforderliche Verdickung 70 des Spannringes 68 dienen gleichzeitig als Gegengewicht. Sie befinden sich an der Stelle der Schiefscheibe, die der Welle am nächsten liegt.
Das Taumelkegelrad 16 kämmt mit dem feststehenden Kegelrad 24, in wel chem ein Wälzlager 25 angeordnet ist. Dieses trägt mit dem Lager 26 die Welle 1.
Der Lagerring 65 ist um ein geringes Mass federnd nachgiebig ausgebildet, so dass sich die Belastung durch die Pleuelstange jeweils auf eine Reihe benach barter Wälzkörper verteilt. Hierdurch wird die Spit zenbelastung der unmittelbar unterhalb des Pleuel- lagers befindlichen Wälzkörper 12 erheblich herab gesetzt, was die Lebensdauer der Lagerung stark er höht.
In der Figur 5 sind ferner die Winkel a, ss und y eingezeichnet. a bezeichnet den Winkel zwischen der Symmetrieachse des Taumelringes und der Wellen achse, ss bezeichnet den Winkel zwischen der Symme trieachse des Taumelringes und den Druckrichtungen der Wälzkörper, welche die Hauptkräfte aufnehmen, -y bezeichnet den Winkel zwischen der Symmetrie achse des Taumelringes und den Druckrichtungen der Wälzkörper, welche die Nebenkräfte aufnehmen.
Fig. 6 zeigt die Aufteilung der Befestigungsschrau ben 67 für den Aussenlagerring 65. Durch Versetzen desselben bei einer Überholung des Motors wird die Höchstdruckzone jeweils an anderen Stellen der Ku gellaufbahn wirksam, wodurch die Lebensdauer dieser Teile der Taumellagerung nochmals erhöht wird.
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch das in Fig. 5 ange deutete Überdruckventil 71. Dieses besteht aus einer U-förmigen Flachfeder 73 in der Langnut 72 mit Ölkanal 21. Ein Ende der U-Feder ist in der Aus buchtung 74 gelagert. Nach Erreichen des eingestell ten Überdruckes öffnet die Feder 73 den Kanal 21 und das Öl gelangt zu den Wälzkörpern 12.
Fig. 8 zeigt eine Variante der in Fig. 5 dargestell ten Taumellagerung, bei der die Druckkräfte über eine Art Vierpunktlager mit verschiedenen Drehrichtungen übertragen werden. Der Lagerring 8 entspricht weit gehend dem Lagerring 65 und hat ebenefalls eine dünnwandige Zone, so dass er in axialer Richtung federnd nachgeben kann. Der Spannring 68 hält die beiden Lagerringe 7 und 8 zusammen. Zwischen 3 und 16 ist eine sehr enge Fuge vorgesehen, um den Leckverlust des Drucköls klein zu halten.
Zwischen dem Kegelrad 16 und dem Taumelring 14 ist der Innenteil 15a des Innenlaufrings 13 einge spannt. Umgekehrt könnte auch das Kegelrad 16 zwischen dem Taumelring 14 und dem Innenteil 15a des Innenlaufrings 13 eingespannt sein.
Bei der Ausführung nach Fig. 9 werden zur Über tragung der Taumellagerkräfte Wälzlager mit Kegel rollen 12 ähnlich wie in Fig. 5 unter verschiedenen Druckrichtungen benutzt.