AT512109B1 - Gegenkolbenmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gegenkolbenmotor mit einem äußeren Kolben (2) und einem inneren Kolben (3), die in einem Zylinder (1) angeordnet und gegenläufig angetrieben sind und einen gemeinsamen Verbrennungsraum (9) begrenzen, wobei der innere Kolben (3) über ein Pleuel (8) die Kurbelwelle (4) antreibt und der äußere Kolben (2) die Kurbelwelle (4) über ein Paar von Zugpleuel (5) antreibt, wobei der äußere Kolben (2) von einer in einem Führungsblock (20) linear geführten Pleuelstange (7) getragen ist, die von einer Brücke (6) abgeht, die in ihren beiden Endbereichen jeweils mit einem Zugpleuel (5) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jedes Zugpleuel (5) ein U-förmig gebogenes Rohrstück, vorzugsweise mit parallel verlaufenden Schenkeln (25), umfasst, das mit seinem U-förmig gekrümmten Bereich (15) einen Teil des Umfanges des von der Brücke (6) getragenen Schwenklagers (16) umfasst und mit seinen Schenkelenden (33) an einem auf der Kurbelwelle (4) angeordneten Zugpleuellager (19) festgelegt, insbesondere verschraubt, ist.

Description

österreichisches Patentamt AT512109B1 2013-06-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Gegenkolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Gegenkolbenmotoren dieser Bauart sind beispielsweise aus der DE 2148138 oder der US 1171854 bekannt, aber komplex aufgebaut; die Reibungsverluste sind beträchtlich und der Wirkungsgrad dieser Motoren und ihre Haltbarkeit sind gering.

[0002] Erfindungsgemäß ist ein Gegenkolbenmotor der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen charakterisiert. Entsprechend ist vorgesehen, dass jedes Zugpleuel ein U-förmig gebogenes Rohrstück, vorzugsweise mit parallel verlaufenden Schenkeln, umfasst, das mit seinem U-förmig gekrümmten Bereich einen Teil des Umfanges des Schwenklagers umfasst und mit seinen Schenkelenden an einem auf der Kurbelwelle angeordneten Zugpleuellager festgelegt, insbesondere verschraubt, ist.

[0003] Der erfindungsgemäße Aufbau des Gegenkolbenmotors erlaubt eine lineare Kolbenbewegung mit optimierter Kraftaufbringung auf die Kurbelwelle über reibungsarme Lagerbauteile. Da Schwing- und Taumelbewegungen weitgehend vermieden werden, sind die Standzeiten erhöht. Ferner ergibt sich ein zugfestes und trotzdem einfach und leicht aufgebautes Zugpleuel.

[0004] Der Aufbau eines Gegenkolbenmotors wird einfach bzw. die Festigkeitseigenschaften werden erhöht, wenn die Pleuelstange mit der Brücke fest verbunden ist oder dass die Brücke und die Pleuelstange in Form eines einstückigen Bauteils ausgebildet sind und/oder wenn der innere Kolben auf einer Pleuelstange festgelegt ist oder der innere Kolben und die Pleuelstange als einstückiger Bauteil ausgebildet sind, wobei die Pleuelstange in einer Führung linear verschiebbar gelagert und an ihrem kolbenfernen Ende mit einer Lagerschleife verbunden ist, die auf die Kurbelwelle aufgesetzt ist.

[0005] Eine optimale Kraftübertragung vom äußeren Kolben auf die Kurbelwelle, wobei Taumelbewegungen vermieden werden, ergibt sich, wenn die beiden Endbereiche der Brücke als Lagerarme ausgebildet sind, die jeweils ein Schwenklager, vorzugsweise ein Schwenknadellager, tragen, dessen, vorzugsweise eine sphärisch gewölbte Innenfläche aufweisender, Außenring von dem kurbelwellenfernen Ende des jeweiligen Zugpleuels getragen ist und/oder wenn die Brücke zwei planparallele Außenflächen besitzt, die parallel zu der von der Zylinderachse und der Achse der Kurbelwelle gebildeten Ebene liegen, und wenn die Brücke mit diesen Außenflächen in einer Nut bzw. Ausnehmung des Führungsblockes mit Führungsflächen und gegebenenfalls mit Rollen geführt ist.

[0006] Schwingungen werden weitgehend vermieden bzw. die Festigkeit wird erhöht, wenn die gegenüberliegenden Schenkel jedes Zugpleuels mit einem Schwingungsdämpfungsbauteil verbunden sind, der außermittig bezüglich des Verlaufes der Achse des Zeugpleuellagers und der Achse des Schwenklagers eines Zugpleuels an den Schenkeln befestigt ist.

[0007] Reibungsverluste zwischen den bewegten Bauteilen werden vermieden, wenn eine Ölleitung von der Pleuelstange des äußeren Kolbens in den Kolbenboden des äußeren Kolbens und von dort zurück in die Pleuelstange und von dieser in den Spalt zwischen den Außenflächen der Brücke und den Führungsflächen des Führungsblockes und/oder zu den Schwenklagern geführt ist.

[0008] Eine lineare Führung der Kolben bzw. des Pleuels und der Pleuelstange und der Brücke werden erreicht, wenn der Führungsblock und die Hauptlager der Kurbelwelle und die Führung zueinander lageinvariant angeordnet bzw. in einem Motorblock gegeneinander lagefest angeordnet sind.

[0009] Ein einfacher Aufbau des Abschlusses des Zylinders bei gleichzeitiger Führung der Kolben ergibt sich, wenn der Führungsblock den äußeren Abschluss des Zylinders auf der dem Verbrennungsraum abgewandten Seite des äußeren Kolbens ausbildet und/oder wenn die Führung den äußeren Abschluss des Zylinders auf der der Kurbelwelle zugewandten Seite des inneren Kolbens ausbildet. 1 /7 österreichisches Patentamt AT512109B1 2013-06-15 [0010] Beim erfindungsgemäßen Gegenkolbenmotor, der nur eine einzige Kurbelwelle antreibt, ist der äußere Kolben über die zu beiden Seiten des Zylinders liegenden Zugpleuel mit der Kurbelwelle verbunden. Die Zugpleuel bzw. die das Zugpleuel bildenden Rohre weisen die erforderliche Zugfestigkeit auf und können mit vorhandenen Materialien leicht und einfach gestaltet werden. Die durch die Kurbelwelle bedingte Taumelbewegung der von der Kurbelwelle getragenen Lager wird von den Rohren der Zugpleuel aufgenommen, ohne deren Festigkeit zu beeinträchtigen. Insbesondere wird durch die Lagerung der U-förmigen Abbiegung der Zugpleuel auf den Armen der Brücke mit Schwenklagern erreicht, dass eine Biegung der Schenkel des Zugpleuels trotz der Taumelbewegung der Zugpleuellager unterbleibt.

[0011] Die Schwenklager für die Zugpleuel sind vorteilhafterweise von Schwenknadellagern gebildet, wobei die Innenfläche der Nabe bzw. des Außenringes einen sphärischen Querschnitt besitzt. Die Schwenklager können über eine Füllnut montiert und bei Montage um 90° verdreht werden.

[0012] Die Brücke weist zwei planparallele Außenflächen auf, die die Brücke in dem Führungsblock führen und zur Abstützung der Seitenkräfte dienen, die durch die Zugpleuel-Schwenkbewegungen verursacht werden; ferner wird ein Taumeln der Brücke um die Zylinderachse, verursacht durch Zugpleuel-Biegeschwingungen und Kurbelwellentorsion, vermieden.

[0013] Das Führungslager für die Brücke kann als Nut im Kurbelgehäuse ausgeführt sein und gleichzeitig auch den unteren Zylinderabschluss bilden. Dieses Führungslager kann als großflächiges Gleitlager ausgebildet sein und mit Schmiernuten versehen sein, in die die Ölleitung einmündet, die auch über den äußeren Kolben geführt sein kann. Alternativ oder zusätzlich sind zur Abstützung der Brücke Rollen, vorzugsweise Nadellagerrollen, vorgesehen, die möglichst weit von der Zylinderachse weg seitlich in Richtung auf die Arme der Brücke nach außen verlegt sind, um so Taumelbewegungen der Brücke besser abstützen zu können.

[0014] [0015] [0016] [0017] [0018]

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gegenkolbenmotor.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gegenkolbenmotors.

Fig. 3 und 4 zeigen schematische Detailschnitte.

Fig. 5 und 6 zeigen schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Gegenkolbenmotors teilweise im Schnitt.

[0019] Ein erfindungsgemäßer Gegenkolbenmotor, so wie dieser in Fig. 1 im Teilschnitt dargestellt ist, umfasst einen äußeren Kolben 2 und einen inneren Kolben 3, die in einem Zylinder 1 angeordnet sind und einen Verbrennungsraum 9 begrenzen. Bei Zündung von im Verbrennungsraum 9 befindlichem Kraftstoff-Luft-Gemisch erfolgt eine gegenläufige Bewegung des inneren Kolbens 3 gegenüber dem äußeren Kolben 2. Der innere Kolben 3 ist fest mit einem Pleuel 8 verbunden, das mit einer Kurbelwelle 4 verbunden ist. Der äußere Kolben 2 ist fest mit einer Pleuelstange 7 verbunden, die mit einer Brücke 6 verbunden ist. Das Pleuel 8 ist in einer Führung 22 bzw. einem Führungslager 22 linear geführt und trägt an seinem kolbenfernen Ende eine Lagerschleife 18, in welcher eine Kröpfung der Kurbelwelle 4 geführt ist. Die Kröpfung der Kurbelwelle 4 kann sich in der Lagerschleife 18 hin- und herbewegen, während die Lagerschleife 18 eine Linearbewegung entsprechend der Bewegung des Pleuels 8 in Richtung der Achse Z des Zylinders 1 vollführt.

[0020] Der äußere Kolben 2 ist fest bzw. starr mit der Pleuelstange 7 verbunden, allenfalls durch eine Schraubverbindung. Die Pleuelstange 7 vollführt eine Linearbewegung längs der Achse Z des Zylinders 1 in einem Führungsblock 20, so wie dieser aus Fig. 2, 4, 5 und 6 schematisch ersichtlich ist. Die Pleuelstange 7 vollführt ihre Linearbewegung ebenfalls längs der Achse Z des Zylinders 1 und bewegt eine Brücke 6, die im Führungsblock 20 hin- und herbewegbar gelagert ist. Im Führungsblock 20 ist, wie in Fig. 4 dargestellt, eine Ausnehmung 23 mit Führungsflächen 30 ausgebildet, in welcher die Brücke 6 allenfalls unter Zuhilfenahme von Führungsrollen 27 gelagert ist. Die Kurbelwelle 4 ist mit Kurbelwellenzapfen 21 in nicht darge- 2/7 österreichisches Patentamt AT512109B1 2013-06-15 stellten Kurbelwellenlagern gelagert. Die Kurbelwellenlager sowie das Führungslager 22 als auch der Führungsblock 20 sind lageinvariant zueinander angeordnet, sodass die Geometrie der Bewegung des äußeren Kolbens 2 und des inneren Kolbens 3 vorgegeben ist. Die Brücke 6, die Pleuelstange 7 sowie der äußere Kolben 2 und der innere Kolben 3 sowie das Pleuel 8 und die Lagerschleife 18 vollführen zueinander parallele, lineare Bewegungen in Bezug auf die Achse Z.

[0021] Die Brücke 6 weist, entsprechend Fig. 1 und 3 beidseits Lagerarme 11 auf, die jeweils ein Schwenklager 16 tragen. Das Schwenklager 16 wird von einem Lagerring bzw. einer Nabe 17 umgeben, der bzw. die mit einem Zugpleuel 5 verbunden ist. Das Zugpleuel 5 umfasst einen Rohrteil, der U-förmig abgebogen ist und zwei Schenkel 25 umfasst, die in einer Abbiegung 15 längs eines Umfangsabschnittes der Nabe 17 um diese herumgebogen sind. Die freien Enden 33 der Schenkel 25 sind in einem Zugpleuellager 19 vorteilhafterweise durch Schrauben 14, festgelegt, das auf der Kurbelwelle 4 aufsitzt.

[0022] Die Schenkel 25 des Zugpleuels 5 verlaufen vorteilhafterweise parallel zueinander. Der Lagerring 17 kann mit der Innenseite der Abbiegung 15 des Zugpleuels 5 durch Schweißen verbunden sein. Die beiden Schenkel 25 des Zugpleuels 5 können außermittig mit einem Bauteil 10 verbunden sein, der als Schwingungsdämpfer und gleichzeitig als Versteifungsbauteil dient.

[0023] Die Brücke 6 weist zwei planparallele Flächen 26 auf, die den Wandflächen 30 der im Führungsblock 20 ausgebildeten Nut 23 gegenüber liegen. Zwischen diesen Flächen wird ein Ölfilm aufrecht erhalten. Dieser Ölfilm ebenso wie die Schmierung der anderen relativ gegeneinander bewegten Bauteile kann dadurch erstellt werden, dass eine Ölzwangsversorgung mit einer Ölleitung 28 erstellt wird, mit der in die Pleuelstange 7 eingebrachtes Öl über diese Pleuelstange dem äußeren Kolben 2 zugeführt wird und im Kolbenboden 29 verteilt wird. Im Kolbenboden 29 zu Kühlzwecken verteiltes Öl wird durch die Pleuelstange 7 rückgeführt und wird in einer in die Außenflächen 26 mündende Ölleitung 28 in den Spalt zwischen den Außenflächen 26 und der Wandfläche 30 abgegeben. Gleichzeitig kann Öl auch durch die Ölleitung 28 den Schwenklagern 16 zugeführt werden, die von den Armen 11 der Brücke 6 getragen sind.

[0024] Eine vergleichbare Ölzufuhr für Schmierungs- und Kühlzwecke kann auch für den inneren Kolben 3 getroffen werden, wobei dem inneren Kolben 3 über sein Pleuel 8 Öl zugeführt, im Kolbenboden verteilt und der Lagerschleife 18 zugeführt wird.

[0025] Bei einer Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum 9 werden die beiden Kolben 2, 3 auseinander gedrückt. Der innere Kolben 3 und der äußere Kolben 2 wirken dabei im Wesentlichen gleichzeitig auf die Kurbelwelle 4; der innere Kolben 3 wirkt über das Pleuel 8 direkt auf die Kurbelwelle, wogegen der äußere Kolben 3 indirekt über das Zugpleuel 5 auf die Kurbelwelle 4 wirkt.

[0026] Die Dicke der Brücke 6 und der Durchmesser der Pleuelstange 7 können gleich groß sein.

[0027] Die Einbaulage des Gegenkolbenmotors kann beliebig gewählt werden, z.B. vertikal, geneigt oder horizontal. 3/7

Claims (9)

1. österreichisches Patentamt AT512109B1 2013-06-15 Patentansprüche 1. Gegenkolbenmotor mit einem äußeren Kolben (2) und einem inneren Kolben (3), die in einem Zylinder (1) angeordnet und gegenläufig angetrieben sind und einen gemeinsamen Verbrennungsraum (9) begrenzen, wobei der innere Kolben (3) über ein Pleuel (8) die Kurbelwelle (4) antreibt und der äußere Kolben (2) die Kurbelwelle (4) über ein Paar von Zugpleuel (5) antreibt, und wobei der äußere Kolben (2) von einer in einem Führungsblock (20) linear geführten Pleuelstange (7) getragen ist, die von einer Brücke (6) abgeht, die in ihren beiden Endbereichen jeweils mit einem Zugpleuel (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zugpleuel (5) ein U-förmig gebogenes Rohrstück, vorzugsweise mit parallel verlaufenden Schenkeln (25), umfasst, das mit seinem U-förmig gekrümmten Bereich (15) einen Teil des Umfanges eines von der Brücke (6) getragenen Schwenklagers (16) umfasst und mit seinen Schenkelenden (33) an einem auf der Kurbelwelle (4) angeordneten Zugpleuellager (19) festgelegt, insbesondere verschraubt, ist.
2. 2. Gegenkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (7) mit der Brücke (6) fest verbunden ist oder dass die Brücke (6) und die Pleuelstange (7) in Form eines einstückigen Bauteils ausgebildet sind.
3. 3. Gegenkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endbereiche der Brücke (6) als Lagerarme (11) ausgebildet sind, die jeweils ein Schwenklager (16), vorzugsweise ein Schwenknadellager, tragen, dessen, vorzugsweise eine sphärisch gewölbte Innenfläche aufweisender, Außenring (17) von dem kurbelwellenfernen Ende des jeweiligen Zugpleuels (5) getragen ist.
4. 4. Gegenkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Schenkel (25) jedes Zugpleuels (5) mit einem Schwingungsdämpfungsbauteil (10) verbunden sind, der die Schenkel (25) jedes Zugpleuels (5) außermittig bezüglich der Achse des Zeugpleuellagers (19) und der Achse des Schwenklagers (16) verbindet.
5. 5. Gegenkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (6) zwei planparallele Außenflächen (26) besitzt, die parallel zu einer von der Zylinderachse (Z) und der Achse der Kurbelwelle bestimmten Ebene liegen, und dass die Brücke (6) mit diesen Außenflächen (26) in einer Nut bzw. Ausnehmung (23) des Führungsblockes (20) mit Führungsflächen (30) und gegebenenfalls mit Rollen (27) geführt ist.
6. 6. Gegenkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ölleitung (28) von der Pleuelstange (7) des äußeren Kolbens (2) in den Kolbenboden (29) des äußeren Kolbens (2) und von dort zurück in die Pleuelstange (7) und/oder von dieser in den Spalt zwischen den Außenflächen (26) der Brücke (6) und den Führungsflächen (30) des Führungsblockes (20) und/oder zu den Schwenklagern (16) geführt ist.
7. 7. Gegenkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kolben (3) auf einem Pleuel (8) festgelegt ist oder der innere Kolben (3) und das Pleuel (8) als einstückiger Bauteil ausgebildet sind, wobei das Pleuel (8) in einer Führung (22) linear verschiebbar gelagert und an seinem kolbenfernen Ende mit einer Lagerschleife (18) verbunden ist, die auf die Kurbelwelle (4) aufgesetzt ist.
8. 8. Gegenkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsblock (20) und die Flauptlager der Kurbelwelle (4) und die Führung (22) zueinander lageinvariant angeordnet bzw. in einem Motorblock gegeneinander lagefest angeordnet sind.
9. 9. Gegenkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsblock (20) den äußeren Abschluss des Zylinders (1) auf der dem Verbrennungsraum (9) abgewandten Seite des äußeren Kolbens (2) ausbildet und/oder dass die Führung (22) den äußeren Abschluss des Zylinders (1) auf der der Kurbelwelle (4) zugewandten Seite des inneren Kolbens (3) ausbildet. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 4/7