DE1576240A1

DE1576240A1 - Vorrichtung zur Verwendung als Motor,insbesondere Hydraulikmotor,Verbrennungskraftmaschine,Pumpe u.dgl.

Info

Publication number: DE1576240A1
Application number: DE19671576240
Authority: DE
Inventors: Kaipainen Matti Tapio
Original assignee: KAIPAINEN MATTI TAPIO
Current assignee: KAIPAINEN MATTI TAPIO
Priority date: 1966-03-12
Filing date: 1967-03-13
Publication date: 1970-05-06
Also published as: FR1514548A; SE335862B; GB1183624A

Description

DR. MÖLLER-ΒΟΒέ DIPL.-ING. GRALFS DR. MANlTZ

PATENTANWÄLTE -j j- η a J I η

München, den 13. März 1967 Bol/S - K 630

Mai;ti Tapio Kaipainen,
Halmekatu 12 A 1, Jyväskylä, Finnland

Vorrichtung zur Verwendung als Motor, insbesondere Hydraulikmotor, Verbrennungskraftmaschine, Pumpe

und dergleichen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die als Motor verwendet werden kann, indem sie durch Gasdruck betrieben wird, der erzeugt wird durch Verbrennung in seinem Zylinder oder seinen Zylindern, oder durch ein Druckmedium, zum Beispiel ein unter Druck stehendes Strömungsmittel, welches von aussen in den Zylinder oder die Zylinder geleitet wird; die Vorrichtung kann jedoch auch, falls nötig, als Pumpe verwendet werden, indem sie durch dne von aussen zugeführte Kraft oder Energie gedreht wird,

Die Erfindung kennzeichnet sich insbesondere dadurch, dass, ^ wenn die Vorrichtung als Motor verwendet wird, der auf _* dem Kolben oder den Kolben wirkende Druck, der den Kolben

to oder die Kolben in Bewegung setzt, ebenfalls einen Exzenteroder mehrere Exzenter in Drehung versetzt, die an dem

BRAUNSCHWEIG, AM BÜRGERPARK 8 «· (0531) 2848? 8 MÜNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STR. t ® (0811) 225110

Kolben oder den Kolben angebracht sind. Die exzentrische Welle bzw.-Wellen des Exzenters bzw. der Exzenter sind exzentrisch an der stationären Welle der Vorrichtung angebracht, um die der Zylinderblock konzentrisch drehbar ist, an der der Exzenter oder die Exzenter einschliesslich des Kolbens oder der Kolben, an denen sie angebracht sind, sich entlang einer kreisförmigen Bahn drehen, während der Zylinderblock in derselben Richtung in einer solchen Weise gedreht wird, dass die Drehzahl des Zylinderblocks halb so gross ist wie die des Exzenters oder der Exzenter und des Kolbens oder der Kolben, wodurch es möglich ist, einen kontinuja?lichen Arbeitsdruck alternierend an beide Gabelenden eines Jeden als Kolben dienenden Teiles bei jeder Drehung des Zylinderblocks zu richten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen beschri&en; indieser zeigen:

Figuren 1-6 schematisch ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, die

ο Figuren ^-ΛΛ schematisch die Bewegungsbahnen der verschie-

ίο denen Teile des Motors und

Q Figur 12 eine vereinfachte Ausfuhrungsform einer Ano wendung der Erfindung als Verbrennungskraft-

maschine.

Figur 6 zeigt einen Schnitt nach Linie A-B gesehen in Pfeilrichtung der Figur 5> und

Figur 5 zeigt einen Schnitt nach Linie C-D gesehen in Pfeilrichtung der Figur 6.

Die Hauptwelle 1 ist stationär und starr an dem äusseren Gehäuse befestigt, welches als Rahmen der Maschine dient, die in den Figuren 1-6 nicht dargestellt ist, um die Zeichnung übersichtlich zu halten. Ein Zylinderblock 2 ist drehbar an einer Welle 1 gelagert, und weist einen Zylinder oder einen zylindrischen Raum 3 auf, in dem ein Kolben 4-hin- und herbewejiar ist. Die in Figur 6 gezeigt Schnittansicht des Zylinders nach Linie G-D liegt entlang der Längsachse des Zylinders; ein Teil des Zylinders 3 des Zylinderblocks 2 rechts von der Linie ist nicht dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen. Der Querschnitt

und
des Zylindere 3/des Kolbens 4- ist rechtwinkelig in den

6
in den Figuren 1 bis/gezeigten Fällen, das heisst gesehe^n in der Richtung der Linie C-D. Ein Exzenter 5 ist so angebracht, dass er durch den Zylinder läuft, wobei die exzentrische Welle 6 so angebracht ist, dass sie sich innerhalb

_o der stationären Welle 1 exzentrisch dreht. ο

~* Wenn die Vorrichtung nach den Figuren 1-6 als Hydraulik-_σ motor arbeitet, w±d ein Druckströmungsmittel in den Zylinder ο 3 an der unteren Seite des Kolbens M- nach Figur 1 geleitete Wenn sich der Zylinderblock 2 ein wenig in Richtung der Pfeile in Figur 1 über seinen Todpunkt hinaus bewegt hat,

z.B. aufgrund der Trägheitskraft, drückt das Druckströmungsmtttel den Kolben 4 nach oben und bewirkt gleichzeitig dass sich der Exzenter 5 um seine Welle 6 in Richtung der in ihm gezeichneten Pfeile dreht, d.h. im Uhrzeigersinn, und bewirkt gleichzeitig dass sich der Zylinderblock 2 im Uhrzeigersinn um seine Welle 1 dreht. Der Zylinderblock bewegt sich zuerst in die In Figur 2 gezeigte Stellung. Wenn das Druckströmungsmittel weiter auf a.en sich bewegenden Kolben wirkt, erreicht der Kolben sowie der Zylinderblock nacheinander die Stellungen, die In den Figuren, 3_t 4- und gezeigt sind. Der Exzenter 5 hat sich nun einmal um seine Welle 6 gedreht, während sich der Zylinderblock 2 um eine M.be Drehung um die Welle 1 gedreht hat.

Daraufhin, wenn sich der Kolben in der in Figur 5 gezeigten Stellung befindet, wird das Druckströmungsmittel durch einen Verteiler und Kanäle geleitet, die zu dem Zylinder unterhalb des Kolbens führt, der aus Gründen der Vereinfachung und Klarheit nicht in der Zeichnung gezeigt ist. Gleichzeitig öffnen sich in der Zeichnung nicht dargestellte öffnungen und Kanäle, durch die das Strömungsmittel aus dem oberen Ende des Zylinders ausströmen kann, gemäss dem in Figur 5

C₅ gezeigten Fall. Die Vorrichtung fährt dann fort in derselben

co Weise zu arbeiten, wie es in Bezug auf die Figuren Ή> be-

-* schrieben ist, wobei sich der Zylinderblock um seine nächste Q halbe Drehung um die Welle 1 dreht.

Das Druckströmungsmittel kann immer von der einen Seite des Zylinders abströmen, wenn es in die arifere Seite des Zylinders eingeleitet oder eingeführt wird. Zur Kraftübertragung, d.h. als Antriebswelle der Vorrichtung, kann entweder die Welle 6 oder der wellenförmige Teil des Zylinderblocks verwendet werden, der sich um die Welle 1 dreht.

Die Figuren 7-10 zeigen schematiah die Bewegungsbahnen der bewegbaren Teile der Vorrichtung. Der Zylinder, in dem sich der Kolben bewegt, ist schematisch als sehr schmaler und langer Raum 7 dargestellt, wobei in diesen Figuren der. sich bewegende Zylinder zur besseren Übersicht nicht dargestellt ist. Mit 8 ist die Welle des Zylinderblocks und mit 9 die Welle des Exzenters bezeichnet, die der Welle 6 in den Figuren 1-6 entspricht. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet das mathematische axiale Zentrum, um das sich der Kolben dreht. Die Stellungen der in den Figuren 7-10 dargestellten Teilen entsprechen den Stellungen, die in den Figuren 1-5 gezeigt sind, und zwar entspricht Figur 1 der Figur 7» Figur 2 der Figur 8, Figur 3 der Figur 9> usw.

Die Figuren 7-10 zeigen, dass sich <äs Zentrum 10 des. _ö Exzenters entlang einer kreisförmigen Bahn bewegt, und

co dass seine Drehzahl das doppelte der des Zylinder ist.

-» Die Längsachse des Kolbens, der eine hin- und hergehende

"^ Bewegung in dem Zylinderraum ausübt, ist entlang der Q Längsachse des Zylinders gerichtet. Da sich das Zentrum des Kolbens stets an dem Zentrum des Exzenters befindet, bewegt sich der Kolben entlang derselben kreisförmigen

Bahn wie das Zentrum 10 des Exzenters. Der Kolben bewegt sich hin und her in Bezug auf den sich drehenden Zylinderblofc während die absolute Bewegung des Kolbens, d.h. seine Bewegungsbahn im Raum oder seine Bewegungsbahn in Bezug auf den umgebenden stationären Rahmen kreisförmig ist. Die

Vorrichtung hat folglich keine retardierenden Trägheits-

en
wirkung' aufgrund der Masse. Aufgrund der kreisförmigen

Bewegungsbahn muss die Bewegung des Kolbens nicht an irgendwelchen gegebenen Todpunkten gestoppt werden, wie es der Fall bei einem Kolben ist, der eine Bewegung ausführt, die hin und her geht, ausser in Bezug auf den Zylinder sowie auf den umgebenden Raum. Der Arbeitsdruck wirkt ständig
auf den Kolben, d.h., während jedem Hub alternierend von beiden Seiten des Kolbens. Ein üblicher Motor, der einen Kolben, eine Pleuelstange und eine Kurbelwelle aufweist, muss unbedingt ein Kurbelgehäuse haben. Der erfindungsgemässe Motor benötigt nicht ein derartiges Kurbelgehäuse, dadurch wird die Abmessung des Motors beträchtlich verringert .

Das NichtVorhandensein einer retardierenden oder bremsenden Trägheitswirkung ermöglicht einen weiten Bereich von leicht steuerbaren Drehzahlen und einen niedrigen Brenn-

jo stoffverbrauch, falls der Motor als Verbrennungskraftma- -» schine verwendet wird.

^ Wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung als Zweitakb-Veras

brennungskraftmaschine verwenfet wird, kann dieses bei-

spieleweise in der in Figur 12 gezeigten Weiße durchgeführt werden. Me Zylinder 12 sind starr mittels der Arme 13 mit dem Lagerteil 14 verbunden, welches an dem Excenter 3 angebracht ist. Die aus den !Teilen 12, 13 und 14-bestehende Einheit entspricht somit dem Kolben 4-, der in φβη Figuren 1-5 gezeigt ist.

Oa kein Kurbelgehäuse vorhanden ist, welches rum Verdichten der GaBmischung verwendet werden könnte, kann die Gasmischung im voraus beispielsweise mittels eines Kompressors verdichtet und Über den Kanal 11 (Figur 12) in den Raum in dem Zylinder 3 «wischen den Zylindern 12 geleitet werden und von dort durch dl· Kanäle 15 in den Kolben geleitet werden in der bei Zweitakt-Verbrennungsmaschinen bekannten Weise. Die verbrennende und expandierende Gasmischung, welche in dem Zylinder in einem geeigneten Moment in an sich bekannter Weise gesundet wird, bewirkt dann die Bewegung des Kolbens der Verbrennungsmaschine und die Drehung der Naschine. Die

Öffnung des Auslassventils für die Abgase und die Leitung der Q«se in das Auspuffrohr kann z.B. in der Weise durchgeführt werden, dass um die Zylinder an der Aussenseite ein Rahmenring 16 angeordnet ist, entlang dessen innerer Fläche

_o die Zylinderabdeckungen gleiten können, wobei eine VentiΙα to öffnungseinrichtung vorgesehen sein kann, so dass die Aus-

-» puffgase in einem geeigneten Moment in einen Kanal oder

**·* eine Rut oder Ausnehmung in dem Rahmenring 16 entleert wero

Q den können und von dort beispielsweise durch die Öffnung

17 abgeleitet werden. Die Abgase können auch durch geeignete Ventile und Kanäle über das lagerförmige Teil 21 entleert

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werden, welches sich um das Zentrum oder die Welle 1 dreht.

Mit 18 sind die Zündkerzen bezeichnet. Die elektrischen Drähte 19 sind an das sich drehende ringförmige Teil 20 angeschlossen und erhalten von dort den für die Zündung erforderlichen Strom in einem geeigneten Moment. Die Vorrichtung gemäss der Erfindung kann auch als Dieselmotor Verwendet werden, in diesem Fall sind Zündkerzen und elektrische Zuführungen nicht erforderlich. Die Ausstossung der Abgase wird gefördert durch die Zentripetalkraft, die auf die Gase in dem Zylinder wirkt. Da die Zentripetalkraft verwendet werden kann beim Austausch der Gasladung, ist es wahrscheinlich nicht immer erforderlich, die Gasmischung, welche in den Kanal 11 geleitet werden soll, vorher zu verdichten. Die ausströmenden Abgase können nämlich auch eine neue Gasmischung durch den Kanal 11 ansaugen.

Die Kolben und Zylinder können auch einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die in den Figuren 1-5 gezeigten Zylinderblccke können zwei oder mehr sein, die starr miteinander verbunden und so angebracht sind, dass sie sich um dieselbe Welle drehen. Gesehen in Richtung der Welle 1, ° können die Zylinder in geeigneten Winkeln im Bezug zueiu- __> ander angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Drehmoment

-^ des Motors im Bezug auf die Kraftwelle konstant gemacht ο

-*■ werden. Indem der Rahmen kastenförmig ausgelegt wird, ο

^β welches nicht ir. der Zeichnung dargestellt irt, v;i -ä P ^ υπ:

BAD ORIGINAL '

erhalten zwischen ihm und dem Zy3inderblock, der als Kühlluftraum verwendet werden kann, wobei der Zylinderblock so wie er ist, oder möglicherweise mit Flügeln ausgestattet, als Zentripetalgebläse wirkt, welches Kühlluft in den erwähnten Raum ansaugt tind die Warmluft von dort ableitet.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch als Pumpe verwendet werden, in_dem sie in der erwähnten Weise gedreht wird mittels einer Aussenenergiequelle und indem die Kolber Strömungsmittel in die Zylinder ansaugen über die Einlasskanäle für das Strömungsmittel, und das Strömungsmittel aus den Zylindern entleeren über die Auslasskanäle für das Strömungsmittel. Falls ein Einzylindermotor, z.B. der Hydraulikmotor nach den Figuren 1-6 als Pumpe verwendet wird und falls das Lagerteil oder die hohle Welle 21 als Antriebswelle für die Pumpe verwendet werden soll, müsste der Zylinderblock bei der Vorrichtung in der in Figur 3 gezeigten Stellung drehbar sein um die Welle 1 und den benachbart angeordneten Exzenter 5, wobei die Kolben sich nicht bewegen und keine Pumpenwirl·^jing stattfindet. Um eine derartige Situation zu vermeiden, muss die Welle 6 als Antriebswelle verwendet werden und nicht das Lagerteil

_o oder die hohle Welle 21. Die Welle 21 kann als Antriebs-

co welle für die Pumpe verwendet werden, wenn diese mit der

--¹ Welle 6 beispielsweise mittels Zahnrädern verbunden ist. to

Q Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch als Hydraulikmotor beispielsweise bei der Kraftübertragung in Automobilen verwendet werden, wobei die übliche Kupplung, Gangschaltung

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- ίο -

und AnirLebsgetriebe nicht benötigt werden. Die Drehzahl und das Drehmoment des Hydraulikmotors kann in bekannter Weise gesteuert werden durch Regelung des Druckes und der. Strömungsgeschwindigkeit des Druckströmungsmittels, z.B. durch geeignete Drossel- oder Regeleinrichtungen. Falls ein Hydraulikmotor getrennt an jedem Rad des Automobils angebracht ist, sind nichb einmal Bremsen erforderlich, da, falls nötig, der Hydraulikmotor als Pumpe ebenfalls zum Bremsen verwendet werden kann, indem der Strömungswiderstand des von der Pumpe gepumpten Strömungsmittels beispielsweise mittels einer Drossel- oder Regeleinrichtung, erhöht wird. Das Gewicht des Rades des Kraftfahrzeuges
wird verringert, wodurch sich ein entsprechendes weicheres Fahren ergibt in Bezug auf die Federn.

Die Erfindung ist nicht auf die erwähnten und beschriebenen praktischen Ausführungsbeispiele beschränkt; es sind viele Abwandlungen möglich innerhalb des Schutzumfanges.

Patentansprüche:

Ü 0 98 1 9/0109

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung, welche als Motor verwendet; werden kann, indem sie mittels eines Gasdruckes, der durch Verbrennung innerhalb seines Zylinders oder seiner Zylinder bewirkt wird,' oder mittels eines Druckmediums, z.B. eines unter Druck stehenden Strömungsmittels, welches von aussen in den Zylinder oder die Zylinder geleitet wird, oder welche als Pumpe verwendet werden kann, indem sie durch eine von aussen kommende Kraft gedreht wird, dadurch gekennzeichnet , dass wenn die Vorrichtung als Motor verwendet wird, der auf den Kolben oder die Kolben (4) wirkende Druck, der den Kolben oder die Kolben bewegt, auch einen Exzenter (5) oder mehere Exzenter dreht, die an dem Kolben oder den Kolben angebracht sid, wobei die Exzenterwelle (6) oder-wellen des Exzenters oder der Exzenter exzentrisch an der stationären Welle (1) der Vorrichtung angebracht ist bzw. sind, um die die Welle

des Zylinderblocks (2) konzentrisch drehbar ist, wobei der Exzenter (5) oner die Exzenter mit dem bzw. den angebrachten Kolben (4) entlang einer kreisförmigen Bahn drehbar sind, während sich der Zylinderblock (2) in derselben Richtung in so einer Weise dreht, dass die Drehzahl des Zylinderblockes halb so gross ist wie die des Exzenters oder der Exzenter (5) und des Kolbens oder da? Kolben (4), so dass es möglich ist, einen kontinuierlichen Arbeitsdruck alternierend auf beide Gabelenden eines ,jeden als Kolben dienender: Teiles "bei f"eder Drehung des ZylirIe^bIorkes zu leiten.

009819/0109
BAD ORIGINAL

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass ein oder mehrere Zylinderblöcke (2), die starr miteinander verbunden sind, an der stationären Welle (1) der Vorrichtung angebracht sind, dass ein oder mehr Zylinder (3) mit den Kolben (4) in Jedem Zylinderblock angeordnet sind, wobei, wenn zwei oder mehr Zylinder vorgesehen sind, die mathematischen Achsen in der Längsrichtung der Zylinder geeignete Winkel miteinader bilden, gesehen in Richtung des Hauptachse (1) der Vorrichtung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Querschnitt der Zylinder (3) und der Kolben (4) kreisförmig, oval oder polygonal ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Welle (6) des Exzenters und das Lagerteil (21) des Zylinderblockes, wenn die Vorrichtung als Pumpe verwendet wird, miteinander durch Zahnräder verbunden sind, oder dass nur die Welle (6) des Exzenters als Kraft- oder Antriebswelle verwendet wird.

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