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Brennkraftkolbenmaschine mit hapocykloidischer Geradführung für den
Kolben und mit einem umlaufenden Zylinderträger Die Erfindung betrifft eine Brennkraftkolbenmaschine
mit hypocykloidischer Geradführung für den Kolben und mit einem umlaufenden Zylinderträger,
der senkrecht zu seiner Drehachse einen an beiden Enden einen Verbrennungsraum enthaltenden
Zylinder aufweist, in welchem ein Kolben mit zwei Kolbenböden hin- und hergleitet,
und mit einer ebenfalls umlaufenden Kurbelwelle, die mit dem umlaufenden Zylinderträger
über ein Zahnradgetriebe in Verbindung steht, und mit einem feststehenden Gehäuse.
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Bekannt sind Brennkraftkolbenmaschinen mit hypocykloidischer Geradführung
für den Kolben und mit einem umlaufenden Zylinderträger, der senkrecht zu seiner
Drehachse einen an beiden Enden einen Verbrennungsraum enthaltenden Zylinder aufweist,
in welchem ein Kolben mit zwei Kolbenböden hin-und hergleitet, und mit einer ebenfalls
umlaufenden Kurbelwelle, die mit dem umlaufenden Zylinderträger über ein Zahnradgetriebe
in Verbindung steht.
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Ferner sind Brennkraftkolbenmaschinen bekannt, in denen koaxial zur
Drehachse des in einem feststehenden Gehäuse umlaufenden Zylinderträgers eine Kurbelwelle
rotiert, die an einem Ende als Abtriebswelle ausgebildet ist und mit dem umlaufenden
Zylingerträger und dem feststehenden Gehäuse über ein Zahnradgetriebe in Verbindung
steht.
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Demgegenüber unterscheidet sich die der Erfindung zugrunde liegende
Brennkraftkolbenmaschine mit umlaufendem Zylinderträger dadurch, daß ihre hypocykloidische
Geradführung für den Kolben in bekannter Weise eine um den Hubzapfen der Kurbelwelle
rotierende Welle aufweist, die mit einer zu ihr eine Exzentrizität, die gleich dem
Hub des Hubzapfens der Kurbelwelle ist, aufweisenden Exzenterscheibe und mit einem
Zahnrad versehen ist, und die entgegengesetzt zu der Drehrichtung der Kurbelwelle
rotiert, wobei die Exzenterscheibe im Schwerpunkt des Kolbens gelagert ist.
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Durch diese Ausbildung des hypocykloidischen Getriebes wird als wesentlicher
technischer Fortschritt eine raumsparende Bauweise erzielt, und es können außerdem
hohe Drehzahlen erreicht werden, weil außer dem Kolben sämtliche beweglichen Teile
nur gleichförmige Drehbewegungen ausführen.
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Die abzudichtenden und aufeinander gleitenden Flächen bestehen in
bekannter Weise nur aus kreisförmig gewölbten und ebenen Flächen. Hierdurch wird
das Problem der Abdichtung der aufeinander gleitenden Teile und auch deren leichte
Herstellung auf einfache Weise gelöst. In den Zeichnungen ist ein- Ausführungsbeispiel
der Maschine dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Zylinder; F i g. 2 zeigt
einen Längsschnitt der Maschine mit der Darstellung des Zahnradgetriebes zwischen
der Kurbelwelle und dem Zylinderträger; F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch das
Zahnradgetriebe.
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Die Brennkraftkolbenmaschine besteht aus einem feststehenden Gehäuse
1, in welchem ein scheibenförmiger Zylinderträger 2 angeordnet ist. Den Zylinderträger
durchläuft ein Zylinder, dessen Längsachse die Drehachse des Zylindorträgers 2 senkrecht
schneidet. Ein Kolben 3, der beiderseitig einen Kolbenboden aufweist, führt in dem
Zylinder eine Hubbewegung aus. Durch den Kolben 3 wird der Zylinder in zwei Arbeitsräume
geteilt, und er wird an -,seinen Enden durch je einen Verbrennungsraum abgeschlossen,
die in einer der Verbrennung günstigen Form ausgebildet werden können.
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Die Arbeitsweise erfolgt nach dem Viertaktverfahren, wobei der Kolben
3 nach einer Vierteldrehung des Zylinderträgers 2, also nach einer Drehung um 90°,
einen vollen Hub ausführt, so daß nach einer vollen Drehung des Zylinderträgers
um 360° alle für das Viertaktverfahren erforderlichen vier Kolbenhübe ausgeführt
sind und das Arbeitsspiel von neuem beginnen kann.
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Die Schlitzsteuerung. für den Gaswechsel erfolgt durch in den Verbrennungsräumen
senkrecht zur Zylinderlängsachse und parallel zur Drehachse des Zylinderträgers
angeordnete Schlitze 13 und 14, die auf einer Gleitfläche des feststehenden Gehäuses
1, die parallel zur Zylinderlängsachse und senkrecht zur Drehachse des Zylinderträgers
verläuft, die für die Gaswechselsteuerung erforderlichen Kanäle und, falls erforderlich,
die Zündkerzen 12 überstreichen.
Da die beiden Arbeitsräume um 180°
versetzt sind, während sie, von dem Arbeitsspiel aus gesehen, einen Abstand voneinander
haben, der einer Drehung des Zylinderträgers 2 von 90° entspricht, muß jeder Arbeitsraum
getrennt gesteuert werden, so daß jeder Verbrennungsraum eine eigene Gleitfläche
mit den erforderlichen Kanälen hat und die Schlitze 13 und 14 der beiden Verbrennungsräume
einander entgegengesetzt gerichtet sind.
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Die Führung des Kolbens 3 entlang des sich drehenden Zylinders erfolgt
durch eine hypocykloidische Geradführung, die durch einen doppelten, durch Zahnräder
gekoppelten Exzentertrieb bewirkt wird, bei welchem der erste Exzenter als Hubzapfen
der Kurbelwelle ausgebildet ist, die um die Drehachse des Zylinderträgers 2 mit
der Drehzahl des Zylinderträgers 2, aber entgegengesetzt zu dessen Drehrichtung
rotiert, und bei welchem der zweite Exzenter aus einer Exzenterscheibe 5 besteht,
deren Mittelachse durch den Schwerpunkt des Kolbens 3 geht und die um den Hubzapfen
der Kurbelwelle 4 mit der vierfachen Drehzahl des umlaufenden Zylinderträgers 2,
und zwar in dessen Drehrichtung umläuft. Die Exzentrizität ei des Hubzapfens der
Kurbelwelle 4 ist dabei gleich der Exzentrizität e. der Exzenterscheibe 5.
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Hat der Kolben einen Totpunkt erreicht, so liegen die Exzentrizitätslinien
ei und e2 des Hubzapfens der Kurbelwelle 4 und der Exzenterscheibe 5 in der Zylinderlängsachse.
Die Summe der Exzentrizitätslinien ei und e, entspricht dem halben Kolbenhub.
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Führt der Kolben einen halben Hub aus, so dreht sich der Zylinderträger
2 um 45° und die Kurbelwelle 4 in entgegengesetzter Drehrichtung gleichfalls um
45", während die Exzenterscheibe 5 in der Drehrichtung des Zylinderträgers 2 um
den Hubzapfen der Kurbelwelle 4 eine Drehung von l80° ausführt.
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Bei halbem Kolbenhub überdecken sich die beiden Exzentrizitätslinien
ei- und e, und stehen senkrecht zur Zylinderlängsachse. Die Ausführung der zweiten
Hälfte des Kolbenhubes erfolgt symmetrisch zur ersten Hälfte des Kolbenhubes.
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Um dem Exzentertrieb und dem Zylinderträger die erforderliche Drehzahl
und Drehrichtung zu erteilen, werden diese Teile und das feststehende Gehäuse durch
ein Zahnradgetriebe miteinander gekoppelt.
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Während eines vollen Kolbenhubes führt die Exzenterscheibe 5 zusammen
mit dem mit ihr zentrisch zu ihrer Drehachse verbundenen Zahnrad 6 um den
Hubzapfen der Kurbelwelle 4 eine Drehung von 360F in der Drehrichtung des
Zylinderträgers 2 aus. Diese Drehbewegung wird auf das Zahnrad 7 übergeleitet, das
an dem radial entgegengesetzt zu dem Hubzapfen der Kurbelwelle 4 verlängerten
Kurbelarm 4A der Kurbelwelle 4 gelagert ist.
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Wird das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern 6 und 7 1
: 1 gewählt, so führt das Zahnrad 7 ebenfalls eine Drehung von 360°, aber in zum
Drehsinn des Zylinderträgers 2 entgegengesetzter Drehrichtung aus. Außer dem Zahnrad?
sind auf der gleichen Welle die Zahnräder 8 und 10 befestigt, die demnach ebenfalls
eine Drehung von 360° ausführen.
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Das Zahnrad 8 greift in das mit dem feststehenden Gehäuse 1 fest verbundene
Zahnrad 9 mit einem Übersetzungsverhältnis von 4:1 ein, wodurch die Kurbelwelle
4 bei einem vollen Kolbenhub eine Drehung von 90° in zum Drehsinn des Zylinderträgers
2 entgegengesetzter Drehrichtung ausführt. Das Zahnrad 10 greift mit einem
übersetzungsverhältnis von 2:1 in das mit dem umlaufenden Zylinderträger 2 fest
verbundene Zahnrad 11 ein, wobei es zusammen mit dem verlängerten Kurbelarm 4A der
Kurbelwelle 4 eine Drehung von 90° um die Kurbelwellenachse und gleichzeitig
um seine eigene Achse eine Drehung von 360° in zum Drehsinn des Zylinderträgers
2 entgegengesetzter Drehrichtung ausführt. Durch diese beiden Bewegungen des Zahnrads
10
und durch das zwischen den Zahnrädern 10 und 11
bestehende
Übersetzungsverhältnis von 2: 1 wird der Zylinderträger 2 in seine ihm vorgeschriebene
Drehrichtung entgegengesetzt zur Kurbelwellendrehrichtung bewegt, und zwar während
eines vollen Kolbenhubes um 90° in dieser Drehrichtung.
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Die Führung des Kolbens 3 entlang der sich drehenden Zylinderachse
durch eine hypocykloidische Geradführung wird auch bei einer Änderung der Drehrichtungen
der Kurbelwelle 4 und der Exzenterscheibe 5 und unveränderter Drehrichtung
des Zylinderträgers 2 erreicht. Hierbei dreht sich die Kurbelwelle 4 mit der dreifachen
Drehzahl des Zylinderträgers 2 in dessen Drehrichtung, während die Exzenterscheibe
5 den Hubzapfen der Kurbelwelle 4 mit vierfacher Drehzahl des Zylinderträgers 2
in zum Drehsinn des Zylinderträgers 2 und der Kurbelwelle 4 entgegengesetzter
Drehrichtung umläuft.
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Führt der Kolben 3 einen halben Hub aus, so dreht sich der Zylinderträger
um 45° und die Kurbelwelle in der gleichen Drehrichtung um 135°, während die Exzenterscheibe
5 um den Hubzapfen der Kurbelwelle 4 eine Drehung von 180° in zum Drehsinn
des Zylinderträgers 2 und der Kurbelwelle 4 entgegengesetzter Drehrichtung ausführt.
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Bei halbem Kolbenhub überdecken sich wiederum die Exzentrizitätslinien
ei und e2 und stehen senkrecht zur Zylinderlängsachse. Die Ausführung der zweiten
Hälfte des Kolbenhubes erfolgt wiederum symmetrisch zur ersten Hälfte des Kolbenhubes.
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Während eines vollen Kolbenhubes führt demnach die Exzenterscheibe
5 mit dem mit ihr zentrisch zu ihrer Drehacbse verbundenen Zahnrad 6 um den Hubzapfen
der Kurbelwelle 4 eine Drehung von 360° in zum Drehsinn des Zylinderträgers
2 entgegengesetzter Drehrichtung aus. Diese Drehbewegung wird auf das Zahnrad 7
übergeleitet, das an dem radial entgegengesetzt zu dem Hubzapfen der Kurbelwelle
4 verlängerten Kurbelarm 4 A der Kurbelwelle 4
gelagert ist.
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Wird das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern 6 und 7
1: 1 gewählt, so führt das Zahnrad 7 ebenfalls eine Drehung . von 360°, aber
im Drehsinn des Zylinderträgers 2 aus. Außer dem Zahnrad 7 sind auf der gleichen
Welle die Zahnräder 8 und 10 befestigt, die demnach ebenfalls eine Drehung von 360°
ausführen.
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Das Zahnrad 8 greift in das mit dem feststehenden Gehäuse 1
fest verbundene Zahnrad 9 mit einem Übersetzungsverhältnis von 4:3 ein, wodurch
die Kurbelwelle 4 bei einem vollen Kolbenhub eine Drehung von 270° in der
Drehrichtung des Zylinderträgers 2 ausführt.
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Das Zahnrad 10 greift mit einem übersetzungsverhältnis von
2: 1 in das mit dem umlaufenden Zylinderträger 2 fest verbundene Zahnrad 11 ein,
wobei es zusammen mit dem verlängerten Kurbelarm 4A der Kurbelwelle 4 eine Drehung
von 270° um die Kurbelwellenachse und gleichzeitig um seine eigene
Achse
eine Drehung von 360° in der Drehrichtung des Zylinderträgers 2 ausführt. Durch
diese beiden Bewegungen des Zahnrades 10 und durch das zwischen den Zahnrädern 10
und 11 bestehende übersetzungsverhältnis von 2 : 1 wird der Zylinderträger 2 in
seine ihm vorgeschriebene Drehrichtung in der Kurbelwellendrehrichtung bewegt, und
zwar während eines vollen Kolbenhubes um 90° in dieser Drehrichtung.
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Zur Herabsetzung der Drehzahl des Zylinderträgers 2 können auch durch
Anwendung der doppelten Anzahl der für den Gaswechsel erforderlichen Kanäle in der
Gleitfläche des feststehenden Gehäuses 1 und durch entsprechende Änderung des übersetzungsverhältnisses
des Zahnradgetriebes bei jeder vollen Drehung des umlaufenden Zylinderträgers 2
um 360° acht Arbeitstakte erreicht werden.