DE10202749A1

DE10202749A1 - Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE10202749A1
Application number: DE2002102749
Authority: DE
Inventors: Roland Huber; Florian Asen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-31

Abstract

Es wird eine Arbeitsmaschine (1) mit einem Zylinder (2) und einem darin längsbeweglich angeordneten Kolben (3) beschrieben. Der Kolben (3) greift in eine in einer Zylinderinnenfläche (5) angeordneten Steuernut (6) ein. Die Steuernut (6) ist derart ausgeführt, daß eine Längsbewegung des Kolbens (3) eine Drehbewegung des Zylinders (2) auslöst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine mit einem Zylinder und einem darin längsbeweglich angeordneten Kolben.
Arbeitsmaschinen mit einem Zylinder und einem darin längsbeweglich angeordneten Kolben sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. Dazu zählen auch Brennkraftmaschinen, bei welchen ein Kolben in einem Zylinder eine translatorische Auf- und Abwärtsbewegung ausführt. Die translatorische Bewegung des Kolbens wird über einen Kurbeltrieb, der den Kolben, eine Pleuelstange und eine Kurbelwelle umfaßt, an einen das Drehmoment der Arbeitsmaschine aufnehmenden Verbraucher abgegeben. Die bei der Zündung eines Gasgemisches frei werdende Energie erzeugt zunächst eine translatorische Bewegung, die wiederum in eine Drehbewegung transformiert wird.
Derartige Arbeitsmaschinen bzw. Brennkraftmaschinen weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Massen der bewegten Bauteile sehr groß sind, was zu hohen Trägheitsmomenten sowie zu hohen Verlustleistungen der Arbeitsmaschinen führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine zu schaffen, die geringe bewegte Massen aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Arbeitsmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß greift der gegen Verdrehung geführte Kolben in eine in einer Zylinderinnenfläche angeordnete Steuernut ein, die derart ausgeführt ist, daß eine Längsbewegung des Kolbens in dem Zylinder eine Drehbewegung des Zylinders auslöst.

Durch die direkte Umwandlung der translatorischen Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung des Zylinders werden die bewegten Massen der Arbeitsmaschine auf einfache Art und Weise reduziert, da auf einen konstruktiv aufwendigen Kurbeltrieb wie bei herkömmlichen als Brennkraftmaschinen ausgebildeten Arbeitsmaschinen verzichtet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Arbeitsmaschine nach der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Kolben mit einem Bolzen in die Steuernut eingreift, so daß eine Montage des Bolzens sowie eine Herstellung des Kolbens vereinfacht ist.

Um eine Reibung zwischen dem Bolzen und der Steuernut zu reduzieren, kann es vorgesehen sein, daß der Bolzen an seinem Ende, mit welchem er in die Steuernut eingreift, mit einem Wälzlager versehen ist, dessen äußere Lagerschale in der Steuernut abrollt und dessen innere Lagerschale fest mit dem Bolzen verbunden ist. Vorzugsweise können als Wälzlager Kugellager, Zylinderrollenlager oder Nadellager eingesetzt werden, wobei es selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes liegt, auch andere für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Wälzlager vorzusehen.

Bei einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine ist es vorgesehen, den Bolzen fest mit dem Kolben zu verbinden, wobei es alternativ hierzu selbstverständlich auch vorgesehen sein kann, daß der Bolzen drehbar in dem Kolben gelagert ist. Vorzugsweise ist der Bolzen jedoch in axialer Richtung fest mit dem Kolben verbunden, so daß eine Anlage des Bolzens mit seinen Stirnflächen an dem Nutgrund der Steuernut vermieden wird und die Reibung sowie der Verschleiß reduziert ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel einer Arbeitsmaschine nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematisierte, ausschnittsweise Darstellung einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine.
In der Figur ist eine Arbeitsmaschine 1 mit einem Zylinder 2 und einem darin längsbeweglich angeordneten Kolben 3 dargestellt. Der Kolben 3 greift mit einem Kolbenbolzen 4 in eine in eine Zylinderinnenfläche 5 eingearbeitete Steuernut 6 ein. Die Steuernut 6 ist wenigstens annähernd sinusförmig ausgeführt und umschließt den Kolben 3 vollständig. Damit wird eine Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 3 in dem Zylinder 2 in eine Drehbewegung des Zylinders 2 transformiert. Die Steuernut kann auch eine andere, für die Anwendung günstigere Kurve beschreiben.
Um eine Drehbewegung des Kolbens 3 in dem Zylinder 2 zu vermeiden, ist der Kolben 3 über eine lineare Kolbenführung 7 gegen eine Drehbewegung gesichert, wobei der Kolben durch die Ausgestaltung der linearen Kolbenführung 7 mit einem Langloch 8 eine Auf- und Abwärtsbewegung in dem Zylinder 2 ausführen kann.
Der Kolbenbolzen 4 ist an seinem Ende, mit welchem er in die Steuernut 6 eingreift, mit einem als Kegelrollenlager oder auch anderer Lagerart ausgebildeten Wälzlager 9 ausgeführt, so daß eine Reibung zwischen dem Zylinder 2 und dem Kolbenbolzen 4 reduziert ist. Darüber hinaus ist ein Führungsspiel zwischen der Steuernut 6 und dem Kolbenbolzen 4 minimiert, ohne daß eine Reibung zwischen diesen beiden Bauteilen in unzulässiger bzw. unerwünschter Art und Weise erhöht wird.
Die Zufuhr von Kraftstoff-Luft-Gemischen sowie eine Abfuhr von Verbrennungsrückständen erfolgt über nicht näher dargestellte Ein- und Auslässe des Zylinders 2, welche vorzugsweise als Öffnungen in der Zylinderwand, die schlitzartig, kreisförmig oder in einer beliebig anderen geeigneten Form ausgeführt sein können, ausgebildet sind. Der Auslaß und der Einlaß des Zylinders 2 werden vorliegend über eine sogenannte Spiegelsteuerung gesteuert, wobei die Einlaß- und Auslaßöffnungen des Zylinders 2 in Abhängigkeit einer Position des Zylinders 2 mit Mündungsöffnungen von Zu- und Abführleitungen in Deckung bringbar sind, welche in einem den Zylinder 2 umgebenden Gehäuse (nicht dargestellt) vorgesehen sind.
Das Gemisch kann durch einen Zündfunken oder durch Selbstzündung entzündet werden. Zur Zuführung der Zündenergie muß ein gegen den Zylinder 2 isolierter, elektrischer Leiter in den Zylinder 2 eingearbeitet werden. Der elektrische Kontakt wird durch einen Schleifring oder ähnliches hergestellt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine andere Position zu nutzen. Die Arbeitsmaschine kann jedoch auch durch Zuführung von Dieselkraftstoff betrieben werden.
Die Abnahme der Drehbewegung des Zylinders 2 erfolgt von der Zylinderwand, wobei die Zylinderwand bzw. der Zylinder 2 an seiner dem Kolbenbolzen 4 abgewandten Ende als Welle ausgeführt ist. Somit kann die Drehbewegung des Zylinders an dessen "Wellenende" abgenommen werden. Dies kann beispielsweise über eine Kupplung, eine Zahnradpaarung oder ein Getriebe erfolgen.
Die vorgeschlagene Arbeitsmaschine ist als eine Brennkraftmaschine bzw. als ein Verbrennungsmotor ausgeführt, zu deren Inbetriebnahme ein sogenanntes "Anwerfen" der Arbeitsmaschine erforderlich ist. Das bedeutet, daß zunächst der Zylinder 2 in Rotation versetzt werden muß, bis der Kolben 3 aufgrund der Zündung eines zugeführten Gas-Kraftstoff-Gemisches eine Auf- und Abwärtsbewegung ausführt, die die Drehbewegung des Zylinders 2 auslöst.
Die vorgestellte Arbeitsmaschine nach der Erfindung stellt ein Antriebsaggregat mit einem geringen Bauraumbedarf sowie einem geringen Eigengewicht dar, wodurch sich verschiedenste Anwendungsmöglichkeiten ergeben, wie beispielsweise als Antriebsaggregat im Modellflugzeugbereich oder auch im Bereich mobiler Antriebsaggregate.
Bei einer nicht weiter dargestellten Ausführung der Arbeitsmaschine kann es auch vorgesehen sein, daß mehrere Zylinder zu einem mehrzylindrigen Antriebsmotor zusammengefaßt sind und eine gemeinsame Antriebswelle antreiben.
Es versteht sich, daß das Prinzip der Arbeitsmaschine nach der Erfindung nicht auf die bevorzugte beschriebene Anwendung bei einer Brennkraftmaschine beschränkt ist, sondern überall Anwendung finden kann, wo die Längsbewegung eines in einem Zylinder verschieblichen Kolbens in eine Drehbewegung umgewandelt werden soll. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Arbeitsmaschine auch als Kolbenpumpe oder Ölmotor zu betreiben. Bezugszeichen 1 Arbeitsmaschine
2 Zylinder
3 Kolben
4 Kolbenbolzen
5 Zylinderinnenfläche
6 Steuernut
7 lineare Kolbenführung
8 Langloch
9 Wälzlager

Claims

1. Arbeitsmaschine (1) mit einem Zylinder (2) und einem darin längsbeweglich angeordneten Kolben (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) in eine in einer Zylinderinnenfläche (5) angeordneten Steuernut (6) eingreift, wobei die Steuernut (6) derart ausgeführt ist, daß eine Längsbewegung des Kolbens (3) eine Drehbewegung des Zylinders (2) auslöst.

2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) linear und nicht drehbar in dem Zylinder (2) geführt ist.

3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) mit einem Kolbenbolzen (4) in die Steuernut (6) eingreift.

4. Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen (4) an seinem in der Steuernut (6) angeordneten Ende mit einem Wälzlager (9) in die Steuernut (6) eingreift.

5. Arbeitsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen (4) fest mit dem Kolben (3) verbunden ist.

6. Arbeitsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen (4) drehbar in dem Kolben (3) gelagert ist.

7. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaß und ein Einlaß des Zylinders (2) über eine Spiegelsteuerung gesteuert wird.

6. Arbeitsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) den Steuerspiegel darstellt und mit schlitzartigen Öffnungen versehen ist, welche in Abhängigkeit einer Position des Zylinders (2) mit Mündungsöffnungen von Zu- und Abführleitungen in Deckung bringbar sind, welche in einem den Zylinder (2) umgebenden Gehäuse angeordnet sind.

9. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zylinder eine gemeinsame Antriebswelle antreiben.

10. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Brennkraftmaschine.