DE102019004694B9

DE102019004694B9 - Planetengetriebe für Pendelzapfen

Info

Publication number: DE102019004694B9
Application number: DE102019004694.3A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-07-04
Also published as: DE102019004694B3

Abstract

Das Planetengetriebe für Pendelzapfen das zur Umwandlung der Rotationsbewegung der Motorwelle in die Pendelbewegung des einen oder mehreren Zapfen dient, welche auf ihrer Drehachse jeweils in einem Kreisbogen um einen Mittelpunkt pendeln und mithilfe jeweils eines Pleuels einen Hubkolben bewegen. Das Bewegungsprofil des jeweiligen Hubkolbens bezüglich des Drehwinkels der Motorwelle ist durch das geometrische Profil der Planetenzahnräder des Getriebes bestimmt, welches zur Wahl als ein Kreis, eine Ellipse, ein Oval, ein Dreieck mit abgerundeten Ecken, eine Nockenkurve definiert sein darf, wobei zur Wahl ein folgender Arbeitszyklus des Motors erzeugt wird:-1. ein Arbeitszyklus mit einer asymmetrischen Hubbewegung des Kolbens, so dass der Expansionstakt kürzer als der Komprimierungstakt dauert;-2. ein Arbeitszyklus mit einer unteren „Totzeit”, so dass der Hubkolben in einem Phasen Abschnitt des Zyklus in seiner unteren Totlage stehen bleibt;-3. ein Arbeitszyklus mit einer symmetrischen Hubbewegung des Kolbens mit der gleicht Dauer des Expansions- und Komprimierungstaktes.

Description

Der Diesel Abgas Skandal von (VW) hat die Entwicklung der Abgasnachbehandlung Einrichtungen zur Reduzierung der Stickstoffoxid Emissionen verzögert. Diese Abgasnachbehandlung fällt einfacher aus wenn der Motor selber weniger Stickstoffoxide produziert. Ein Otto-Motor benötigt diese Abgasnachbehandlung nicht. Seinen vergleichsweise zum Otto-Motor höheren Wirkungsgrad erzeugt der Diesel-Motor durch einen höheren Komprimierungsgrad und entsprechend höheren Druck und Temperatur in den Verbrennungskammern seiner Zylinder. Unter diesen Bedienungen treten die Luftbestandteile der Stickstoff und der Sauerstoff miteinander in Verbindung: Es werden die Stickstoffoxide gebildet. Durch eine kürzere Einwirkung auf die Luft der hohen Druck und Temperatur kann die Bildung der Stickstoffoxide reduziert werden. Das heißt, der Expansionstakt des Motors soll kürzer dauern als sein Komprimierungstakt damit nach der Zündung des Brennstoffs der Druck und die Temperatur in den Verbrennungskammern möglichst schnell fallen. Mit einer konventionellen Kurbelwelle lässt sich eine solche asymmetrische Hubbewegung des Kolbens nicht erzielen.
Das Bewegungsprofil des Hubkolbens lässt sich mithilfe einer Doppelkurbel flexibel gestalten. Die Doppelkurbel wird aus zwei Kurbeln zusammengebaut und zwar so, dass der Kurbelzapfen der Innenkurbel als eine Drehachse für die Außenkurbel dient, derer Kurbelzapfen mithilfe eines Pleuels für die Hubbewegung des Kolbens bestimmt ist. Die Rotation der beiden Kurbeln der Doppelkurbel wird mithilfe eines Getriebes aufeinander abgestimmt. Einige Beispiele verschiedenen Planetengetrieben zur Verknüpfung der beiden Kurbeln sind in folgenden Patentschriften beschrieben:

- DE 842 292 B - Doppelkurbeltriebwerk,
- DE 10 2005 047 634 A1 - Die Doppelkurbel,
- US 2006/ 0 225 690 A1 - Selective leverage technique and devices,
- DE 10 2009 038 061 B - Planetengetriebe für eine Doppelkurbel,
- DE 10 2015 002 385 A1 - Doppelkurbel-Planetengetriebe für Atkinson-Motor,
- DE 10 2017 003 146 B3 - Ruck-Kurbeltrieb, sowie damit ausgestattetem Verbrennungsmotor,
- DE 10 2017 008 201 A1 - Exzentrisches Planetengetriebe für eine Doppelkurbel,
- DE 10 2017 010 330 A1 - Exzentrisches Doppelkurbel Planetengetriebe für Atkinson-Motor.

Durch die entsprechende Wahl der Planetenzahnräder des Planetengetriebes wird der Hubkolben mithilfe einer Doppelkurbel nach der Zündung des Brennstoffs in seinem oberen Totpunkt (OT) schneller beschleunigt als im unteren Totpunkt (UT), wodurch im Vergleich zur konventionellen Kurbelwelle der Druck und die Temperatur in der Verbrennungskammer schneller fallen, wodurch die Bildung der Stickstoffoxide reduziert wird. Dies beschreibt im Kurzen den Stand der Technik.
Aufgabe der Erfindung ist es den Kurbeltrieb mit Getriebe und einer Doppelkurbel zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand nach Patentanspruch 1 gelöst. Hier wird vorgeschlagen anstatt einer Doppelkurbel mit zwei Kurbelzapfen, die jeweils um eigene Drehachse kreisen, einen Pendelzapfen anzuwenden der auf seiner Drehachse in einem Kreisbogen um einen Mittelpunkt pendelt. Die Pendelbewegung des Pendelzapfens wird mithilfe eines Pleuels auf den Hubkolben übertragen. Die Pendelbewegung des einen oder mehreren Pendelzapfen wird mithilfe eines Planetengetriebes erzeugt. Der Zusammenbau des Planetengetriebes für Pendelzapfen ist auf den bis gezeigt.
Auf der ist ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen mit zwei Pendelzapfen (Z₁, Z₂) dargestellt. Die Motorwelle befindet sich im Koordinatenursprung im Punkt (O). An der Motorwelle ist ein Rahmen (Ra) befestigt, der somit ebenfalls um die Achse (O) rotiert. In einem gleichen Abstand zur Drehachse (O) sind im Rahmen (Ra) die Wellen (O_A, O_C) gelagert. Die Ellipse-Zahnräder (A, C) sind jeweils in einem seinen Brennpunkt an den Wellen (O_A, O_C) befestigt. Ein rundes Zahnrad wird üblicherweise mit seinem Teilkreis dargestellt. Analog sind die Ellipse-Zahnräder (A, C) auf der mit seiner Teilellipse dargestellt. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) umlaufen die Ellipse-Zahnräder (A, C) ein ovales Zahnrad (Ri) (auch Ritzel genannt), das am Motorgehäuse befestigt ist. Die Zahnräder (A, C, Ri) befinden sich hinten dem Rahmen (Ra) und sind als punktierte Linien gezeichnet. Der Abstand vom Brennpunkt (O_A) des Ellipse-Zahnrades (A) bis zum Kontakt mit dem Ritzel (Ri) wird als laufender Radius des Ellipse-Zahnrades (A) genannt und ist mit (r_A) markiert. Der Abstand von der geometrischen Mitte (O) des Ritzels (Ri) bis zum Kontakt mit dem Ellipse-Zahnrad (A) wird als laufender Radius des Ritzels (Ri) genannt und ist mit (r_Ri) markiert. Die laufenden Radius (r_A, r_Ri) sind am ihren Kontaktpunkt als aufeinander treffende Pfeile gezeichnet. Die Summe der laufenden Radius (r_A) und (r_Ri) bleibt während der Rotation des Rahmens (Ra) konstant: r_A + r_Ri = const.
Im Vordergrund vor dem Rahmen (Ra) ist auf der das Ellipse-Zahnrad (B) gezeichnet, das in einem seinen Brennpunkt an der Welle (O_A) befestigt ist. Die Ellipse-Zahnräder (A, B) sind baugleich und sind miteinander durch die Welle (O_A) in ihren Brennpunkten drehfest verbunden. Ein ähnlich drehfestes Paar bilden die Ellipse-Zahnräder (C, D) die miteinander durch die Welle (O_C) in ihren Brennpunkten drehfest verbunden sind. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) umlaufen die Ellipse-Zahnräder (B, D) ein ovales Pendelzahnrad (P) das auf der Achse (O) gelagert ist. Die ovalen Zahnräder (P, Ri) sind baugleich. Der Abstand vom Brennpunkt (O_C) des Ellipse-Zahnrades (D) bis zum Kontakt mit dem Pendelzahnrad (P) wird als laufender Radius des Ellipse-Zahnrades (D) genannt und ist mit (r_D) markiert. Der Abstand von der geometrischen Mitte (O) des Pendelzahnrades (P) bis zum Kontakt mit dem Ellipse-Zahnrad (D) wird als laufender Radius des Pendelzahnrades (P) genannt und ist mit (r_P) markiert. Die laufenden Radius (r_D, r_P) sind am ihren Kontaktpunkt als aufeinander treffende Pfeile gezeichnet. Die Summe der laufenden Radius (r_D) und (r_P) bleibt während der Rotation des Rahmens (Ra) konstant: r_D + r_P = const. Während der gleichmäßigen Rotation des Rahmens (Ra) erfolgen unharmonische Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O). Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) ist durch die Exzentrizität (ε) der Ellipse-Zahnräder (A, B, C, D) bestimmt. Einfachheitshalber sind die Ellipse-Zahnräder (A, B, C, D) baugleich gewählt und haben eine Exzentrizität: ε = 0,488. Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt ±42°. Teilt man die Länge einer Teilellipse durch (n) bekommt man den Durchmesser eines Teilkreises mit der gleichen Kreislänge. Dieser Durchmesser wird als effektiver Durchmesser der Teilellipse genannt. Der effektive Durchmesser der Teilellipse der Ellipse-Zahnräder (A, B, C, D) auf der beträgt: D_A/eff = 60 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Ellipse-Zahnräder (A, B, C, D) jeweils 20 Zähne. Das Ritzel (Ri) sowie das Pendelzahnrad (P) enthalten jeweils die zweifache Zahl = 40 Zähne.
Auf der ist das Pendelzahnrad (P) in seiner Mittellage gezeichnet. Am Pendelzahnrad (P) können ein oder mehrere Pendelzapfen befestigt werden. Auf der sind am Pendelzahnrad (P) symmetrisch zur Drehachse (O) zwei Pendelzapfen (Z_1, Z₂) befestigt. Der Abstand von der Drehachse (O) bis zum einen Pendelzapfen (Z_1, Z₂) bildet den Hebel des Pendelzapfens (Z₁, Z₂) und ist mit (r_Z) markiert. Beide Pendelzapfen (Z₁, Z₂) sind jeweils durch einen Pleuel (Pl₁, Pl₂) mit einem Hubkolben (K₁, K₂) verbunden. Bei einer konventionellen Kurbelwelle überträgt der Kolben in seiner oberen Hublage den Gasdruck auf einen Kurbelzapfen dessen Wirkungshebel gleich Null ist, woher die Begriffe der obere Totpunkt (OT) und der untere Totpunkt (UT) stammen. Im (OT) erzeugt der Hubkolben einen Drehmoment gleich Null obwohl der Gasdruck am größten ist. Auf der wird der Wirkungshebel des Pendelzapfens (Z_1, Z₂) nie gleich Null. Lediglich als analog zur konventionellen Kurbelwelle sind die Grenzlagen des Pendelzapfens (Z_1, Z₂) auf der als (OT) und (UT) bezeichnet. Dieser Unterschied des Pendelzapfens zum konventionellen Kurbelzapfen spricht für ein höheres Drehmoment des Motors mit einem Pendelzapfen im Vergleich zu einem Motor mit einem Kurbelzapfen an einer konventionellen Kurbelwelle.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 10,4° gedreht hat. Die Rotationsrichtung gegen den Uhrzeigersinn wird als positiv angenommen, die Drehung im Uhrzeigersinn wird als negativ bezeichnet. Während der Rotation des Rahmens (Ra) ändert sich das Übersetzungsverhältnis der laufenden Radius (r_A: r_Ri) sowie der laufenden Radius (r_P : r_D) wodurch am Pendelzahnrad (P) unharmonische Winkel-Schwingungen (δ) um die Drehachse (O) entstehen. Auf der ist das Pendelzahnrad (P) von seiner Mittellage um einen Winkel 6 = -32,5° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 24° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden Planetenzahnräder (A, B, C, D) von seiner Mittellage um einen Winkel 6 = -42° gedreht. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre untere Totlage (UT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 47,1° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -32,5° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Komprimierungstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 90° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist zur seinen Mittellage zurückgekehrt. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Komprimierungstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 132,9° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = +32,5° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Komprimierungstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 156° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = +42° gedreht. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre obere Totlage (OT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Komprimierungstakt beendet. Der ist abzulesen, dass zu diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 169,6° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = +32,5° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 180° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist zur seinen Mittellage zurückgekehrt. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Die und die sind einander ähnlich; lediglich die Ellipse-Zahnräder (A, C) sowie (B, D) haben ihre Stellen getauscht, welches wegen Symmetrie des Planetengetriebes für Pendelzapfen unbedeutend ist: Die Planetenzahnrad-Paare (A - B) und (C - D) sind nicht zu unterscheiden.
Die Hubbewegung der Kolben (K₁, K₂) ist auf der bis (einem BoxerMotor ähnlich) horizontal geordnet. Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z_1, Z₂) ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (6) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_Z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) bestimmen das Bewegungsprofil des Hubkolbens (K₁) und sind auf der im Diagramm 1a bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 1a eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = π; bzw. ψ = 180°). Seine untere Totlage (UT) erreicht der Pendelzapfen (Z₁) sowie (Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 24° + N* 180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Ihre obere Totlage (OT) erreichen die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 156° + N* 180°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (UT) bis (OT) dauert: Δψ = 156° - 24° = 132°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (OT) bis (UT) dauert: Δψ = (24° + 1 * 180°) - 156° = 48°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.
Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) ist durch die Exzentrizität (ε) der Ellipse-Zahnräder (A, B, C, D) bestimmt. Die Exzentrizität ε = 0 entspricht einem Kreis, dabei während der Rotation des Rahmens (Ra) ändert sich das Übersetzungsverhältnis der laufenden Radius (r_A: r_Ri) sowie der laufenden Radius (r_P: r_D) nicht, und das Pendelzahnrad (P) bleibt ohne Schwingungen stehen. Destotrotz, mit den runden Planetenzahnrädern (A, B, C, D) lassen sich die Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) ebenfalls erzeugen: Dafür soll die Drehachse der runden Planetenzahnräder um einen Abstand (e) vom geometrischen Kreiszentrum verschoben werden. Diese Option erweitert mögliche Ausführungen des Planetengetriebes für Pendelzapfen, bedeutet jedoch keine Vereinfachung für die Fertigung, weil die Zähne derjenigen runden Planetenzahnräder bezüglich derer verschobenen Drehachsen gefräst werden müssen. Ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen mit runden Planetenzahnrädern (A, B, C, D) mit verschobenen Drehachsen ist auf den bis Im dargestellt.
Auf der sind die runde Planetenzahnräder (A, B, C, D) mit ihren Teilkreisen dargestellt, die Kreiszentren sind als kreuzförmige Punkte gezeichnet. Die Planetenzahnräder (A, B) sind an einer Welle (O_A) drehfest befestigt, die im Rahmen (Ra) gelagert ist. Der Abstand (e) von der Drehachse (O_A) bis zum Kreiszentrum der Zahnräder (A, B) beträgt 13 mm, der Durchmesser des Teilkreises beträgt 66 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Planetenzahnräder (A, B, C, D) jeweils 22 Zähne. Das Ritzel (Ri) sowie das Pendelzahnrad (P) enthalten jeweils die zweifache Zahl = 44 Zähne. Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P)beträgt ±33,9°. Die Planetenzahnräder (C, D) sind an einer Welle (O_C) drehfest befestigt, die im Rahmen (Ra) gelagert ist. Die drehfesten Planetenzahnrad-Paare (A - B) und (C - D) sind nicht zu unterscheiden.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 10,5° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -22,3° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 28,1° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -33,9° gedreht. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre untere Totlage (UT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Planetenzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Bei dem Getriebe von den bis sind die horizontale Schwingungen des Pendelzapfens (Z₁) bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) im Diagramm 1b auf der gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 1b eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = n; bzw. ψ = 180°). Ihre untere Totlage (UT) erreichen die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 28,1° + N* 180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Ihre obere Totlage (OT) erreichen die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 151,9° + N* 180°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (UT) bis (OT) dauert: Δψ = 151,9° - 28,1° = 123,8°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (OT) bis (UT) dauert: Δψ = (28,1° + 1* 180°) - 159,1° = 56,2°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.
Das Planetengetriebe für Pendelzapfen auf den bis enthält vier baugleiche runde Zahnräder mit verschobener Drehachse (A, B, C, D) und zwei baugleiche ovale Zahnräder (Ri, P). Um ein erwünschtes Bewegungsprofil des Hubkolbens zu erzielen dürfen die Verschiebungen der Drehachsen der Zahnräder (A, B, C, D) unterschiedlicher Größe sein, dementsprechend ändert sich das ovale Profil der Zahnräder (Ri, P). Ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen mit runden Planetenzahnrädern (A, B, C, D) mit unterschiedlich verschobenen Drehachsen ist auf der dargestellt. Die Kreiszentren der Zahnräder (A, B, C, D) sind mit kreuzförmigen Punkten markiert. Der Abstand (e_A) von der Drehachse (O_A) bis zum Kreiszentrum des Zahnrades (A) beträgt 10 mm. Das Kreiszentrum des Zahnrades (C) ist von der Drehachse (O_C) um das gleiche Maß 10 mm verschoben. Die Verschiebung der Kreiszentren der Zahnräder (B, D) von Drehachsen (O_A, O_C) beträgt jeweils 16 mm. Der Durchmesser des Teilkreises der Zahnräder (A, B, C, D) beträgt 66 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Planetenzahnräder (A, B, C, D) jeweils 22 Zähne. Das Ritzel (Ri) sowie das Pendelzahnrad (P) enthalten jeweils die zweifache Zahl = 44 Zähne. Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt ±34°. Die drehfesten Planetenzahnrad-Paare (A - B) und (C - D) sind nicht zu unterscheiden.
Auf der sind im Diagramm 1c die horizontale Schwingungen des Pendelzapfens (Z₁) bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) bei dem Getriebe von der gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 1c eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = n; bzw. ψ = 180°). Ihre untere Totlage (UT) erreichen die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 29,7° + N* 180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Ihre obere Totlage (OT) erreichen die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 150,3° + N* 180°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (UT) bis (OT) dauert: Δψ = 150,3° - 29,7° = 120,6°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (OT) bis (UT) dauert: Δψ = (29,7° + 1*180°) - 150,3° = 59,4°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.
Das Planetengetriebe für Pendelzapfen auf den bis enthält vier baugleiche Ellipse-Zahnräder (A, B, C, D) und zwei baugleiche ovale Zahnräder (Ri, P). Für die Vereinfachung der Fertigung können alle diese Zahnräder baugleich gewählt werden. Ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen mit sechs baugleichen ovalen Zahnrädern (A, B, C, D, Ri, P) ist auf den bis dargestellt. Alle ovalen Zahnräder sind mit ihren Teilovalen dargestellt. Teilt man die Länge eines Teilovals durch (π) bekommt man den Durchmesser eines Teilkreises mit der gleichen Kreislänge. Dieser Durchmesser wird als effektiver Durchmesser des Teilovals genannt. Der effektive Durchmesser des Teilovals der ovalen Zahnräder (A, B, C, D, Ri, P) auf den bis beträgt D_A/eff = 90 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten alle sechs ovalen Zahnräder jeweils 30 Zähne. Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt ±40,4°. Die Bezeichnungen auf den bis sind deren auf den bis ähnlich.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Der Maßstab der bis ist für eine bessere Sicht etwas größer gewählt, somit ist der Hubkolben (K₂) auf der aus dem Bild gewandert.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 8,5° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden ovalen Zahnrad-Paare (A - B) und (C - D) von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -26,7° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Der Hubkolben (K₂) ist ins Bild zurückgekehrt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 24,8° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -40,4° gedreht. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre untere Totlage (UT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 54,8° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel 6 = -26,7° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Komprimierungstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 90° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist zur seinen Mittellage zurückgekehrt. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Komprimierungstakt. Der Hubkolben (K₂) ist aus dem Bild gewandert.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 125,2° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = +26,7° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Komprimierungstakt. Der Hubkolben (K₂) ist aus dem Bild gewandert.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 155,2° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = +40,4° gedreht. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre obere Totlage (OT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Komprimierungstakt beendet. Der Hubkolben (K₂) ist aus dem Bild gewandert. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 171,5° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = +26,7° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Der Hubkolben (K₂) ist aus dem Bild gewandert.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 180° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist zur seinen Mittellage zurückgekehrt. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Der Hubkolben (K₂) ist aus dem Bild gewandert. Die und sind einander ähnlich; lediglich die ovalen Zahnräder (A, C) sowie (B, D) haben ihre Stellen getauscht, welches wegen Symmetrie des Planetengetriebes für Pendelzapfen unbedeutend ist: Die Planetenzahnrad-Paare (A - B) und (C - D) sind nicht zu unterscheiden.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z_1, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_Z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 2 bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 2 eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = π; bzw. ψ = 180°). Seine untere Totlage (UT) erreicht der Pendelzapfen (Z₁) sowie (Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 24,8° + N* 180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Ihre obere Totlage (OT) erreichen die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 155,2° + N* 180°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (UT) bis (OT) dauert: Δψ = 155,2° - 24,8° = 130,4°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (OT) bis (UT) dauert: Δψ = (24,8° + 1* 180°) - 155,2° = 49,6°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.
Am einen Pendelzahnrad (P) können mehrere Pendelzapfen befestigt werden. Ein Beispiel ist auf der dargestellt. Auf der sind am Pendelzahnrad (P) im gleichen Abstand (rz) zur Drehachse (O) drei Pendelzapfen (Z_1, Z₂, Z₄) befestigt. Die Schwingungen der drei Pendelzapfen (Z_1, Z₂, Z₃) werden entsprechend mithilfe der drei Pleuel (Pl₁, Pl₂, Pl₃) auf die drei Hubkolben (K₁, K₂, K₃) übertragen.
Bei einem Planetengetriebe für Pendelzapfen entstehen die unharmonische Winkel-Schwingungen (δ) des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O) als Folge der Änderung der laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der rotierenden Planetenzahnräder (A, B, C, D). Die geometrische Form der Planetenzahnräder darf variiert werden. Auf den bis sind die Planetenzahnräder (A, B, C, D) als Ellipsezahnräder gewählt. Auf den bis sind die Planetenzahnräder (A, B, C, D) kreisförmig mit verschobenen Drehachsen gewählt. Auf den bis sind die Planetenzahnräder (A, B, C, D) als ovale Zahnräder gewählt. Auf den bis ist ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen mit dreieckigen Planetenzahnrädern (A, B, C, D) gezeichnet.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Während der gleichmäßigen Rotation des Rahmens (Ra) erfolgen unharmonische Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O). Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt ±22,6°.Die dreieckige Planetenzahnräder (A, B, C, D) sind mit ihren Teilkurven dargestellt. Teilt man die Länge einer Teilkurve durch (n) bekommt man den Durchmesser eines Teilkreises mit der gleichen Kreislänge. Dieser Durchmesser wird als effektiver Durchmesser der Teilkurve genannt. Der effektive Durchmesser der Teilkurve der dreieckigen Planetenzahnräder (A, B, C, D) auf der beträgt: D_A/eff = 108 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die dreieckige Planetenzahnräder (A, B, C, D) jeweils 36 Zähne. Die ovale Zahnräder (Ri, P) sind baugleich, der effektive Durchmesser deren Teilkurve beträgt: D_Ri/eff = 72 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die ovale Zahnräder (Ri, P) jeweils 24 Zähne.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 15,4° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierende dreieckigen Zahnrad-Paare (A - B) und (C - D) von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -16,4° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 33,7° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -22,6° gedreht. Die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) haben ihre untere Totlage (UT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_Z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 3 bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 3 eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = π; bzw. ψ = 180°). Seine untere Totlage (UT) erreicht der Pendelzapfen (Z₁) sowie (Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 33,7° + N* 180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Ihre obere Totlage (OT) erreichen die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 146,3° + N* 180°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (UT) bis (OT) dauert: Δψ = 146,3° - 33,7° = 112,6°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (OT) bis (UT) dauert: Δψ = (33,7° + 1*180°) - 146,3° = 67,4°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.
Auf den bis , den bis , den bis , sowie den bis sind verschiedene Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet die das gleiche Merkmal haben, dass deren drehfeste Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) aus den baugleichen Planetenzahnrädern (A, B) sowie (C, D) zusammengebaut sind. Bei einem Planetengetriebe für Pendelzapfen dürfen die Planetenzahnräder (A, B) sowie (C, D) verschiedener Bauart sein. Auf den bis ist ein Beispiel gezeichnet, wobei die Ellipse-Zahnräder (A, C) mit den ovalen Zahnrädern (B, D) die drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) bilden.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) rollen die Ellipse-Zahnräder (A, C) das ovale Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Die rotierenden ovalen Planetenzahnräder (B, D) bestimmen das viereckige Profil der Teilkurve des Pendelzahnrades (P). Die rotierende drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) bewirken die unharmonische Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O). Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt ±31,7°. Die Exzentrizität der Ellipse-Zahnräder (A, C) auf der beträgt: ε = 0,611. Der effektive Durchmesser der Teilellipse der Zahnräder (A, C) beträgt: D_A/eff = 60 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Ellipse-Zahnräder (A, C) jeweils 20 Zähne. Das ovale Ritzel (Ri) enthält die zweifache Zahl = 40 Zähne. Der effektive Durchmesser der Teilovale der Planetenzahnräder (B, D) auf der beträgt: D_B/eff = 60,5 mm. Bei einem Modul m = 2,75 mm enthalten die ovalen Planetenzahnräder (B, D) jeweils 22 Zähne. Das viereckige Pendelzahnrad (P) enthält die zweifache Zahl = 44 Zähne.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 11,7° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden Zahnrad-Paare (A - B) und (C - D) von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -17,9° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 33,5° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -31,7° gedreht. Die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) haben ihre untere Totlage (UT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_Z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 4 bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 4 eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = π; bzw. ψ = 180°). Seine untere Totlage (UT) erreicht der Pendelzapfen (Z₁) sowie (Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 33,5° + N* 180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Ihre obere Totlage (OT) erreichen die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 146,5° + N* 180°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (UT) bis (OT) dauert: Δψ = 146,5° - 33,5° = 113°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (OT) bis (UT) dauert: Δψ = (33,5° + 1*180°) - 146,5° = 67°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.
Eine Ellipse mit der Exzentrizität ε = 0 heißt Kreis. Auf den bis ist ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet dessen drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) aus runden Planetenzahnrädern (A, C) mit den Ellipse-Zahnrädern (B, D) zusammengebaut sind. Die Anwendung der runden Planetenzahnräder (A, C) bringt den Vorteil mit, dass während der gleichmäßigen Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) die drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) ebenfalls gleichmäßig rotieren; womit die kinetische Energie gespeichert wird, die für die Schwingungen des Pendelzahnrades (P) und anschließend für die Hubbewegung der Kolben (K₁, K₂) gebraucht wird. In dieser Ausführung des Planetengetriebes für Pendelzapfen benötigt der Motor ein kleineres Schwungrad.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) rollen die runden Planetenzahnräder (A, C) das runde Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Die rotierende Ellipse-Zahnräder (B, D) bestimmen das ovale Profil der Teilkurve des Pendelzahnrades (P). Die rotierende drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) bewirken die unharmonische Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O). Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt t25,5°. Die Exzentrizität der Ellipse-Zahnräder (B, D) auf der beträgt: ε = 0,541. Der Durchmesser des Teilkreises der Zahnräder (A, C) beträgt: D_A = 60 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Planetenzahnräder (A, C) jeweils 20 Zähne. Das runde Ritzel (Ri) enthält die zweifache Zahl = 40 Zähne. Der effektive Durchmesser der Teilellipse der Planetenzahnräder (B, D) auf der beträgt: D_B/eff = 60 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Ellipse-Zahnräder (B, D) jeweils 20 Zähne. Das ovale Pendelzahnrad (P) enthält die zweifache Zahl = 40 Zähne.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 12,5° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden Zahnrad-Paare (A - B) und (C - D) von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -16,7° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 32,5° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -25,5° gedreht. Die Pendelzapfen (Z_1, Z₂) haben ihre untere Totlage (UT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_Z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 5a bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 5a eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = π; bzw. ψ = 180°). Seine untere Totlage (UT) erreicht der Pendelzapfen (Z₁) sowie (Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 32,5° + N* 180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Ihre obere Totlage (OT) erreichen die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 147,5° + N* 180°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (UT) bis (OT) dauert: Δψ = 147,5° - 32,5° = 115°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (OT) bis (UT) dauert: Δψ = (32,5° + 1*180°) - 147,5° = 65°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.
Die runden Planetenzahnräder (A, C) dürfen mit Zahnrädern (B, D) verschiedener Bauart zu drehfesten Zahnrad-Paare (A - B), (C - D) zusammengebaut werden. Auf der ist ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet dessen Zahnrad-Paare (A - B), (C - D) jeweils aus einem runden Zahnrad (A, C) und einem runden Zahnrad mit verschobener Drehachse (B, D) bestehen. Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) rollen die runden Planetenzahnräder (A, C) das runde Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Die rotierende Planetenzahnräder (B, D) bestimmen das ovale Profil der Teilkurve des Pendelzahnrades (P). Die rotierende drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) bewirken die unharmonische Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O). Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt ±27,1°. Der Durchmesser des Teilkreises der Zahnräder (A, C) beträgt: D_A = 60 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Planetenzahnräder (A, C) jeweils 20 Zähne. Das runde Ritzel (Ri) enthält die zweifache Zahl = 40 Zähne. Der Durchmesser des Teilkreises der runden Zahnräder mit verschobenen Drehachsen (B, D) beträgt: D_B = 60 mm. Der Abstand (e) vom geometrischen Zentrum der Zahnräder (B, D) bis zur dessen Drehachse beträgt 18 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Planetenzahnräder (B, D) jeweils 20 Zähne. Das ovale Pendelzahnrad (P) enthält die zweifache Zahl = 40 Zähne.
Auf der sind im Diagramm 5b die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) für das Planetengetriebe für Pendelzapfen von der gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 5b eine harmonische Kurve (-sinψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = n; bzw. ψ = 180°). Seine untere Totlage (UT) erreicht der Pendelzapfen (Z₁) sowie (Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ= 37,5° + N* 180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Ihre obere Totlage (OT) erreichen die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 142,5° + N* 180°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (UT) bis (OT) dauert: Δψ = 142,5° - 37,5° = 105°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (OT) bis (UT) dauert: Δψ = (37,5° + 1*180°) - 142,5° = 75°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.
Gemäß dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] soll der Expansionstakt des Motors kürzer als sein Komprimierungstakt dauern. Dafür wird der Hubkolben mithilfe des Planetengetriebes für Pendelzapfen zu Beginn des Expansionstaktes schneller beschleunigt und am Ende des Taktes schneller verzögert, als bei einer konventionellen Kurbelwelle. Infolgedessen am Pleuel größere Trägheitskräfte entstehen im Vergleich zu einem harmonischen Bewegungsprofil des Hubkolbens. Beispielsweise für einen Otto-Motor ist das harmonische Bewegungsprofil des Hubkolbens von Vorteil. Durch die entsprechende Wahl der Planetenzahnräder lassen sich mithilfe des Planetengetriebes für Pendelzapfen die harmonische Schwingungen des einen oder mehreren Pendelzapfen erzeugen. Der Vorteil gegenüber einer konventionellen Kurbelwelle besteht darin, dass laut dem Absatz [0006] der Motor mit einem Pendelzapfen ein höheres Drehmoment vorweist, als der Motor mit einem Kurbelzapfen.
Auf den bis ist ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet dessen drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) jeweils aus einem runden Planetenzahnrad (A, C) mit einem ovalen Zahnrad (B, D) zusammengebaut sind. Das ovale Profil der Teilkurve des Pendelzahnrades (P) ist durch die rotierenden ovalen Planetenzahnräder (B, D) bestimmt. Am Pendelzahnrad (P) sind symmetrisch zur Drehachse (O) zwei Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befestigt, die in einem Kreisbogen harmonisch um ihre Mittellage schwingen. Die harmonische Schwingungen der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) ermöglichen jeden Pendelzapfen jeweils mithilfe zweier Pleuels mit zwei Hubkolben zu verbinden: Es werden mit einem Pendelzahnrad (P) insgesamt vier Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) bewegt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Die Hubkolben (K₃, K₄) befinden sich im Komprimierungstakt. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) rollen die runden Planetenzahnräder (A, C) das runde Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Die Zahnräder (A, C, Ri) sind baugleich, deren Teilkreis einen Durchmesser (D_A) 100 mm hat. Bei einem Modul m = 2,5 mm enthalten die Zahnräder (A, C, Ri) jeweils 40 Zähne. Die rotierende drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) bewirken die harmonische Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O). Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt ±10,7°. Obwohl das geometrische Profil des Pendelzahnrades (P) sich vom Profil der Planetenzahnräder (B, D) unterscheidet, haben deren Teilovale die gleiche Länge. Der effektive Durchmesser der Teilovale der Zahnräder (B, D, P) auf der beträgt: D_B/eff = 102 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Zahnräder (B, D, P) jeweils 34 Zähne.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 20° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden Zahnrad-Paare (A - B) und (C - D) von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -6,8° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Die Hubkolben (K₃, K₄) befinden sich im Komprimierungstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 45° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -10,7° gedreht Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre untere Totlage (UT) bzw. ihre obere Totlage (OT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Bei den Hubkolben (K₃, K₄) ist der Komprimierungstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 6 bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 6 eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist und von der Pendelkurve (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) vollständig verdeckt ist. Für eine bessere Sicht ist im Diagramm 6 die harmonische Kurve (-sin2ψ) zusätzlich mit leeren runden Punkten markiert. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = π; bzw. ψ = 180°). Der Expansions- sowie Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) haben die gleiche Dauer Δψ = 90°, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0052] entspricht.
Bei einem Hubkolbenmotor wird der Gaswechsel meistens mithilfe der Ein- und Auslassventile gesteuert. Die Hubbewegung der Steuerventile wird üblicherweise mithilfe einer Nockenwelle erzeugt. Das geometrische Profil eines Nockens unterliegt alleine der Erzeugung des erwünschten Bewegungsprofils jeweils des Ein- oder Auslassventils. Nach diesem Vorbild dürfen bei einem Planetengetriebe für Pendelzapfen die Planetenzahnräder mit einer Nocken-Teilkurve verbaut werden. Das geometrische Profil eines Nocken-Zahnrades unterliegt alleine der Erzeugung des erwünschten Bewegungsprofils des Pendelzapfens. Ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen mit Nocken-Zahnrädern ist auf den bis gezeichnet. Die drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) sind jeweils aus einem runden Planetenzahnrad (A, C) und einem Nocken-Zahnrad (B, D) zusammengebaut. Das ovale Profil der Teilkurve des Pendelzahnrades (P) ist durch die rotierende Nocken-Zahnräder (B, D) bestimmt. Am Pendelzahnrad (P) sind symmetrisch zur Drehachse (O) zwei Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befestigt, die in einem Kreisbogen harmonisch um ihre Mittellage schwingen. Die harmonische Schwingungen der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) ermöglichen jeden Pendelzapfen jeweils mithilfe zweier Pleuels mit zwei Hubkolben zu verbinden: Es werden mit einem Pendelzahnrad (P) insgesamt vier Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) bewegt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Die Hubkolben (K₃, K₄) befinden sich im Komprimierungstakt. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) rollen die runden Planetenzahnräder (A, C) das runde Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Der Durchmesser des Teilkreises der runden Planetenzahnräder (A, C) beträgt: D_A = 66 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Zahnräder (A, C) jeweils 22 Zähne. Das runde Ritzel (Ri) enthält die zweifache Zahl = 44 Zähne. Die rotierende drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) bewirken die harmonische Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O). Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt ±17,5°. Die Nocken-Zahnräder (B, D) sind mit ihren Teilkurven dargestellt. Teilt man die Länge einer Nocken-Teilkurve durch (n) bekommt man den Durchmesser eines Teilkreises mit der gleichen Kreislänge. Dieser Durchmesser wird als effektiver Durchmesser der Nocken-Teilkurve genannt. Der effektive Durchmesser der Nocken-Teilkurve der Planetenzahnräder (B, D) auf der beträgt: D_B/eff = 66,5 mm. Bei einem Modul m = 3,5 mm enthalten die Nocken-Zahnräder (B, D) jeweils 19 Zähne. Das ovale Pendelzahnrad (P) enthält die zweifache Zahl = 38 Zähne.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 20o gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden Zahnrad-Paare (A - B) und (C - D) von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -11,1° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Die Hubkolben (K₃, K₄) befinden sich im Komprimierungstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 45° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel 6 = -17,5° gedreht. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre untere Untere Totlage (UT) bzw. ihre obere Totlage (OT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Bei den Hubkolben (K₃, K₄) ist der Komprimierungstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (rz) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_Z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 7 bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 7 eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist und von der Pendelkurve (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) vollständig verdeckt ist. Für eine bessere Sicht ist im Diagramm 7 die harmonische Kurve (-sin2ψ) zusätzlich mit leeren runden Punkten markiert. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = π; bzw. ψ = 180°). Der Expansions- sowie Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) haben die gleiche Dauer Δψ = 90°, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0052] entspricht.
Bei einem Planetengetriebe für Pendelzapfen dürfen die drehfesten Zahnrad-Paare (A - B), (C - D) aus Zahnrädern verschiedener Art zusammengebaut werden. Auf den Abbildungen bis ist ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet dessen drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) jeweils aus einem Ellipse-Zahnrad (A, C) mit einem Nocken-Zahnrad (B, D) zusammengebaut sind. Das ovale Profil der Teilkurve des Pendelzahnrades (P) ist durch die rotierende Nocken-Zahnräder (B, D) bestimmt. Am Pendelzahnrad (P) sind symmetrisch zur Drehachse (O) zwei Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befestigt, die in einem Kreisbogen harmonisch um ihre Mittellage schwingen. Die harmonische Schwingungen der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) ermöglichen jeden Pendelzapfen jeweils mithilfe zweier Pleuels mit zwei Hubkolben zu verbinden: Es werden mit einem Pendelzahnrad (P) insgesamt vier Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) bewegt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Die Hubkolben (K₃, K₄) befinden sich im Komprimierungstakt. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) rollen die Ellipse-Zahnräder (A, C) das ovale Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Der effektive Durchmesser der Teilellipse der Planetenzahnräder (A, C) beträgt: D_A/eff = 77 mm. Bei einem Modul m = 3,5 mm enthalten die Ellipse-Zahnräder (A, C) jeweils 22 Zähne. Das ovale Ritzel (Ri) enthält die zweifache Zahl = 44 Zähne. Die rotierende drehfesten Zahnrad-Paare (A - B) sowie (C - D) bewirken die harmonische Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O). Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) beträgt ±14,1°. Die Nocken-Zahnräder (B, D) sind mit ihren Teilkurven dargestellt. Der effektive Durchmesser der Nocken-Teilkurven der Planetenzahnräder (B, D) auf der beträgt: D_B/eff = 77,5 mm. Bei einem Modul m = 2,5 mm enthalten die Nocken-Zahnräder (B, D) jeweils 31 Zähne. Das ovale Pendelzahnrad (P) enthält die zweifache Zahl = 62 Zähne.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 20° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden Zahnrad-Paare (A - B) und (C - D) von seiner Mittellage um einen Winkel 6 = -8,7° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Die Hubkolben (K₃, K₄) befinden sich im Komprimierungstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 45° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -14,1° gedreht. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre untere Totlage (UT) bzw. ihre obere Totlage (OT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Bei den Hubkolben (K₃, K₄) ist der Komprimierungstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 8a bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 8a eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist und von der Pendelkurve (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) vollständig verdeckt ist. Für eine bessere Sicht ist im Diagramm 8a die harmonische Kurve (-sin2ψ) zusätzlich mit leeren runden Punkten markiert. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = n; bzw. ψ= 180°). Der Expansions- sowie Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) haben die gleiche Dauer Δψ = 90°, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0052] entspricht.
Das Bewegungsprofil der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) ist durch die Winkel-Schwingungen des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) dürfen an einer beliebigen Stelle des Pendelzahnrades (P) befestigt werden. Auf der sind alle Zahnräder von der als ein Bausatz verwendet, wobei das ovale Ritzel (Ri) im Unterschied zu der um 90° gedreht am Motorgehäuse befestigt ist. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) sind am Pendelzahnrad (P) neu befestigt, wie es auf der gezeigt ist. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 8b bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 8b eine harmonische Kurve (sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist und von der Pendelkurve (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) vollständig verdeckt ist. Für eine bessere Sicht ist im Diagramm 8b die harmonische Kurve (sin2ψ) zusätzlich mit leeren runden Punkten markiert. Weil das Ritzel (Ri) am Motorgehäuse um 90° gedreht befestigt ist, zeigen die harmonische Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) im Diagramm 8b eine Phasenverschiebung um 90° im Vergleich zum Diagramm 8a. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = π; bzw. ψ = 180°). Der Expansionssowie Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) haben die gleiche Dauer Δψ = 90°, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0052] entspricht.
Bei einem Planetengetriebe für Pendelzapfen wird das Bewegungsprofil der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) durch die Art der gewählten Zahnräder für die drehfesten Zahnrad-Paare (A - B), (C - D) definiert. Das geometrische Profil der Teilkurve des Pendelzahnrades (P) ist durch die Wahl der rotierenden Planetenzahnräder (B, D) bestimmt. Zum Vergleich mit der sind auf der die Nocken-Zahnräder (B, D) neu gestaltet, wodurch das neue geometrische Profil des Pendelzahnrades (P) bestimmt ist. Mit dem Planetengetriebe für Pendelzapfen auf der werden harmonische Schwingungen der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) erzeugt, womit mithilfe der vier Pleuel (Pl₁, Pl₂, Pl₃, Pl₄) entsprechend die vier Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) bewegt werden. Die Zahnräder (A, C, Ri) auf der sind von der übernommen. Der effektive Durchmesser der Teilellipse der Planetenzahnräder (A, C) beträgt: D_A/eff = 77 mm. Bei einem Modul m = 3,5 mm enthalten die Ellipse-Zahnräder (A, C) jeweils 22 Zähne. Das ovale Ritzel (Ri) enthält die zweifache Zahl = 44 Zähne. Die Amplitude der harmonischen Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) auf der beträgt ±13,4°. Die Nocken-Zahnräder (B, D) sind mit ihren Teilkurven dargestellt. Der effektive Durchmesser der Nocken-Teilkurven der Planetenzahnräder (B, D) auf der beträgt: D_B/eff = 77 mm. Bei einem Modul m = 3,5 mm enthalten die Nocken-Zahnräder (B, D) jeweils 22 Zähne. Das ovale Pendelzahnrad (P) enthält die zweifache Zahl = 44 Zähne.
Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) bei dem Planetengetriebe auf der sind im Diagramm 8c auf der bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 8c eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist und von der Pendelkurve (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) vollständig verdeckt ist. Für eine bessere Sicht ist im Diagramm 8c die harmonische Kurve (-sin2ψ) zusätzlich mit leeren runden Punkten markiert. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = π; bzw. ψ = 180°). Der Expansions- sowie Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) haben die gleiche Dauer Δψ = 90°, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0052] entspricht.
Die Winkelschwingungen des Pendelzahnrades (P) werden bei einem Planetengetriebe für Pendelzapfen durch die Änderung der laufenden Radius (r_A, r_B) sowie (r_C, r_D) der rotierenden Planetenzahnräder (A, B) sowie (C, D) erzeugt. Solange die laufenden Radius gleich groß sind (r_A = r_B), (r_C = r_D) bleibt das Pendelzahnrad (P) stehen. Auf den bis sind bei einem Planetengetriebe für Pendelzapfen die Zahnrad-Paare (A - B), (C - D) verwendet dessen laufenden Radius (r_A, r_B), (r_C, r_D) jeweils in zwei Abschnitten deren Teilkurven gleich groß sind. In diesen Abschnitten verdecken die im Vordergrund liegende Zahnräder (B, D, P) die Zahnräder (A, C, Ri) im Hintergrund. Für eine bessere Sicht sind auf den bis die im Hintergrund platzierte Zahnräder (A, C, Ri) zusätzlich mit leeren runden Punkten markiert. Mit dieser Art Gestaltung der Planetenzahnräder (A, B, C, D) wird erreicht, dass die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) in ihrer unteren Totlage sowie in oberen Totlage während der Rotation des Rahmens (Ra) eine Weile stehen bleiben, so dass man von einer unteren Totzeit (UTZ) und einer oberen Totzeit (OTZ) spricht. Während der gleichmäßigen Rotation des Rahmens (Ra) beim Planetengetriebe für Pendelzapfen auf den bis dauert der Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) von (UTZ) bis (OTZ) und umgekehrt von (OTZ) bis (UTZ) gleich lang. Dank dieser Symmetrie werden mit einem Pendelzahnrad (P) mithilfe der vier Pleuel (Pl₁, Pl₂, Pl₃, Pl₄) entsprechend die vier Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) bewegt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Die Hubkolben (K₃, K₄) befinden sich im Komprimierungstakt. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) rollen die Nocken-Zahnräder (A, C) das viereckige Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Der effektive Durchmesser der Teilkurven der Planetenzahnräder (A, C) beträgt: D_A/eff = 96 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Nocken-Zahnräder (A, C) jeweils 32 Zähne. Das viereckige Ritzel (Ri) enthält die zweifache Zahl = 64 Zähne. Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O) beträgt ±7,6°. Die Nocken-Zahnräder (B, D) sind mit ihren Teilkurven dargestellt. Der effektive Durchmesser der Teilkurven der Planetenzahnräder (B, D) auf der beträgt: O_B/eff = 96 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Nocken-Zahnräder (B, D) jeweils 32 Zähne. Das viereckige Pendelzahnrad (P) enthält die zweifache Zahl = 64 Zähne.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 38,2° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden Zahnrad-Paare (A - B) und (C - D) von seiner Mittellage um einen Winkel 6 = -7,6° gedreht. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre untere Totzeit (UTZ) bzw. ihre obere Totzeit (OTZ) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Bei den Hubkolben (K₃, K₄) ist der Komprimierungstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier beginnt für die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) die untere Totzeit (UTZ) bzw. die obere Totzeit (OTZ).
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 52,3° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel 6 = -7,6° gedreht. Für die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) ist die untere Totzeit (UTZ) bzw. die obere Totzeit (OTZ) beendet. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) beginnt der Komprimierungstakt. Bei den Hubkolben (K₃, K₄) beginnt der Expansionstakt. Ab diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_Z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 9 bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 9 eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Für eine bessere Sicht ist im Diagramm 9 die harmonische Kurve (-sin2ψ) zusätzlich mit leeren runden Punkten markiert. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = n; bzw. ψ = 180°). Für die Hubkolben (K₁, K₂) beginnt die untere Totzeit (UTZ) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 38,2° +N*180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Für die Hubkolben (K₃, K₄) bezeichnet diese Sequenz den Beginn der oberen Totzeit (OTZ). Für die Hubkolben (K₁, K₂) endet die untere Totzeit (UTZ) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 52,3° +N*180°. Für die Hubkolben (K₃, K₄) bezeichnet diese Sequenz das Ende der Totzeit (OTZ). Für die Hubkolben (K₁, K₂) beginnt die obere Totzeit (OTZ) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 127,7° +N*180°. Für die Hubkolben (K₃, K₄) bezeichnet diese Sequenz den Beginn der unteren Totzeit (UTZ). Für die Hubkolben (K₁, K₂) endet die obere Totzeit (OTZ) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 141,8° +N*180°. Für die Hubkolben (K₃, K₄) bezeichnet diese Sequenz das Ende der Totzeit (OTZ). Die (UTZ) sowie (OTZ) der Hubkolben (K₁, K₂, K₃, K₄) dauern gleich lang: Δψ = 52,3° - 38,2° = 14,1°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) dauert: Δψ = 127,7° - 52,3° = 75,4°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) dauert: Δψ = (38,2° + 180°) -141,8° = 76,4°. Die Dauer des Expansions- und Komprimierungstaktes sind annähernd gleich, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0052] entspricht.
Bei einem Hubkolbenmotor sind die Wärmeverluste vom Arbeitsgas an die Zylinderwand unvermeidlich. Einer Überhitzung vorzubeugen wird die Zylinderwand gekühlt. Die Wärmeabfuhr vom Arbeitsgas während des Komprimierungstaktes ist gewollt, weil damit der Arbeitsaufwand für den Komprimierungsvorgang reduziert wird und der Wirkungsgrad des Motors steigt. Die Wärmeabfuhr vom Arbeitsgas während des Expansionstaktes ist ungewollt, weil damit die Nutzarbeit des Arbeitszyklus und demzufolge der Wirkungsgrad des Motors sinkt. Dies erklärt den Vorteil des Arbeitszyklus mit einem verlängerten Komprimierungstakt und einem kürzeren Expansionstakt im Vergleich zum Arbeitszyklus mit der gleichen Dauer des Komprimierungs- und Expansionstaktes. Eine im Arbeitszyklus des Motors vorgesehene untere Totzeit (UTZ) begünstigt den Gaswechsel im Zylinder. Eine obere Totzeit (OTZ) ist wegen der Wärmeverluste vom Arbeitsgas unerwünscht. Auf den bis ist ein Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet dessen Nocken-Zahnräder (A, B, C, D) derart gestaltet sind um eine Hubbewegung des Kolbens mit einer (UTZ) und ohne (OTZ) zu bewirken. Die im Vordergrund liegende Zahnräder (B, D, P) verdecken in einigen Abschnitten die im Hintergrund liegende Zahnräder (A, C, Ri). Für eine bessere Sicht sind auf den bis die im Hintergrund platzierte Zahnräder (A, C, Ri) zusätzlich mit leeren runden Punkten markiert. Am Pendelzahnrad (P) sind symmetrisch zur Drehachse (O) zwei Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befestigt. Der Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) dauert im Komprimierungstakt länger als im Expansionstakt, somit werden mit diesem Getriebe mithilfe der zwei Pleuel (Pl₁, Pl₂) entsprechend zwei Hubkolben (K₁, K₂) bewegt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) rollen die Nocken-Zahnräder (A, C) das Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Die Nocken-Zahnräder (A, C) sind mit ihren Teilkurven dargestellt. Der effektive Durchmesser der Teilkurven der Planetenzahnräder (A, C) beträgt: D_A/eff = 96,25 mm. Bei einem Modul m = 2,75 mm enthalten die Nocken-Zahnräder (A, C) jeweils 35 Zähne. Das Ritzel (Ri) enthält die zweifache Zahl = 70 Zähne. Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O) beträgt ±10,5°. Die Nocken-Zahnräder (B, D) sind mit ihren Teilkurven dargestellt. Der effektive Durchmesser der Teilkurven der Planetenzahnräder (B, D) auf der beträgt: D_B/eff = 96 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Nocken-Zahnräder (B, D) jeweils 32 Zähne. Das Pendelzahnrad (P) enthält die zweifache Zahl = 64 Zähne.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 28,9° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden Zahnrad-Paare (A - B) und (C - D) von seiner Mittellage um einen Winkel 6 = -10,5° gedreht. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre untere Totzeit (UTZ) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D) der Planetenzahnräder (A, B, C, D) die gleiche Größe haben; ab hier beginnt für die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) die untere Totzeit (UTZ).
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 52,8° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -10,5° gedreht. Für die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) ist die untere Totzeit (UTZ) beendet. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) beginnt der Komprimierungstakt. Ab diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 10 bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 10 eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer halben Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = n; bzw. ψ = 180°). Für die Hubkolben (K₁, K₂) beginnt die untere Totzeit (UTZ) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 28,9° +N*180°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Die untere Totzeit (UTZ) endet sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 52,8° +N*180°. Die (UTZ) der Hubkolben (K₁, K₂) dauert: Δψ = 52,8° - 28,9° = 23,9°. Die Hubkolben (K₁, K₂) erreichen ihren oberen Totpunkt (OT) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 146,4° +N*180°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) vom Ende der (UTZ) bis zum (OT) dauert: Δψ = 146,4° - 52,8° = 93,6°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) vom (OT) bis zum Beginn der (UTZ) dauert: Δψ = (28,9° + 1*180°) - 146,4° = 62,5°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.
Bei einem Planetengetriebe für Pendelzapfen bewirken die unterschiedlichen Bauart Planetenzahnräder (A, B, C, D) die Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O). Am Pendelzahnrad (P) sind ein oder mehrere Pendelzapfen befestigt, die mithilfe jeweils eines Pleuels für die Hubbewegung eines Kolbens bestimmt sind. Die drehfesten Zahnrad-Paare (A - B), (C - D) sind in einem Rahmen (Ra) gelagert, der an der Motorwelle (O) befestigt ist. Damit wird das Drehmoment des Rahmens (Ra) auf zwei Zahnrad-Paare verteilt. Für die Übertragung der größeren Drehmomente können bei einem Planetengetriebe für Pendelzapfen mehrere Zahnrad-Paare verbaut werden. Auf den bis ist ein Beispiel für das Planetengetriebe für Pendelzapfen mit drei drehfesten Zahnrad-Paare (A - B), (C - D), (E - F) gezeichnet. Einfachheitshalber sind die Planetenzahnräder (A, B, C, D, E, F) baugleich gewählt: Es sind die runden Planetenzahnräder mit verschobenen Drehachsen (A, B, C, D) vom Planetengetriebe auf den bis übernommen. Die im Hintergrund platzierte Planetenzahnräder (A, C, E) rollen ein dreieckiges Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Das dreieckige Profil der Teilkurve des Pendelzahnrades (P) ist durch die rotierenden runden Planetenzahnräder mit verschobenen Drehachsen (B, D, F) bestimmt. Am Pendelzahnrad (P) sind symmetrisch zur Drehachse (O) zwei Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befestigt. Der Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) dauert im Komprimierungstakt länger als im Expansionstakt, somit werden mit diesem Getriebe mithilfe der zwei Pleuel (Pl₁, Pl₂) entsprechend zwei Hubkolben (K₁, K₂) bewegt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra) gleich Null. Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) befinden sich in ihrer Mittellage. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt. Während der Rotation des Rahmens (Ra) um die Achse (O) rollen die Planetenzahnräder (A, C, E) das Ritzel (Ri) ab, das am Motorgehäuse befestigt ist. Die runden Zahnräder mit verschobenen Drehachsen (A, B, C, D, E, F) sind mit ihren Teilkreisen dargestellt, dessen Durchmesser beträgt: D_A = 66 mm. Der Abstand (e) von der verschobenen Drehachse bis zum Kreiszentrum der Planetenzahnräder (A, B, C, D, E, F) beträgt 13 mm. Bei einem Modul m = 3 mm enthalten die Planetenzahnräder (A, B, C, D, E, F) jeweils 22 Zähne. Das Ritzel (Ri) sowie das Planetenzahnrad (P) enthalten jeweils die zweifache Zahl = 44 Zähne. Die drei drehfesten Zahnrad-Paare (A - B), (C - D), (E - F) sind nicht zu unterscheiden. Die Amplitude der Drehschwingungen des Pendelzahnrades (P) um die Achse (O) beträgt ±20,4°.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 8,6° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist durch die Zusammenwirkung der rotierenden Zahnrad-Paare (A - B), (C - D), (E - F) von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -14,6° gedreht. Die Hubkolben (K₁, K₂) befinden sich im Expansionstakt.
Auf der ist das Planetengetriebe für Pendelzapfen gezeichnet als sich der Rahmen (Ra) um die Achse (O) um einen Winkel ψ = 19,8° gedreht hat. Das Pendelzahnrad (P) ist von seiner Mittellage um einen Winkel δ = -20,4° gedreht Die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) haben ihre untere Totlage (UT) erreicht. Bei den Hubkolben (K₁, K₂) ist der Expansionstakt beendet. Der ist abzulesen, dass bei diesem Drehwinkel des Rahmens (Ra) die laufenden Radius (r_A, r_B, r_C, r_D, r_E, r_F) der Planetenzahnräder (A, B, C, D, E, F) die gleiche Größe haben; ab hier wird das Pendelzahnrad (P) in die Gegenrichtung gedreht.
Der horizontale Schwung der Pendelzapfen (Z₁, Z₂) auf den bis ist durch die Länge des Hebels (r_Z) und den Pendelwinkel (δ) des Pendelzahnrades (P) bestimmt. Für den Pendelzapfen (Z₁) wird der horizontale Schwung berechnet: x_Z = r_z*sinδ. Die horizontale Schwingungen (x_Z) des Pendelzapfens (Z₁) sind auf der im Diagramm 11 bezüglich des Drehwinkels (ψ) des Rahmens (Ra) gezeichnet. Zur Orientierung ist dem Diagramm 11 eine harmonische Kurve (-sin2ψ) zugefügt, die als eine punktierte Linie gezeichnet ist. Der ist abzulesen, dass eine Schwingung des Pendelzapfens (Z₁) innerhalb einer drittel Umdrehung des Rahmens (Ra) erfolgt (ψ = 2*π/3; bzw. ψ= 120°). Seine untere Totlage (UT) erreicht der Pendelzapfen (Z₁) sowie (Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 19,8° + N* 120°, wo N - eine natürliche Zahl ist. Ihre obere Totlage (OT) erreichen die Pendelzapfen (Z₁, Z₂) sequenziell bei einem Drehwinkel (ψ) des Rahmens (Ra): ψ = 100,2° + N* 120°. Der Komprimierungstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (UT) bis (OT) dauert: Δψ = 100,2° - 19,8° = 80,4°. Der Expansionstakt der Hubkolben (K₁, K₂) von (OT) bis (UT) dauert: Δψ = (19,8° + 1*120°) - 100,2° = 39,6°. Der Expansionstakt des Motors dauert kürzer als sein Komprimierungstakt, welches dem Vorhaben aus dem Absatz [0001] entspricht.

Claims

Das Planetengetriebe für Pendelzapfen das zur Umwandlung der Rotationsbewegung der Motorwelle in die Pendelbewegung des einen oder mehreren Zapfen dient, welche auf ihrer Drehachse jeweils in einem Kreisbogen um einen Mittelpunkt pendeln und mithilfe jeweils eines Pleuels einen Hubkolben bewegen. Das Planetengetriebe für Pendelzapfen wird folgendermaßen zusammengebaut: - an der Motorwelle (O) ein Rahmen (Ra) befestigt ist; - in einem gleichen Abstand zur Welle (O) im Rahmen (Ra) die Wellen (O_A, O_C) gelagert sind; - an beiden Enden der Wellen (O_A, O_C) jeweils ein der zwei Planetenzahnräder (A, B), (C, D) befestigt sind, welche die zwei drehfeste Zahnrad-Paare (A - B), (C - D) bilden, wobei zur Übertragung der größeren Drehmomente dürfen mehr als zwei Zahnrad-Paare eingesetzt sein; - der rotierende Rahmen (Ra) bewirkt die Rotation der Planetenzahnräder (A, C), welche das am Motorgehäuse befestigte Ritzel (Ri) umlaufen und durch die drehfeste Verbindung mit den Wellen (O_A, O_C) die Planetenzahnräder (B, D) zum Rotieren bringen; - die rotierende Planetenzahnräder (B, D) umlaufen das auf der Welle (O) gelagerte Pendelzahnrad (P), an diesem in einem Abstand zur Welle (O) mindestens ein Pendelzapfen (Z₁) befestigt ist, welcher mithilfe jeweils eines Pleuels (Pl_J) einen Hubkolben (K₁) bewegt; - das geometrische Profil des Ritzels (Ri) ist durch die Wahl der Planetenzahnräder (A, C) und das geometrische Profil des Pendelzahnrades (P) ist durch die Wahl der Planetenzahnräder (B, D) bestimmt, wobei das geometrische Profil der Planetenzahnräder (A, B, C, D) darf als ein Kreis, eine Ellipse, ein Oval, ein Dreieck mit abgerundeten Ecken, eine Nockenkurve definiert sein; - das Bewegungsprofil des jeweiligen Hubkolbens (K₁) bezüglich Drehwinkels (Ψ) des des Rahmens (Ra) ist durch die Zusammensetzung der drehfesten Zahnrad-Paare (A - B), (C - D) aus den Planetenzahnräder mit verschiedenem geometrischen Profil (A, B, C, D) bestimmt, wobei zur Wahl ein folgender Arbeitszyklus des Motors erzeugt wird: -1- ein Arbeitszyklus mit einer asymmetrischen Hubbewegung des Kolbens, so dass der Expansionstakt kürzer als der Komprimierungstakt dauert; -2- ein Arbeitszyklus mit einer unteren „Totzeit”, so dass der Hubkolben in einem Phasen Abschnitt des Zyklus in seiner unteren Totlage stehen bleibt; -3- ein Arbeitszyklus mit einer symmetrischen Hubbewegung des Kolbens, so dass der Expansionstakt und der Komprimierungstakt gleich lang dauern.