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Die Erfindung betrifft einen Kurventrieb, insbesondere zum Umwandeln
von Strömungsmittelenergie in mechanische Rotationsenergie und umgekehrt, mit wenigstens
einem Schubkolbenpaar, dessen gegen Drehen gesicherte Schubkolben eine Strömungsmittelkammer
mit einem Ein- und Auslaß begrenzen und auf ihren Rückseiten jeweils über zwei wellenringförmige
Stimnockenflächen und mit diesen zusammenwirkende Wälzkörper mit einer gemeinsamen
Welle antriebsmäßig verbunden sind.
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Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt. Dabei sind vier Schubkolbenpaare,
die jeweils zwischen sich eine mit einer Zündkerze ausgerüstete Strömungsmittelkammer
begrenzen, gleichmäßig um die Welle verteilt angeordnet. Die Schubkolben tragen
an ihrer Rückseite jeweils eine auf einer Achse gelagerte Rolle, der eine entsprechende
Rolle im Abstand gegenüber liegt. Zu beiden Seiten der Verbrennungskammern ist jeweils
ein mit der Welle fest verbundener Nockenring angeordnet, der in Umfangsrichtung
parallel verlaufende Stimnockenflächen mit zwei Wellenbäuchen und zwei Wellentälern
aufweist, dessen Stimnockenflächen an den auf der gleichen Seite der Vorrichtung
angeordneten Rollen bzw. an den diesen Rollen im Abstand gegenüberliegenden Rollen
angreifen. Dabei ist durch die Form der Nockenflächen sichergestellt, daß die einander
diametral gegenüberliegenden Schubkolbenpaare im Phasengleichlauf arbeiten. Zwischen
den jeweils gleichlaufenden Schubkolbenpaaren herrscht jedoch eine maximale Phasenverschiebung,
so daß die betreffenden Schubkolben gegenläufig bewegt werden und gleichzeitig die
entgegengesetzten Endstellungen erreichen. Auch die Kolben jedes einzelnen Schubkolbenpaares
werden genau gegenläufig bewegt, so daß sie sich gleichzeitig in den beiden Endstellungen
befinden.
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Diese bekannte Ausbildung mit um die Welle verteilten Schubkolbenpaaren
ist kompliziert und raumaufwendig. Außerdem ist die Belastbarkeit begrenzt, da die
Kräfte über die Rollenachsen übertragen werden müssen. Schließlich ist es bei der
bekannten Ausbildung auch nicht möglich, einen unsymmetrischen Lauf der beiden Kolben
eines Schubkolbenpaares zu erreichen und dadurch eine gegebenenfalls zweckmäßige
Charakteristik zu erzielen.
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Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Kurventrieb
der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei einer in hohem Maße belastbaren
kompakten Ausbildung gleichzeitig die Möglichkeit besteht, die Bewegung der Kolben
eines Schubkolbenpaares in der jeweils zweckmäßigsten Weise relativ zueinander zu
bewegen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Kurventrieb
der eingangs genannten Art jeder Kolben, wie an sich bekannt, koaxial zur Welle
angeordnet ist und an seiner Rückseite eine Nockenfläche trägt, der eine mit der
Welle fest verbundene Nockenfläche gegenüber liegt, wobei die Nockenflächen wenigstens
drei Nocken- i vorspränge aufweisen, die eine gleiche Zahl von planetenartig umlaufenden
Wälzkörpern frei drehbar zwischen sich einschließen und aufeinander vorgespannt
sind, und daß zur Erzielung einer Phasenverschiebung zwischen den Kolbenbewegungen
eine i Kolben- bzw. Wellennockenfläche gegenüber der anderen Kolben- bzw. Wellennockenfläche
in Umfangsrichtung versetzt ist. Eine derartige Ausbildung führt zu einer kompakten
Vorrichtung, die ein Minimum an Teilen aufweist und hoch belastbar ist, da die Wälzkörper
nicht auf Achsen gelagert sind. Das Ausmaß der Versetzung einer Nockenfläche bestimmt
die Relativbewegung der beiden Kolben zueinander. Innerhalb der beiden Grenzfälle
einer gleichläufigen Kolbenbewegung, bei der sich das Volumen der Strömungsmittelkammer
nicht ändert, und der gegenläufigen Bewegung, bei der eine maximale Volumenänderung
auftritt, können alle Phasenverschiebungen mit teilweisem Gleichlauf und teilweisem
Gegenlauf erzielt werden. Eine derartige geringe Phasenverschiebung zwischen beiden
Kolben ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn die Vorrichtung im Rahmen eines
Zweitaktverbrennungsmotors verwendet wird. In diesem Falle können durch entsprechende
Kolbenbewegung die Ein- und Auslaßschlitze in der gewünschten Reihenfolge und in
den günstigsten Zeitpunkten mittels der Kolben auf und zu gesteuert werden.
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Es ist zwar bereits eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Drehbewegung
in eine hin- und hergehende Bewegung bekannt, bei der mehrere Nockenscheiben mit
ringförmigen Nockenflächen vorgesehen sind, zwischen denen mehrere Wälzkörper frei
drehbar umlaufen. Die Scheiben sind axial hintereinander und somit koaxial zur Welle
der angetriebenen Scheibe angeordnet. Dabei ist die Scheibenanordnung durch axial
wirkende Druckfedern zusammengehalten, so daß die Wälzkörper sich stets in Anlage
an den zugehörigen Stirnnockenflächen befinden. Ferner ist vorgesehen, durch Verstellen
einer mittleren Scheibe in Umfangsrichtung die Hublänge zu ändern. Dieser Nockentrieb
weist somit keine strömungsmittelbeaufschlagten Kolben auf, zwischen denen eine
bestimmte Relativbewegung zueinander erzielt werden könnte. Dementsprechend dient
auch die Änderung der Hublänge bei der bekannten Vorrichtung nicht der Erzielung
einer Phasenverschiebung zwischen zwei Kolben.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgegenstands sieht vor,
daß die eine Nockenfläche in Umfangsrichtung verstellbar ist. Diese Verstellbarkeit
schafft die Möglichkeit, das Ausmaß der Phasenverschiebung in der jeweils gewünschten
Weise einzustellen. Eine derartige Ausführung ist beispielsweise bei der Verwendung
des Kurventriebs als Pumpe von besonderem Vorteil. In diesem Fall, in dem die gemeinsame
Welle angetrieben wird, kann das Volumen der Strömungsmittelkammer stufenlos geändert
werden und damit die Fördermenge den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an
zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Teil einer Pumpe mit mehreren Pumpenaggregaten
in einem Längsschnitt; F i g. 2 zeigt in einer ebenen Abwicklung den Antriebsmechanismus
der Pumpe nach F i g. 1; F i g. 3 zeigt im Längsschnitt eine Brennkraftmaschine;
F i g. 4 zeigt die Brennkraftmaschine nach F i g. 3 in einem entsprechenden Schnitt,
wobei jedoch die Kolben eine andere Stellung einnehmen.
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In F i g. 1 erkennt man eine Pumpe 100, die gemäß F i g. 2
vier einander ähnelnde Pumpenabschnitte
oder Teilaggregate 101,
l02,103 und 104 umfaßt, die gleichachsig angeordnet sind und durch eine Rahmenkonstruktion
zusammengehalten werden; die Rahmenkonstruktion umfaßt zwei Stirnplatten 110 sowie
Verbindungsstangen für den Zusammenbau. Den verschiedenen Pumpenaggregaten
101 bis 104 ist eine gemeinsame Antriebswelle 115
zugeordnet.
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Die mit allen Aggregaten 101 bis 104 an eine gemeinsame Zulaufleitung
und eine gemeinsame Druckleitung angeschlossene Pumpe 100 umfaßt ferner einen Volumenregelmechanismus
120, der es ermöglicht, das Verdrängungsvolumen der Pumpe innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs zu variieren. Der Regelmechanismus 120 umfaßt zwei Sektoren 121, die auf
der Pumpe 100 mit Hilfe einer Regelwelle 123 und zwei Lagerbrücken 124 drehbar gelagert
sind. Der untere Teil jedes Sektors 121 ist mit Zahnradzähnen 127 versehen, und
mit der Regelwelle 123 ist ein Griff 126 verbunden, damit der Regelmechanismus 120
gegebenenfalls mit der Hand betätigt werden kann.
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Die Pumpenaggregate 101 bis 104 sind im wesentlichen von ähnlicher
Konstruktion, und jedes Teilaggregat umfaßt zwei einander gegenüberliegende Ringkolben
130 und 140. Die beiden Kolben jedes Teilaggregats der Pumpe 100 umschließen
die gemeinsame Antriebswelle 115, und die Kolben werden innerhalb der zugehörigen
Teilaggregate jeweils durch einen Antriebsmechanismus 150 hin und her bewegt.
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Die Antriebswelle 115 ist in der linken Stirnplatte 110 mit Hilfe
einer Buchse 170 drehbar gelagert, und die Welle erstreckt sich axial durch alle
Pumpenaggregate, von denen in F i g. 1 nur die Pumpenaggregate 101 und 102 dargestellt
sind. Ein Haltering 171 greift in eine Ringnut 172 der Welle 115 ein und arbeitet
mit einem rohrförmigen Fortsatz der Stirnplatte 110 zusammen, um zu verhindern,
daß sich die Welle innerhalb der Pumpe 100 axial . verschiebt.
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Jedes Pumpenaggregat 101 bis 104 umschließt eine zylindrische Öffnung
180, in der im wesentlichen gleichartige Ringkolben 130 und 140 einander
zugewandt angeordnet sind. Die Kolben 130 und 140 . umschließen die
Antriebswelle 115 und werden jeweils durch eine Druckfeder 183 voneinander weg vorgespannt.
Außerdem ist auf die Welle 115 zwischen den Kolben 130,140 und der Druckfeder 183
eine zylindrische Buchse 184 so aufgeschoben, daß ; sich die Welle 115 gegenüber
der Buchse ungehindert drehen kann. Die zylindrische Öffnung 180 und die zylindrische
Buchse 184 begrenzen eine zwischen den Kolben 130 und 140 liegende ringförmige Kolbenkammer
185. Die Kolben 130 und 140 sind mit ; Kolbenringen 186 und 187 ausgerüstet, damit
die ringförmige Kammer 185 einwandfrei abgedichtet wird.
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Die ringförmige Kolbenkammer 185 ist bei jedem Teilaggregat 101 bis
104 dadurch erweitert, daß i eine Ringnut 188 vorgesehen ist, die in direkter Strömungsverbindung
mit der Ringkammer 185 steht. Die Kolben 130 und 140 können sich innerhalb der betreffenden
Aggregate der Pumpe 100 hin und her bewegen, um eine Pumpkraft auf das in den ver-
i schiedenen ringförmigen Kolbenkammern 185 enthaltene Fluid aufzubringen. Gemäß
F i g. 1 und 2 sind die Teilaggregate 101 bis 104 jeweils im wesentlichen
von gleichartiger Konstruktion, jedoch ist die axiale Stellung der Kolben zueinander
bei den Teilaggregaten 102 und 104 im Vergleich zu den Teilaggregaten
101 und 103 umgekehrt bzw. um einen vollen Hub phasenverschoben.
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Jeder Ringkolben 130 umfaßt einen Satz von in gleichmäßigen
Winkelabständen verteilten Vorsprüngen 205, von denen jeder mit einer halbrunden
Kugelaufnahmenut 206 versehen ist, die sich parallel zur Achse des betreffenden
Kolbens 130 erstreckt. Ein Kugelhaltering 207 umschließt die Kolbenvorsprünge 205
bei jedem der Teilaggregate 101 bis 104. In den Kugelhalteringen
207 sind in Umfangsabständen Lagerkugeln 208 angeordnet, die in die halbrunden
Nuten 206 der Vorsprünge 205 eingreifen, und die Ringe 207 sind mit der Pumpe
100
durch geeignete Stifte 209 fest verbunden. Die Lagerkugeln 208 ermöglichen
es somit den Kolben 130, sich in den zylindrischen Öffnungen 180 der verschiedenen
Pumpenaggregate axial hin und her zu bewegen, doch verhindern sie Drehbewegungen
der Kolben 130.
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Jeder Ringkolben 140 ist ebenfalls mit genuteten Vorsprüngen
220 versehen, die von einem Kugelhaltering 221 umschlossen werden. Der Ring 221
hält ebenfalls Lagerkugeln 222 in ihrer Lage. Die Kugeln 222 arbeiten
mit den Kolbenvorsprüngen 220
zusammen, so daß sich der Kolben 140 gegenüber
dem Ring 221 nur axial bewegen kann. Im Gegensatz zu den drehfest eingebauten
Kugelhalteringen 207 für die Kolben 130 sind jedoch die Kugelhalteringe 221 für
die verschiedenen Kolben 140 durch geeignete Stifte 223 mit einem drehbaren Ringteil
230 verbunden. Das die Antriebswelle 115 umschließende Ringteil
230 verbindet daher die einander benachbarten Kolben 140 miteinander, so
daß die Kolben 140 einander benachbarter Teilaggregate 101 bis
104 der Pumpe 100 gleichzeitig gedreht werden können.
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Gemäß F i g. 1 weist das Ringteil 230 ebenso wie das nicht dargestellte
Ringteil für die Aggregate 103
und 104 an seiner Außenfläche Zahnradzähne
231 auf, die mit den Zähnen 127 des Sektors 121 zusammenarbeiten. Bei dieser Anordnung
werden die Sektoren 121 des Volumenregelmechanismus 120 veranlaßt, die Ringkolben
140 in den Teilaggregaten 101 bis 104 in einer vorbestimmten Winkelstellung zu halten
und ungehinderte Drehbewegungen dieser Kolben in den zugehörigen Pumpenaggregaten
zu verhindern. Jedoch ermöglicht es der Regelmechanismus 120, die Kolben 140 wahlweise
gegenüber den zugehörigen Teilaggregaten zu drehen und so das Verdrängungsvolumen
der Pumpe 100 zu variieren.
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Damit die Ringkolben 130 und 140 in den zugehörigen Pumpenaggregaten
hin und her bewegt werden können, ist jedem der Kolben der Pumpe 100 ein Antriebsmechanismus
150 zugeordnet, der zwei gleichachsig einander gegenüber angeordnete Nockenflächen
151 und 152 (am Kolben 140) bzw. 151 a
und 152 a (am Kolben 130) umfaßt. Diese
Nockenflächen bilden drei in gleichmäßigen Winkelabständen verteilte Nockenvorsprünge
153 bzw. 154 mit gleichen Amplituden A und gleichen Wellenlängen L. Bei der Pumpe
100 ist die Nockenfläche 152 bzw. 152 a jedes Antriebsmechanismus
150 als Bestandteil der rückwärtigen Seite des betreffenden Ringkolbens
130 bzw. 140 ausgebildet. Da sich die
Kolben 130 und
140 während des Betriebs der Pumpe 100 nicht drehen, bilden die Nockenflächen 152,152
a die nicht drehbaren Nockenflächen der Antriebsmechanismen 150.
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Die Pumpe 100 umfaßt einen Satz von ringförmigen Nockenteilen 155,
an denen die Nockenflächen 151 bzw. 151 a der Antriebsmechanismen 150 ausgebildet
sind. Jedes Nockentei1155 ist mit der Antriebswelle 115 nahe einem der Kolben 130
und 140 verbunden und besitzt eine ringförmige, drei Vorsprünge aufweisende Nockenfläche
151 bzw. 151 a, die der benachbarten Nockenfläche 152 bzw. 152
a des betreffenden Kolbens 130 bzw. 140 gleichachsig gegenüber
liegt. Jedes der ringförmigen Nockenteile 155 ist mit der Antriebswelle 115 durch
einen Keil verbunden, der in eine dazu passende Keilnut 156 der Welle eingreift,
und axiale Bewegungen der Nockenteile 155 längs der Welle 115 werden durch Halteringe
157 verhindert. Die in Abständen verteilten Nockenteile 155 und die an ihnen ausgebildeten
Nockenflächen 151,151 a drehen sich daher gemeinsam gegenüber den Kolben 130 und
140, wenn die Antriebswelle 115 gedreht wird.
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Bei jedem Antriebsmechanismus 150 ist ein Satz von drei Wälzkörpern.
160 vorgesehen, die reibungsschlüssig mit den einander gegenüberliegenden
Nockenflächen 151 und 152 bzw. 151 a und 152 a zusammenarbeiten. Wälzkörper
160 sind im vorliegenden Fall Rollen, jedoch können auch Kugeln vorgesehen sein.
Ein Rollenhalter 161 ist an der Welle 115 zwischen den Nockenflächen 151 und 152
drehbar befestigt und dient dazu, die Rollen 160 in gleichmäßigen Winkelabständen
um die Welle 115 herum zu halten. Außerdem werden axiale Bewegungen der Rollenhalter
161 gegenüber der Welle 115 durch die Halteringe 157 verhindert; die Rollen 160
sind so angeordnet, daß sich jede Rolle gegenüber dem zugehörigen Haltering 161
axial bewegen kann.
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Es wird dafür gesorgt, daß die Bewegungen der Halteteile
161 und sämtlicher Rollen 160 relativ zueinander so gesteuert werden,
daß die Pumpenaggregate 101 und 102 beim Gebrauch der Pumpe 100 in Abstimmung
aufeinander arbeiten. Zu diesem Zweck sind einander benachbarte Rollenhalter oder
Käfige 161 im Inneren der Teilaggregate 101 bis 104 durch Zwischenglieder 162 und
Stifte 163 so miteinander verbunden, daß sie sich gemeinsam um die Antriebswelle
115 drehen müssen. Die streifenförmigen Verbindungsglieder 162 für die Käfige 161
sind in F i g.1 für das Aggregat 101 und einen Teil des Aggregats 102 dargestellt,
während die Verbindungsglieder für sämtliche Pumpenaggregate in F i g. 2 schematisch
angedeutet sind.
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Die Bewegungen der Rollenkäfige 161 a an beiden Enden der Pumpe 100
werden durch einen Planetenmechanismus 164 aufeinander abgestimmt, der zwei Zahnkränze
165 und 166 umfaßt, zwischen denen Kegelzahnräder 167 angeordnet sind. Der
Zahnkranz 165 ist mit der Stirnplatte 110 durch Stifte verbunden, während der Zahnkranz
166 mit der Antriebswelle 115 drehfest verbunden ist. Die Kegelzahnräder 167 kämmen
mit den Zahnkränzen 165 und 166 und sind mit dem benachbarten Rollenkäfig 161 a
durch Bauteile 168 und Stifte 169 verbunden. Auf diese Weise bewirken die Kegelzahnräder,
daß der mit ihnen verbundene Rollenkäfig 161 a um die Antriebswelle 115 im
wesentlichen mit der gleichen herabgesetzten Drehzahl gedreht wird wie die übrigen
Rollenkäfige 161.
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Eine Drehung der Antriebswelle 115 bewirkt, daß die ringförmigen Nockenteile
155 mit den Nockenvorsprüngen 151 und 151 a mit der gleichen Drehzahl umlaufen,
die dann reibungsschlüssig mit den benachbarten Rollen 160 zusammenarbeiten und
die Rollen 160 zusammen mit den zugehörigen Käfigen 161 veranlassen, sich um die
Antriebswelle 115 zu drehen. Da die Rollen 160 zwischen den Nockenflächen 151 und
152 bzw. 151 a und 152 a angeordnet sind und mit ihnen zusammenarbeiten,
bewirkt die Drehung der Welle 115, daß die Rollen 160 auf den Nockenflächen abrollen,
wobei die Vorsprünge 153 und 154 die Rollen 160 veranlassen, sich gegenüber der
Welle 115 axial zu verschieben. Die mit der Nockenfläche 151 bzw. 151 a versehenen
Nockenteile 155 sind gegen axiale Bewegungen gesichert, so daß die kreisenden Rollen
160 die Ringkolben 130 und 140 entgegen der Vorspannkraft der Federn 183 hin und
her bewegen. Bei dieser Hin-und Herbewegung der einander zugewandten Kolben 130
und 140 wird ein Druck auf das in den ringförmigen Kolbenkammern 185 enthaltene
Fluid aufgebracht, und das Fluid wird aus der ringförmigen Kolbenkammer 185 über
das Rückschlagveniil in die Druckleitung abgegeben. Der Förderhub der Kolben 130
und 140 ist beendet, sobald die Rollen 160 zwischen den Nockenvorsprüngen 153 und
154 liegen, wie es bezüglich des Pumpenaggregats 101 in F i g. 1 und 2 dargestellt
ist.
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Die Rollen 160 kreisen weiter, bis sie eine Lage zwischen den Nockenvorsprüngen
153 und 154 einnehmen, wie es bezüglich des Pumpenaggregats 102 gezeigt ist. Dabei
drücken die Druckfedern 183 die Kolben 130 und 140 auseinander, so daß eine weitere
Fluidmenge aus der Zulaufleitung über ein Rückschlagventil in die ringförmigen Kolbenkammern
185 einströmt, worauf sich ein weiterer Förderhub anschließt.
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Die mit den Nockenflächen 151 und 152 bzw. 151 a und
152 a zusammenarbeitenden Rollen 160 bewirken, daß jeder Kolben
130 und 140 eine Hubstrecke zurücklegt, die gleich dem Zweifachen
der Amplitude der Vorsprünge 153 und 154 bzw. gleich 2 A ist. Da die Nockenflächen
151 und 152 bei der Pumpe 100 jeweils drei in Umfangsabständen verteilte Vorsprünge
153 und 154 aufweisen, führen die Kolben 130 und 140 bei jeder Umdrehung
der Antriebswelle 115 drei Hübe aus.
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Zur Vergleichmäßigung des Förderstroms arbeiten die einzelnen Pumpenaggregate
phasenversetzt. Dazu ist der Antriebsmechanismus 150 des Pumpenaggregats-102- -in"där
Umfangsrichtung um die halbe Längd L eines Nockenvorsprungs (60°) gegenüber dem
Antriebsmechanismus 150 des Pumpenaggregats 101 versetzt. Entsprechend ist der Antriebsmechanismus
150 für das Teilaggregat 103 in der Umfangsrichtung um ein Viertel
der Länge L eines Vorsprungs (30°) gegenüber den Antriebsmechanismen 150
des Teilaggregats 101 versetzt, und die Antriebsmechanismen des Teilaggregats
104 sind entsprechend in der Umfangsrichtung um einen Betrag versetzt, der drei
Vierteln der Länge L eines Vorsprungs (90°) entspricht. Diese Beziehung zwischen
den Teilaggregaten 101 bis 104 ist in F i g. 2 schematisch dargestellt.
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Der Regelmechanismus 120 ermöglicht eine stufenlose
Regelung
der Fördermenge der Pumpe 100. Dazu werden über die Welle 123 und das Zahnsegment
121 das Ringteil 230 und über den Kugelkäfig 221 und die Lagerkugeln 222 auch die
Kolben 140 jedes Pumpenaggregats gegenüber den nicht drehbaren Kolben 130 gedreht.
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Sind die Kolben 130 und 140 bzw. deren Nockenvorsprünge oder Wellenbäuche
154 in Umfangsrichtung nicht zueinander versetzt, so arbeiten die einander zugewandten
Kolben jedes der Aggregate 101 und 104 gegenläufig phasengleich, so daß jedes Pumpenaggregat
mit der maximalen Förderleistung arbeitet. Wird dagegen der Griff 126 betätigt,
um jeden Kolben 140 gegenüber dem zugehörigen Kolben 130 in der Umfangsrichtung
um einen Betrag zu drehen, der der halben Länge L eines Nockenvorsprungs (60°) entspricht,
bewirken die Antriebsmechanismen 150 für die Kolben 130 und 140, daß die Kolben
gleichläufig in der gleichen axialen Richtung bewegt werden, so daß die Förderleistung
jedes Teilaggregats praktisch gleich Null wird. Bei Zwischenstellungen arbeitet
die Pumpe 100 mit einer entsprechenden Teilförderung.
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In F i g. 3 und 4 ist eine Brennkraftmaschine 300
dargestellt,
und zwar ein Zweitaktmotor. Dieser umfaßt ein Motorgehäuse 301 mit einer zylindrischen
Öffnung 310. Eine Kraftabgabewelle 302 ist in dem Gehäuse 301 gelagert und erstreckt
sich innerhalb des Gehäuses über die ganze Länge der Öffnung 310. Ferner umfaßt
der Motor 300 zwei einander gegenüberliegende Ringkolben 350 und 380, welche die
Welle 302 innerhalb der Öffnung 310 umschließen. Die beiden Kolben können sich beim
Betrieb des Motors axial hin und her bewegen, und sie sind mit der Kraftabgabewelle
302 durch zwei Antriebsmechanismen 450 bzw. 480 verbunden.
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Das Motorgehäuse 301 trägt mehrere Kühlrippen 303 und umfaßt ferner
zwei abnehmbare Stirnplatten 304, die gleichachsige Nabenabschnitte 305 tragen,
in welche Buchsen 306 eingebaut sind. Die Kraftabgabewelle 302 ist in dem Gehäuse
mit Hilfe der Buchsen 306 drehbar gelagert, jedoch durch mehrere Halteringe 307
gegen axiale Bewegungen gesichert. Die Halteringe 307 greifen in Ringnuten der Welle
302 ein und arbeiten mit den Nabenabschnitten 306 der Stirnwände 304 zusammen.
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Eine die Welle 302 umschließende zylindrische Buchse 308 ist in der
Öffnung 310 zwischen den Kolben 350 und 380 angeordnet und auf einer Buchse 309
derart gelagert, daß sich die Welle 302 gegenüber der Buchse 308 ungehindert drehen
kann. Der mittlere Teil der Öffnung 310 und die zylindrische Buchse 308 begrenzen
daher eine ringförmige Kolbenkammer 315 zwischen den einander gegenüberliegenden
Kolben 350 und 380. Die Endabschnitte der öffnung 310 bilden außerdem hinter den
Kolben 350 und 380 liegende Kammern 316 und 317. Innere Dichtungsringe 311 auf der
Buchse 308 sowie äußere Dichtungsringe 312 auf den beiden Kolben gewährleisten eine
einwandfreie Abdichtung der ringförmigen Kolbenkammer 315. Die Buchse 308 ist jedoch
an ihren Enden mit mehreren Öffnungen 313 versehen, um die Kammern 316 und 317 hinter
den Kolben 350 und 380 in Strömungsverbindung miteinander zu bringen.
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Der Motor 300 ist mit mehreren Zündkerzen 320 ausgerüstet, die in
das Gehäuse 301 eingebaut sind. Die Zündkerzen stehen mit der nach außen abgedichteten
ringförmigen Kolbenkammer 315 über Funkenöffnungen 321 in Verbindung und sind an
eine nicht gezeigte elektrische Zündeinrichtung angeschlossen, und es ist gleichfalls
eine nicht gezeigte Vergasungsvorrichtung vorgesehen, mittels derer der Kolbenkammer
315 ein geeignetes Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt werden kann.
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Der Motor ist mit Ventilmitteln ausgerüstet, die durch die hin- und
hergehenden Kolben betätigt werden und dazu dienen, die verbrauchten Gase aus der
Kolbenkammer zu entfernen und der Kolbenkammer eine frische Ladung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
zuzuführen. Zu diesem Zweck ist das Motorgehäuse 301 mit einer ringförmigen Ansaugkammer
330, einer ringförmigen Ausströmkammer 335 und einem ringförmigen Ansaugkanal 340
versehen. Die Ansaugkammer 330 und die Ausströmkammer 335 liegen zwischen einer
äußeren Gehäusewand 331 und dem Gehäuse 301 in der Nähe des rechten Kolbens 380,
und diese Kammern sind durch eine ringförmige Zwischenwand 332 getrennt. Auf ähnliche
Weise wird der Ausströmkana1340 durch eine äußere Gehäusewand 341 und das Gehäuse
301 nahe dem linken Kolben 350 abgegrenzt.
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Die äußere Gehäusewand 331 weist eine Einlaßöffnung auf, welche die
Ansaugkammer 330 mit dem Vergaser od. dgl. verbindet. Das Gehäuse 301 ist ferner
nahe der Ansaugkammer 330 mit mehreren in Umfangsabständen verteilten Einlaßschlitzen
333 versehen, welche die Einlaßkammer mit der Kammer 317 verbinden, wenn sich der
Kolben 380 gemäß F i g. 3 in seiner innersten Stellung befindet.
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Der dem linken Kolben 350 benachbarte Einlaßkanal 340 weist in Umfangsabständen
verteilte Schlitze 342 auf, welche den Kanal 340 mit der Kammer 316 hinter dem Kolben
350 verbinden. Außerdem ist der Ansaugkanal 340 mit mehreren in Umfangsabständen
verteilten Ansaugöffnungen 343 versehen, die den Kanal 340 mit der Kolbenkammer
315 verbinden, wenn der Kolben 350 gemäß F i g. 4 seine äußerste Stellung
einnimmt.
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Wie in F i g. 4 durch Pfeile angedeutet, ermöglicht es die beschriebene
Anordnung, ein gasförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch der Ansaugkammer 330 zuzuführen,
so daß das Gemisch über die Schlitze 333 in die Kammer 317 hinter dem Kolben 380
einströmt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann dann über die stirnseitigen Öffnungen
313 der Buchse 308 in die Kammer 316 hinter dem linken Kolben 350 strömen. Die Hin-
und Herbewegung der Kolben 350 und 380
bewirkt somit während des Betriebs
des Motors eine Vorverdichtung des Gemischs in den Kammern 316 und 317. Schließlich
strömt das vorverdichtete Gemisch über die Schlitze 342 zu dem Ansaugkanal 340 und
über die Einlaßöffnungen 343 in die Kolbenkammer 315, wenn der Kolben 380 die öffnungen
343 freigibt, wie es in F i g. 4 gezeigt ist.
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Gemäß F i g. 3 ist die äußere Gehäusewand 331 ferner mit einer Auslaßöffnung
336 versehen, über welche die Ausströmkammer 335 mit einer nicht gezeigten Abgassammelleitung
verbunden werden kann. Das Gehäuse 301 ist nahe der Ausströmkammer 335 mit mehreren
in Umfangsabständen verteilten Auslaßöffnungen 337 versehen, welche die Ausströmkammer
335 mit der Kolbenkammer 315 verbinden. Wie in F i g. 4 durch Pfeile angedeutet,
ermöglichen es die Auslaßöünungen 337 den Verbrennungsgasen, aus der Kolbenkammer
315 zu entweichen, sobald
der rechte Kolben 380 die Öffnungen 337
freigegeben hat.
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Der Motor umfaßt einen Satz von Kompressionsringen 400, die zwischen
dem Motorgehäuse 301 und jedem der Kolben 350 und 380 angeordnet sind. Außerdem
ist jeder Kolben mit mehreren axialen Keilbahnen 401 versehen, die mit benachbarten,
im Gehäuse 301 ausgebildeten Nuten 402 zusammenarbeiten. Die Keilbahnen 401 und
die Nuten 402 sichern somit die beiden Kolben gegen Drehbewegungen während des Betriebs
des Motors.
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Die Antriebsmechanismen 450 und 480 zum Antreiben der
Kraftabgabewelle 302 sind im Gehäuse 301 nahe den zugehörigen Kolben 350 und 380
untergebracht. Der Antriebsmechanismus 480 in der Kammer 317 am rechten Ende des
Motorgehäuses 301 verbindet den rechten Kolben 380 mit der Welle 302. Er umfaßt
einen ringförmigen Nocken 481, der durch Stifte 482 mit dem benachbarten Teil des
Kolbens 380 verbunden ist. Ein zweiter ringförmiger Nocken 485 ist gleichachsig
mit dem Nocken 481 angeordnet und mit einer Schwungscheibe 486 der Welle 302 durch
Stifte 487 verbunden. Die Ringnocken 481 und 485 sind von im wesentlichen
gleicher Konstruktion und mit gleichachsigen, einander zugewandten, sinusförmig
verlaufenden Nockenflächen versehen, von denen jede drei Nockenvorsprünge 483 bzw.
489 von gleicher Wellenlänge und gleicher Amplitude aufweist.
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Der Antriebsmechanismus 450 ist entsprechend in der Kammer 316 am
linken Ende des Motorgehäuses 301 untergebracht und verbindet den linken Ringkolben
350 mit der Welle 302. Er umfaßt einen Ringnocken 451, der durch Stifte
452 mit dem Kolben 350 verbunden ist, ferner einen gleichachsig mit dem Nocken 451
angeordneten Ringnocken 455, der durch Stifte 457 mit einer zweiten Schwung-Scheibe
456 auf der Welle 302 verbunden ist. Die gleichartig wie die Nocken 481 und
485 ausgebildeten Nocken 451 und 455 weisen ebenfalls je drei Vorsprünge
453 bzw. 459 auf.
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Jeder Antriebsmechanismus 450 bzw. 480 wird durch einen
Satz von drei Wälzkörpern bzw. Kugeln 460 vervollständigt. Diese sind in
Öffnungen 461 angeordnet, die in einem auf der Welle 302 drehbaren Kugelkäfig
462 in gleichmäßigen Winkelabständen ausgebildet sind. Die Öffnungen
461 ermöglichen es den Kugeln 460, sich gegenüber dem Käfig
462 axial zu bewegen. Die Kugeln. arbeiten reibungsschlüssig zwischen den
Nocken jedes Antriebsmechanismus und rollen auf den Nocken ab, wobei durch die Hin-und
Herbewegung der Kolben 350 und 380 die Nocken 455 und 485 und damit auch die Welle
302 gedreht werden. Die Kugelkäfige 462 sind mit Entlüftungsöffnungen 463 versehen,
so daß die Verbrennungsgase leicht durch die Antriebsmechanismen 450 und
480 zirkulieren können.
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Die Schwungscheiben 456 und 486 sind mit der Welle 302 so verbunden,
daß der Kolben 380 im Gehäuse 301 in einer Stellung festgelegt ist, in der
er gegenüber dem anderen Kolben 350 um einen kleinen Winkelbetrag versetzt ist.
Infolgedessen steht der an dem Kolben 480 befestigte Nocken 481 nicht
genau in Fluchtung mit dem an dem anderen Kolben 450 angebrachten Nocken 451, und
entsprechend i sind die Vorsprünge 483 des Nockens 481 um einen Winkelbetrag
gegen die Vorsprünge 453 des Nockens 451 versetzt. Im vorliegenden Fall beträgt
die Winkelversetzung des Kolbens 380 gegenüber dem Kolben 350 etwa 15°.
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Bei dieser Winkelversetzung des Nockens 481 i gegenüber dem Nocken
451 eilt die axiale Bewegung des rechten Kolbens 380 derjenigen des linken
Kolbens 350 um eine kleine Strecke d (F i g. 4) vor, d. h., zwischen den Kolben
350 und 380 besteht ein kleiner Phasenunterschied. Durch diese Anordnung wird die
Gefahr vermieden, daß der Arbeitshub der Kolben 350 und 380 beginnt, wenn die Antriebsmechanismen
450 und 480 genau in axialer Fluchtung stehen, der Motor 300 also eine Totpunktstellung
einnehmen würde. Ferner wird erreicht, daß die Antriebsmechanismen 450 und 480 so
vorgespannt werden, daß sich die Kraftabgabewelle 302 ohne Schwierigkeit in einer
vorgegebenen Drehrichtung dreht. Diese einseitig gerichtete Vorspannung wird durch
das Bestreben der Kugeln 460
hervorgerufen, eine Lage zwischen den Vorsprüngen
483 und 489 der einander zugewandten Nocken 481 und 485 einzunehmen.
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Die Verlagerung des Kolbens 380 gegenüber dem Kolben 350 führt außerdem
zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Motors, da die Spülwirkung der Kolben
verbessert wird. Da der Kolben 380 dem Kolben 350 um die axiale Strecke d voreilt,
öffnet der Kolben 380 daher die Ausströmöffnungen 337 des Motors, bevor der Kolben
350 die Einlaßöffnungen 343 freigibt. Die verbrauchten Verbrennungsgase, die sich
in der Kolbenkammer 315 angesammelt haben, beginnen daher aus der Kammer auszuströmen,
bevor der Kammer über die Einlaßöffnungen 343 eine frische Ladung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
zugeführt wird.