-
Die Erfindung richtet sich auf einen Hubkolbenmotor mit wenigstens einem Kolben mit periodisch sich änderndem Kolbenhub, einer von dem/den Kolben angetriebenen Arbeitswelle und einer zu der Arbeitswelle parallelen Hilfswelle, wobei eine Welle innerhalb eines Arbeitszyklus mit vier Takten eine einzige Umdrehung ausführt, während die andere Welle im gleichen Zeitraum zwei Umdrehungen ausführt, und wobei an beiden Wellen wenigstens je ein Exzenter angeordnet ist, deren Bewegungen mit einer Kulisse gekoppelt sind, die ihrerseits mit dem Kolben gekoppelt ist, so dass der Kolben am Ende des Verdichtungstaktes einen anderen oberen Totpunkt (OTP1) einnimmt als am Ende des Ausstoßtaktes (OTP2), wobei die Kulisse drei Öffnungen aufweist.
-
Das Patent
DE 10 2004 042 873 B3 offenbart ein Zahnstangengetriebe mit periodisch sich änderndem Zahnstangenhub. Ziel dieses Patentes war es, einen Antrieb für einen 4-Takt-Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem im Auslasstakt (IV. Takt) des Kolbens kein Restvolumen im Verbrennungsraum verbleibt. Das hat den Vorteil, dass im folgenden neuen 1. Takt (Ansaugtakt des Kolbens) ein neues, reines Zündgemisch vorliegt und somit der Wirkungsgrad des Motors immer gleichbleibend hoch ist. Des Weiteren führt der Ausschluss störender Verunreinigungen durch Abgasreste zu einer höheren Lebensdauer des Motors. Es hat sich gezeigt, dass das Zahnstangengetriebe gemäß
DE 10 2004 042 873 B3 in den Umkehrpunkten der Kolbenbewegung unharmonisch läuft, wodurch z.B. schnellere Abnutzungen, insbesondere im Getriebe, verursacht werden können.
-
Die
WO 88 / 01 684 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor mit einem Kolben, der sich innerhalb eines Zylinders hin und her bewegt, so dass sich nach außen gerichtete Arbeitshübe mit nach innen gerichteten Ansaughüben abwechseln. Ein zwischen seinen Enden schwenkbar montierter Kraftübertragungshebel ist an einem Ende mit dem Kolben verbunden, während das andere Ende über eine Pleuelstange mit einer Kröpfung einer Kurbelwelle gekoppelt ist. Die hin und her gehende Bewegung des Kolbens bewirkt eine Drehung der Kurbelwelle infolge einer Kraftübertragung über den Kraftübertragungshebel und die Pleuelstange. Der Kraftübertragungshebel ist an einem Exzenter gelagert, der über ein Getriebe mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben wird, so dass der effektive Drehpunkt des Kraftübertragungshebels hin und her schwingt. Diese Anordnung bewirkt zwar, dass aufeinanderfolgende Auswärtshübe des Kolbens abwechselnd lange und kurze Hübe sind. Jedoch weist der Kraftübertragungshebel nur maximal ein Langloch auf und bildet zusammen mit der Pleuelstange ein Kniegelenk. Aufgrund des Kniegelenks führen - zusätzlich zum Kolben selbst - insgesamt zwei weitere Bauteile hin und her gehende Schwingungsbewegungen auf, nämlich der Kraftübertragungshebel einerseits und die Pleuelstange andererseits. Aufgrund dieser großen Anzahl von Schwingungsquellen ist ein ruhiger Lauf des Motors bei einer solchen Anordnung nicht möglich.
-
Die
US 2 530 715 A offenbart eine modifizierte Ankopplung einer KolbenPleuelstange an eine Kurbelwelle eines Motors. Diese Ankopplung umfasst ein scheibenförmiges Kraftübertragungsglied, das ein erstes Rundloch zur Lagerung des unteren bzw. freien Endes der Kolbenpleuelstange aufweist, ein zweites Rundloch zur Lagerung an einer Kröpfung der Kurbelwelle sowie ein bogenförmig verlaufendes Langloch, worin ein Exzenter einer mit der Kurbelwelle gekoppelten Hilfswelle eingreift. Bei jeder Drehung der Hilfswelle wandert der Exzenter innerhalb des bogenförmigen Langlochs hin und her und beeinflusst damit die Drehstellung des scheibenförmigen Kraftübertragungsgliedes. Die Hilfswelle ist mit der Kurbelwelle über Zahnräder drehfest gekoppelt. Allerdings hat das Zahnrad auf der Hilfswelle den selben Durchmesser und die selbe Zähnezahl wie das Zahnrad auf der Kurbelwelle, so dass beide Wellen mit gleichen Drehzahlen umlaufen, je nach Ausführungsform entweder mit einem gegensinnigen oder einem gleichsinnigen Drehsinn. Diese gleichen oder gegenläufig gleichen Drehzahlen der Kurbel- und Hilfswelle haben zur Folge, dass sich bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle zu einander entsprechenden Zeitpunkten die Hilfswelle stets an der selben Drehposition befindet wie bei der vorangehenden Umdrehung. Es ist daher mit einer derartigen Anordnung nicht möglich, dem Kolben bei zwei aufeinander folgenden Hüben unterschiedliche obere Totpunkte anzubieten.
-
Die
CA 2 622 215 A1 offenbart eine modifizierte Ankopplung einer KolbenPleuelstange an eine Kurbelwelle, die für 2- und 4-Takt-Motoren geeignet ist. Diese Ankopplung erfolgt über einen einarmigen Hebel, der mit einem Ende an dem Kurbelwellengehäuse gelagert ist und mit seinem freien Ende eine dem Kolben folgende Schwingungsbewegung ausführen kann. Dieser einarmige Hebel ist dazu mit einer Lagerung für die Pleuelstange des Kolbens versehen und übernimmt dadurch die Hubbewegung des Kolbens in Form einer oszillierenden Drehschwingbewegung um den festen Lagerpunkt des einarmigen Hebels. Zur Ankopplung an die Kurbelwelle ist der einseitige Hebel mit einem Langloch versehen, welches einen Exzenter oder abgekröpften Bereich der Kurbelwelle aufnimmt und daher der Kurbelwelle eine entsprechend fortlaufende Drehbewegung aufzwingt. Da der einarmige Hebel in einer festen, nicht umlaufenden Lagerstelle gelagert ist, führt er bei jeder Drehschwingbewegung genau die selbe Bewegung aus, so dass es mit dieser Anordnung nicht möglich ist, dem Kolben bei zwei aufeinander folgenden Hüben unterschiedliche obere Totpunkte anzubieten.
-
Aus den oben beschriebenen Unvollkommenheiten des Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, einen Hubkolbenmotor mit periodisch sich änderndem Kolbenhub derart weiterzubilden, dass sich eine möglichst harmonische Ankopplung des/der Kolben an eine Arbeitswelle ergibt, wobei die Schwingungserregung minimiert sein soll.
-
Die Lösung dieses Problems gelingt bei einem gattungsgemäßen Hubkolbenmotor dadurch, dass
- a) zwei Öffnungen der Kulisse jeweils zum Hindurchtritt eines Exzenters an einer der beiden Wellen dienen und eine dritte Öffnung zum Hindurchtritt eines Kolbenbolzens oder -stifts; wobei
- b) eine Öffnung der Kulisse als Rundloch ausgeführt ist und die anderen Öffnungen als Langlöcher; und wobei
- c) die Längsachsen der beiden Langlöcher parallel zu der Längsachse der Kulisse verlaufen.
-
Diese Kulisse ist zusätzliche an einen Kolben gekoppelt, so dass der Kolben am Ende des Verdichtungstaktes einen anderen oberen Totpunkt einnimmt als am Ende des Ausstoßtaktes. Mit dem erfindungsgemäßen System ergeben sich aus kreisförmigen Exzenter-Bewegungen stets harmonische Schwingbewegungen der Kulisse, welche sich von dort auf den Kolben übertragen, so dass in dem erfinduhgsgemäßen Getriebe keine abrupten Bewegungsänderungen auftreten. Eine weitere Variante der Problemlösung kann durch eine Mehrkolbenausführung erreicht werden, wobei mehrere Kulissen mit einem Kulissenhebel (Schwinge) ausgestattet und über eine Kurbelwelle miteinander gekoppelt sind.
-
Dass die Kulisse die Exzenter und/oder den Kolbenbolzen oder -stift umgibt. stellt eine besonders robuste Form der Ankopplung dar. Darüber hinaus werden durch diese Form der Konstruktion unerwünschte Schwingungen und Unwuchten im System reduziert.
-
Für den Hindurchtritt der Exzenter und des Kolbenbolzens oder -stifts ist in der Kulisse je eine Öffnung vorgesehen. Durch diese Zuweisung einzelner Öffnungen wird die mechanische Stabilität der Kulisse erhöht, was sich bei der Vermeidung von Schwingungen ebenfalls positiv bemerkbar macht.
-
Indem wenigstens eine Öffnung der Kulisse als Langloch ausgebildet ist, das den Kolbenbolzen oder -stift umgreift, ist ein ausreichendes Spiel zur auf und ab schwingenden Bewegung des Kolbens gewährleistet. Dabei ist es von Vorteil für den Antrieb des Kolbens, dass die Längsachse eines Langlochs parallel zur Längsachse der Kulisse verläuft.
-
Einer als Rundloch ausgebildeten und damit rotationssymmetrischen Öffnung obliegt es, die Kulisse zu führen, so dass deren Position vorgegeben wird, nicht jedoch deren Drehstellung.
-
Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Arbeitswelle innerhalb einer Ebene verläuft, die von der Hubrichtung des Kolbens lotrecht durchsetzt ist. Durch die lotrechte Durchsetzung kommt es zu einer optimalen Kraftübertragung der Arbeitswelle auf die Kolbenbewegung.
-
Die Kulisse sollte über einen parallel zur Arbeitswelle verlaufenden Stift oder Bolzen mit dem Kolben gekoppelt sein. Dabei könnte es unter Umständen konstruktionstechnisch vorteilhaft sein, dass besagter Bolzen oder Stift durch ein in die Kulisse eingearbeitetes Langloch geführt ist. Dieses Langloch ermöglicht ausreichend Spiel während der mechanischen Bewegung der Kulisse, um ein Auf- und Absenken des Kolbens zu ermöglichen.
-
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass alle Öffnungen zum Hindurchtritt der Exzenter und/oder des Kolbenbolzens oder -stifts auf einer gemeinsamen Linie liegen, insbesondere in oder entlang einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Diese gemeinsame Ebene vereinfacht die Herstellung der Kulisse und sorgt darüber hinaus für besonders übersichtliche Kraftverhältnisse in der Kulisse, ermöglicht aber auch die für das Antriebsschema mit 4 verschiedenen Totpunkten verantwortliche Lagerung der Exzenter.
-
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die Kulisse entlang einer Linie, auf der alle Öffnungen zum Hindurchtritt der Exzenter und/oder des Kolbenbolzens oder -stifts liegen, unterteilt ist in zwei Teile, insbesondere in ein oberes und ein unteres Teil. Die Zweiteilung der Kulisse bietet konstruktionstechnische Vorteile, ist aber auch sehr wichtig für den laufenden Betrieb bzw. für die Wartung und eventuellen Reparatur der Anlage. Die Zweiteilung der Kulisse ermöglicht einen leichteren Aus- und Einbau der verwendeten Maschinenteile.
-
Die beiden Teile, insbesondere das obere und das untere Teil, lassen sich zu einer in sich steifen Kulisse zusammenfügen. Die Steifheit der Kulisse ist wichtig, damit im laufenden Betrieb keine unerwünschten Schwingungen und Unwuchten entstehen. Auch soll es nicht zu Verformungen der Bauteile im Betrieb durch entstehende Wärmebelastung kommen.
-
Die Erfindung lässt sich auf besonders einfachem Weg dadurch realisieren, dass die beiden Teile, nämlich das obere und das untere Teil, mit Schrauben zusammengefügt sind, insbesondere mittels zweier Schrauben, welche sich an je einem Ende der Kulisse befinden und dort durch jeweils eine dafür vorgesehene Ausnehmung hindurchgeführt werden können. Die Verwendung von Schrauben für den Zusammenbau bietet den Vorteil, dass die Kulisse zur Wartung oder Reparatur leicht wieder auseinandergenommen werden kann. Aber auch die Verwendung von Bolzen oder Stiften zur Fixierung ist denkbar. Eine Fixierung jeweils an beiden Enden der Kulisse ermöglicht auch eine Einarbeitung der vorgesehenen Rund- und Langlöcher an jedem beliebigen, gewünschten Ort in der Kulisse.
-
Die Öffnungen zum Hindurchtritt der Exzenter und/oder des Kolbenbolzens oder -stifts sollen in oder parallel zu einer Ebene verlaufen, die von den Ausnehmungen zum Hindurchtritt von Schrauben lotrecht durchsetzt wird. Ein 45°-Winkel der Durchführungen hat den Vorteil, dass es zu einem optimalen Kraftübertrag und optimalen Stabilität der Konstruktion kommt.
-
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass das Rundloch den Exzenter der Arbeitswelle oder den Exzenter der Hilfswelle umgreift. Dabei sind zwei Varianten in der Ausführung denkbar. Einmal kann der Exzenter der Arbeitswelle von dem Rundloch umgriffen werden, bei der zweiten denkbaren Variante kann der Exzenter der Hilfswelle von dem einen Rundloch umgriffen werden. Beide Varianten ermöglichen den durch die Erfindung initiierten Vorteil eine 4-Taktung mit vier verschiedenen Totpunkten, wobei OTP 2 den vollständigen Ausschub aller Verbrennungsgase bedingt. Allerdings ermöglicht die zweite Variante eine Platzersparnis der Konstruktion, da der Durchmesser des Hilfswellenexzenters geringer ist als der Durchmesser des Arbeitswellenexzenters.
-
Die Arbeitswelle soll mit der Hilfswelle drehfest gekoppelt sein, insbesondere über zwei ineinander greifende Zahnräder. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Zahnrad mit normaler Lagerung eine doppelte Zähnezahl aufweist, wie das Zahnrad mit Langloch-Ankopplung. Das Zahnrad mit der höheren Anzahl an Zähnen hat dabei ca. doppelt so großen Durchmesser, wie das Zahnrad mit der geringeren Zähnezahl. Somit kann ein optimaler Kraftübertrag auf die beiden Wellen erreicht werden. Im Betrieb ist es von Vorteil, wenn innerhalb der Taktung die Stellung der Zahnräder nicht bei jedem Takt 180° entspricht.
-
Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Weiterbildung dahingehend, dass mit einer Kulisse mehrere Kolben gekoppelt sind, bspw. zwei durch eine gemeinsame Kolbenstange miteinander verbundene, antiparallel zueinander orientierte Kolben, die an je einem der beiden Enden der Kolbenstange sitzen.
-
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass sich die Arbeitswelle und die Hilfswelle in entgegengesetzten Richtungen drehen, so dass ein damit ausgerüsteter Motor besonders vibrationsarm läuft.
-
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
- 1 einen Kolben eines erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors samt Arbeits- und Hilfswelle und dieselben miteinander koppelnder Kulisse in einer perspektivischen Ansicht;
- 2 die Anordnung aus 1, eingebaut in ein Motorgehäuse samt Zylinder, in der Seitenansicht;
- 3 einen Schnitt durch die 2 entlang der Linie III - III;
- 4 einen Schnitt durch die 2 entlang der Linie IV - IV;
- 5 ein die Arbeitsweise des Kolbens veranschaulichendes Schema mit einer Darstellung der verschiedenen Totpunkte und der verschiedenen Arbeitstakte
- 6 eine der 2 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.
-
Die Kulisse 1 besteht aus zwei Einzelteilen 2a und 2b, die sich genau spiegelbildlich zueinander verhalten. Diese zwei Einzelteile 2a, 2b sind mit ebenen Flächen ausgestattet, die aufeinander gelegt sind und in dieser Position aneinander fixiert sind, vorzugsweise an beiden Enden mit je einer Schraube 3a und 3b. Zu diesem Zweck weisen die Einzelteile 2a, 2b der zweigeteilten Kulisse 1 an beiden Enden jeweils miteinander fluchtende Öffnungen auf, welche die ebene Fügestelle etwa lotrecht durchsetzen und zum Hindurchstecken je einer Schraube 3a, 3b oder entsprechenden Gewindebolzen oder -stiften dienen. Die Schrauben 3a, 3b sind an ihren freien Schaftenden mit Muttern 12 gekontert; Gewindebolzen oder -stifte wären an beiden Schaftenden mit Muttern 12 zu kontern.
-
Die Kulisse weist wie in 1 bereits beschrieben drei Öffnungen 4, 5, 6 auf, wobei die Öffnungen 4 und 6 als Langlöcher ausgeführt sind und die Öffnung 5 ein Rundloch darstellt. Durch das Langloch 4 verläuft der Exzenter der Arbeitswelle 7, während der Exzenter der Hilfswelle 8 das Rundloch 5 durchsetzt. Die beiden Wellen 7, 8 sind mit unterschiedlich positionierten Exzentern ausgestattet, wobei der Exzenter bei der Arbeitswelle 7 eine andere Exzentrizität aufweist als der Exzenter der Hilfswelle 8. Durch das Langloch 6 ist der Bolzen 9 geführt, der den unterseitigen Schlitz in der Kolbenstange 10 durchsetzt.
-
Ein Ende der Kulisse 1 ist an der die hier zylindrische Stange 10 des Kolbens 11 angeschlossen. Im zusammengesetzten Zustand zeigt die Kulisse 1 demnach drei Öffnungen 4, 5, 6, von denen vorzugsweise zwei als Langlöcher 4, 6 ausgebildet sind, während die dritte Öffnung als Rundloch 5 ausgeführt ist. Ein Langloch 4 und das Rundloch 5 dienen als Durchlass der Exzenter der Arbeitswelle 7 einerseits und der Hilfswelle 8 andererseits; durch das Langloch 6 kann ein Bolzen 9 geführt sein, der die Kolbenstange 10 des Kolbens 11 quer durchsetzt. Bevorzugt werden die Öffnungen 4, 5, 6 in der Kulisse 1 erst nach dem Zusammenbau der Einzelteile 2a, 2b eingearbeitet.
-
In 1 kann man ferner erkennen, dass die Exzentrizität der Hilfswelle 8 kleiner ist als die Exzentrizität der Arbeitswelle 7. Bei einer anderen Ausführungsform könnte die Exzentrizität des Exzenters der Arbeitswelle 7 kleiner sein als die Exzentrizität des Hilfswellenexzenters.
-
Eines, vorzugsweise beide Enden der Kulisse 1 verjüngen sich zu dem/den Enden hin.
-
Ferner soll sich die Arbeitswelle 7 doppelt so schnell drehen wie die Hilfswelle 8. Die Zahnräder 13, 14, welche an den beiden Wellen festgelegt sind und ineinander eingreifen, sollten daher in ihrem Durchmesser entsprechend dimensioniert werden. Dementsprechend sollte bei dieser Ausführungsform das Zahnrad der Hilfswelle 8 doppelt so groß sein und doppelt so viele Zähne haben wie das Zahnrad der Arbeitswelle 7. Die beiden Zahnräder 13 und 14, die die beiden Wellen 7, 8 drehfest miteinander koppeln, sind in 1 gestrichelt eingezeichnet. Dabei ist zu erwähnen, dass in dieser Ausführungsform der Durchmesser des Zahnrades 13 der Arbeitswelle 7 nur halb so groß ist wie der Durchmesser des Zahnrades 14 der Hilfswelle. Da die beiden Zahnräder 13, 14 direkt miteinander kämmen, laufen sie in entgegengesetzten Richtungen, wobei sich Zahnrad 13 bspw. im Uhrzeigersinn dreht und das Zahnrad 14 entgegen dem Uhrzeigersinn.
-
Die Kulisse 1 ist von einem bspw. rechteckigen Kulissengehäuse 15 umgeben, auf welches - vorzugsweise im Bereich einer Außenkante - wenigstens ein Zylinder 16 mit einer Verbrennungskammer aufgesetzt ist, die sich nicht über die ganze Breite des Gehäuses 15 erstreckt, sondern bspw. nur etwa über die Hälfte desselben.
-
Die Verbrennungskammer des Zylinders 16 hat vorzugsweise eine zylindrische Gestalt mit einem kreisförmigen Grundriss. Am oberen Ende bzw. Zylinderkopf befinden sich ein Einlassventil 17 und ein Auslassventil 18. Durch das Einlassventil 17 wird das Zündgemisch in die Verbrennungskammer 16 eingesaugt, während durch das Auslassventil 18 nach dem Verbrennungsvorgang die Abgase ausgeschoben werden.
-
Eine - ggf. mit einem weiteren Ventil verschließbare - Überströmöffnung 19 befindet sich in einer Wand zwischen der Brennkammer 16 und dem Kulissengehäuse. Diese Überströmöffnung 19 dient zum Druckausgleich, wenn der Kolben 11 sich auf und ab bewegt. Bei der Aufwärtsbewegung wird durch das Ventil 19 Luft von dem Kulissengehäuse 15 in den Bereich der Brennkammer 16 unterhalb des Kolbens 11 eingelassen, bei der Abwärtsbewegung diese Luft in entgegengesetzter Richtung wieder ausgeschoben.
-
Der Kolben 11 befindet sich gemäß 2 samt Kolbenstange 10 in der Stellung des oberen Totpunktes OTP1 und zeigt deshalb kein verbleibendes Restvolumen in der Brennkammer 16.
-
Die 3 ermöglicht durch den Schnitt entlang der Linie III-III einen Einblick in das Kulissengehäuse 15 und eröffnet somit eine Ansicht auf die Arbeitswelle 7 und die Hilfswelle 8, sowie auf die Anordnung eines die Kolbenstange 10 durchsetzenden Bolzens 9 aus der Draufsicht.
-
Die beiden Zahnräder 13, 14 an der Arbeitswelle 7 einerseits und an der Hilfswelle 8 andererseits können sich außerhalb des Kulissengehäuses 15 befinden und kämmen miteinander, wodurch die beiden Wellen 7, 8 drehfest miteinander gekoppelt sind. Der Durchmesser des Zahnrades 13 der Arbeitswelle 7 entspricht dabei der Hälfte des Durchmessers des Zahnrades 14 der Hilfswelle 8. Die Zahnräder 13, 14 sind dabei konzentrisch auf die Wellen 7, 8 aufgesteckt. Bevorzugt sind die Wellen 7, 8 doppelt abgekröpft, so dass sich in einem Mittelbereich zwischen den beiden miteinander fluchtenden Endbereichen jeweils ein exzentrischer Bereich befindet - ähnlich wie bei einer Kurbelwelle für nur einen einzigen Zylinder. Die beiden jeweils miteinander fluchtenden Enden der Wellen 7, 8 sind in dem Kulissengehäuse 15 gelagert.
-
Die Kulisse 1 verläuft parallel zwischen den beiden Seiten des Kulissengehäuses 15, vorzugsweise in einem etwa mittleren Abstand zu beiden Seiten.
-
5 veranschaulicht die Kolbenbewegung eines 4-Takt-Motors mit der neuartigen Kulissenkonstruktion. Die vier Takte des Motors sind wie üblich unterteilt in Takt I = Ansaugen, Takt II = Verdichten, Takt III = Arbeitstakt bzw. Verbrennung und Takt IV = Auslass.
-
Infolge der vorliegenden Erfindung ist im Vergleich zu einem herkömmlichen 4-Takt-Motor allerdings neu, dass sowohl OTP1 ≠ OTP2 und UTP1 ≠ UTP2.
-
Am Anfang von Takt I befindet sich der Kolben 11 in dem oberen Totpunkt OTP1 und wird zum Ansaugen des Gasgemisches abwärts bis zum unteren Totpunkt UTP1 bewegt.
-
Im folgenden Takt II, dem Verdichten, bewegt sich der Kolben 11 wieder nach oben bis zu einem zweiten, niedrigeren, oberen Totpunkt OTP2, und in dem erwünschten Restvolumen 24 der Brennkammer 16 liegt ein zur Zündung verdichtetes Gasgemisch vor.
-
Im darauffolgenden Takt III, dem Arbeitstakt, wird der Kolben 11 wieder abwärts bewegt, jetzt allerdings bis in die Position UTP2.
-
Im vierten und letzten Takt des Zyklusses wird der Kolben 11 zum vollständigen Ausschub aller Verbrennungsabgase wieder in die anfängliche Position des ersten, „höheren“ oberen Totpunktes OTP1 bewegt. Diese vollständige Entleerung der Verbrennungskammer bis auf OTP1 ist ein entscheidender Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber herkömmlichen 4-Takt-Verbrennungsmotoren. Der Motor befindet sich nach Takt IV also wieder in der ursprünglichen Ausgangsposition.
-
Diese Besonderheit, wonach sich bei dieser Taktung vier verschiedene Totpunkte OTP1, OTP2, UTP1, UTP2 ergeben, ist auf die - unterschiedlichen - Exzentrizitäten der Arbeitswelle 7 und der Hilfswelle 8 zurückzuführen.
-
Die Darstellung in 6 stellt eine abgewandelte Variante der Ausführungsform in 2 dar. Dabei unterscheidet sich die hier gezeigte Darstellungsform im Wesentlichen in der Ausführung der Durchführungslöcher für die beiden verwendeten Wellen, sowie in dem Größenverhältnis der beiden verwendeten Zahnräder.
-
Der Vorteil der hier beschriebenen, zweiten Variante gegenüber der zuvor beschriebenen, ersten Variante liegt im Wesentlichen in der Volumenersparnis, welche die zweite Variante bietet. Diese Platzersparnis ist darauf zurückzuführen, dass das Langloch hier dem Exzenter der Hilfswelle als Durchführung dient, der gegenüber dem Exzenterdurchmesser der Arbeitswelle vorzugsweise mit einem kleiner Durchmesser konstruiert ist.
-
Die Kulisse 1' ist wieder aus zwei länglichen Teilen 2a' und 2b' zusammengesetzt, die an beiden Enden durch jeweils eine Schraube 3a', 3b', Bolzen, Stift od. dgl. miteinander verbunden sind. Die Durchführung für den Exzenter der Arbeitswelle 7' ist in dieser abgewandelten Variante als Rundloch 20 ausgeführt, während die Öffnung für den Exzenter der Hilfswelle 8' als Langloch 21 ausgebildet ist. Die beiden Zahnräder 22, 23 welche die beiden Wellen 7', 8' drehfest miteinander koppeln, sind in ihrem Größenverhältnis vertauscht; d.h., das Zahnrad 22 der Arbeitswelle 7' ist hier ungefähr doppelt so groß wie das Zahnrad 23 der Hilfswelle 8'. Die Drehrichtung der Zahnräder 22, 23 ist wiederum entgegengesetzt, wobei sich das Zahnrad 22 der Arbeitswelle 7' im Uhrzeigersinn bewegt und das Zahnrad 23 der Hilfswelle 8' entgegen den Uhrzeigersinn. Es ist von Vorteil, dass das Zahnrad 22 in dem Rundloch 20 genau die doppelte Anzahl an Zähnen aufweist wie das Zahnrad 23 mit Langloch-Ankopplung 21.
-
Der Durchlass 6' für die Ankopplung des Bolzens 9' der Kolbenstange 10' ist hier genau wie in 2 als Langloch ausgeführt. Diese Art der Durchführung ist wichtig, da sonst eine Auf- und Ab-Bewegung des Kolbens auf Grund mangelnden Spiels in der Durchführung behindert würde.
-
Die ganze Kulisse 1' liegt ist umgeben von einem Kulissengehäuse 15', wobei eine Verbrennungskammer 16' im Bereich einer Seite des Kulissengehäuses 15 aufgesetzt ist. Im oberen Bereich der Verbrennungskammer 16' befinden sich das Einlassventil 17' und das Auslassventil 18'. Eine Überströmöffnung 19' befindet sich in der Zwischenwand zwischen der Verbrennungskammer 16' und dem Kulissengehäuse 15'. Die Funktionsweise der Ventile und der Überströmöffnung ist bereits bei 2 ausführlich beschrieben.
-
Der Kolben 11' samt Stange 10' befindet sich gemäß 6 ebenfalls an der Position des OTP1; daher ist kein Restvolumen erkennbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kulisse
- 2
- Einzelteil
- 3
- Schraube
- 4
- Öffnung
- 5
- Öffnung
- 6
- Öffnung
- 7
- Arbeitswelle
- 8
- Hilfswelle
- 9
- Bolzen
- 10
- Kolbenstange
- 11
- Kolben
- 12
- Mutter
- 13
- Zahnrad
- 14
- Zahnrad
- 15
- Kulissengehäuse
- 16
- Verbrennungskammer
- 17
- Einlassventil
- 18
- Auslassventil
- 19
- Überströmöffnung
- 20
- Rundloch
- 21
- Langloch
- 22
- Zahnrad
- 23
- Zahnrad
- 24
- Restvolumen
