DE19500854C2

DE19500854C2 - Reciprocating machine

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Publication number: DE19500854C2
Application number: DE19500854A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: BECK, WALTER, 84034 LANDSHUT, DE
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2015-01-14
Also published as: DE19500854A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a reciprocating piston machine according to the Preamble of claim 1.

Hubkolbenmaschinen sind allgemein bekannt. Als heutzutage wohl gängigste Hubkolbenmaschine ist der Vier-Zylinder-Reihenmotor anzusehen, bei dem vier Zylinder in einer Reihe hintereinander angeordnet sind. Die zugehörigen Kolben beaufschlagen jeweils über ein Pleuel eine gemeinsame Kurbelwelle und versetzen diese in Drehbewegung. Zur Lagerung der Kurbelwelle bzw. der Pleuel auf der Kurbelwelle sind üblicherweise fünf Kurbelwellenhauptlager und vier Kurbelwellenzapfenlager vorgesehen. Somit tritt eine Reibung in neun Lagern auf, die die Nennleistung des Motors beträchtlich reduziert.Reciprocating engines are generally known. Than probably nowadays The most common piston engine is the four-cylinder in-line engine look at the four cylinders in a row in a row are arranged. The associated pistons act on each a common crankshaft via a connecting rod and move it in rotary motion. For storing the crankshaft or connecting rods there are usually five on the crankshaft Main crankshaft bearings and four crankshaft journal bearings intended. Thus, friction occurs in nine bearings, which the Motor rated power considerably reduced.

Darüberhinaus wird die Kurbelwelle durch eine Reihen-Anordnung sehr lang und damit verwindungsanfällig, so daß Maßnahmen zur Dämpfung von Drehschwingungen der Kurbelwelle erforderlich werden.In addition, the crankshaft is arranged in a row very long and therefore prone to twisting, so that measures for Damping of torsional vibrations of the crankshaft is required will.

Im übrigen treten bei der Verwendung von Pleueln Schwingungen zweiter und höherer Ordnungen auf, welche die sinusförmigen Kolbenbewegungen überlagern. Durch diese Schwingungen ergibt sich ein Vibrieren des Motors und ein relativ rauher Motorlauf.Otherwise, vibrations occur when using connecting rods second and higher orders, which are the sinusoidal ones Superimpose piston movements. Resulting from these vibrations vibration of the engine and a relatively rough engine run.

Zur Verminderung der Kurbelwellenlagerreibung ist in der DE 34 47 663 A1 ein sogenannter Kurbelschleifenmotor vorgeschlagen worden. Bei diesem sind die Zylinder nach dem Boxerprinzip angeordnet, wobei bei der Auf- und Abbewegung der Kolben die Kraft über eine zwischen zwei diametral gegenüberliegenden Kolben starr angeordnete Kurbelwellenschleife auf die Kurbelwelle übertragen wird, die dadurch eine Drehbewegung ausführt.To reduce the crankshaft bearing friction is in the DE 34 47 663 A1 a so-called crank loop motor been proposed. In this, the cylinders are after the Boxer principle arranged, with the up and down movement of the Piston the force over one between two diametrically Opposite pistons rigidly arranged crankshaft loop is transmitted to the crankshaft, which is a Rotates.

Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist, daß auf einen, die Wirkverbindung zwischen Kurbelwellenschleife und Kurbelwelle herstellenden und diesen Elementen zwischengeschalteten Antriebsblock nur jeweils zwei Zylinder wirken können. Bei einer Anordnung von einem Vielfachen von zwei Zylindern ist auch eine entsprechende Anzahl von Kurbelwellenschleifen vorzusehen. Es ist daher nicht möglich, die Kolben in einer zur Kurbelwellenachse senkrechten, gemeinsamen Ebene anzuordnen, so daß beispielsweise bei einer Vier- oder Sechszylindermaschine ebenfalls eine Reihenschaltung von jeweils zwei diametral gegenüberliegenden Kolben-Zylinder-Anordnungen in Achsrichtung der Kurbelwelle erforderlich ist. Dadurch werden wiederum mehrere Kurbelwellenhaupt- sowie Kurbelwellenzapfenlager notwendig, mit dem Nachteil einer erhöhten Lagerreibung. Darüberhinaus ist bei dem bekannten Kurbelschleifenmotor kein vollständiger Massenausgleich möglich.The disadvantage of this embodiment is that on one that Active connection between crankshaft loop and crankshaft manufacturing and these elements interposed Drive block can only act two cylinders at a time. At a Arrangement of a multiple of two cylinders is also one provide the appropriate number of crankshaft loops. It is therefore not possible to use the pistons in one To arrange the crankshaft axis vertical, common plane, see above that for example in a four or six cylinder machine also a series connection of two diametrically opposite piston-cylinder arrangements in the axial direction the crankshaft is required. This will in turn several crankshaft main and crankshaft journal bearings necessary, with the disadvantage of increased bearing friction. In addition, there is none in the known cranked loop motor full mass balance possible.

Aus der WO 90/06426 ist eine Hubkolbenmaschine der eingangs genannten Art bekannt, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnungen sternförmig um die in Drehbewegung versetzbare Kurbelwelle positioniert sind. An jedem Kolben starr befestigte Gleitelemente werden in einem auf einem exzentrisches Teil der Kurbelwelle gelagerten Antriebsblock geführt, wobei bei der Auf- und Abbewegung der Kolben eine relative, seitliche Verschiebung zwischen Kolben und Antriebsblock stattfindet.From WO 90/06426 is a reciprocating piston machine at the beginning known type, the piston-cylinder arrangements Star-shaped around the crankshaft, which can be rotated are positioned. Rigidly attached to each piston Sliding elements are in an on an eccentric part of the Drive block mounted on the crankshaft. and movement of the pistons relative lateral displacement between piston and drive block.

Nachteilig hierbei ist, daß die Kolbenführung im wesentlichen durch den Antriebsblock und ein darin aufgenommenes Gleitelement übernommen wird, was zu einer nicht unbeträchtlichen Reibung führt. Zur Vermeidung einer Verkantung der Gleitelemente müssen diese eine vorbestimmte Mindestlänge aufweisen, wodurch die Reibung zusätzlich zunimmt. Auch ist der Herstellungs- und Wartungsaufwand dieser bekannten Konstruktion relativ hoch. Ferner können auch bei dieser Konstruktion nicht alle Kolben- Zylinder-Anordnungen in einer gemeinsamen, senkrecht zur Kurbelwellenachse ausgerichteten Ebene angeordnet werden, wodurch auch hierbei kein vollständiger Massenausgleich möglich ist.The disadvantage here is that the piston guide essentially through the drive block and a sliding element received therein is taken over, which leads to a not inconsiderable friction leads. To avoid canting of the sliding elements these have a predetermined minimum length, whereby the Friction also increases. Also the manufacturing and Maintenance effort of this known construction is relatively high. Furthermore, not all piston Cylinder arrangements in a common, perpendicular to Crankshaft axis aligned plane are arranged whereby a complete mass balance is not possible here either is.

Aus der DE-OS 20 00 375 sowie der DE 35 26 882 A1 sind ebenfalls Konstruktionen der hier fraglichen Art bekannt, bei der zwei jeweils einander gegenüberliegende Platten, welche mit Membrantellern oder Kolben verbunden sind, über ein Verbindungselement gegeneinander unverrückbar gehalten werden. Zwischen den Platten ist ein Prisma mit parallelen Seitenflächen aufgenommen, in dem mittig ein exzentrisches Lager vorgesehen ist. Gemäß einer Ausführungsform der bekannten Konstruktion sind die Platten mittels kreisbogenförmiger Teile verbunden, die seitlich an den Platten befestigt sind.From DE-OS 20 00 375 and DE 35 26 882 A1 are also Constructions of the type in question known here, in the two each opposite plates, which with Membrane plates or pistons are connected via a Connection element are held immovably against each other. Between the plates is a prism with parallel sides added an eccentric bearing in the middle is. According to an embodiment of the known construction the plates are connected by means of circular parts, which are attached to the side of the plates.

Nachteilig hierbei ist, daß die kreisbogenförmigen Verbindungselemente zur Aufnahme von zum Teil erheblichen Biegebelastungen massiv und voluminös ausgeführt werden müssen. Dies vergrößert die Schwungmasse, erhöht die Herstellungskosten und wirkt sich nachteilig auf die Dimensionierung der Gesamtanordnung aus.The disadvantage here is that the circular arc Fasteners for receiving sometimes considerable Bending loads must be massive and voluminous. This increases the flywheel mass, increases the manufacturing costs and adversely affects the dimensioning of the Overall arrangement.

Darüber hinaus können bei der bekannten Konstruktion nicht mehrere Verbindungsteile nebeneinander angeordnet werden, so daß die maximal erreichbare Kolben-Zylinderzahl in einer Radialebene auf vier begrenzt ist.In addition, the known construction cannot several connecting parts are arranged side by side, so that the maximum achievable number of piston-cylinders in a radial plane is limited to four.

Ferner ist auch kein derart symmetrischer Aufbau der Anordnung möglich, daß ein vollständiger Massenausgleich erreichbar wird.Furthermore, there is no such symmetrical structure of the arrangement possible that a complete mass balance can be achieved.

Schließlich kann es durch eine einseitige Anordnung des Verbindungselements, insbesondere bei höheren Drehzahlen, zu einer einseitigen Verformung der Kolben-Zylinder-Anordnung mit der Gefahr einer Verkantung, eines erhöhten Verschleißes und einer erhöhten Reibung kommen. Insgesamt wirkt sich dies nachteilig auf die Lebensdauer der bekannten Konstruktion aus.Finally, it can by a one-sided arrangement of the Connecting element, especially at higher speeds a one-sided deformation of the piston-cylinder arrangement with the risk of canting, increased wear and increased friction. Overall, this affects disadvantageous on the life of the known construction.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hubkolbenmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine kompakte, klein dimensionierbare sowie herstellungs- und wartungstechnisch einfache Bauweise der Maschine auch bei größerer Zylinderzahl möglich ist, wobei die Reibung im Betrieb möglichst klein gehalten werden soll.The object of the invention is to provide a reciprocating piston engine further developed in such a way that a compact, small dimensions as well as manufacturing and maintenance technology simple construction of the machine even with a large number of cylinders is possible, the friction during operation being as small as possible to be held.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in claim 1 solved.

Durch die Vorbeiführung der Verbindungselemente in Axialrichtung der Kurbelwelle nahe und im wesentlichen spielfrei an einer Seitenfläche des exzentrisches Teils kann eine Vielzahl von Kolben-Zylinder-Anordnungen in einer gemeinsamen Radialebene kompakt positioniert werden. Dabei reihen sich die verschiedenen Verbindungselemente in Axialrichtung der Kurbelwelle jeweils in geringem Abstand aneinander bzw. sind in geringem Abstand aneinander vorbeigeführt.By passing the connecting elements in the axial direction close to the crankshaft and essentially free of play on one Side surface of the eccentric part can be a variety of Piston-cylinder arrangements in a common radial plane be positioned compactly. The various are lined up Connecting elements in the axial direction of the crankshaft in each case close to each other or are close together led past each other.

Eine äußerst kompakte Bauweise der Hubkolbenmaschine läßt sich auch dadurch erreichen, daß die mit dem Antriebsblock zusammenwirkenden Elemente des Kolbens unmittelbar an diesem angeordnet sind. Dadurch wird ein kleiner Abstand zwischen der Kurbelwellenachse und den Kolben - und somit ein kleiner Durchmesser der Maschine - erzielt.An extremely compact design of the reciprocating machine can be also achieve that with the drive block interacting elements of the piston directly on this are arranged. This will create a small gap between the Crankshaft axis and the piston - and thus a small one Machine diameter - achieved.

Dadurch, daß die Verbindungselemente in Axialrichtung der Kurbelwelle nahe an einer Seitenfläche des exzentrischen Teils vorbeigeführt sind, verlaufen sie relativ zentral, so daß Biegebelastungen gut aufgenommen werden und sich eine zu massive und voluminöse Bauweise vermeiden läßt.The fact that the connecting elements in the axial direction Crankshaft close to a side surface of the eccentric part are passed, they run relatively centrally, so that Bending loads are well absorbed and become too massive and avoid voluminous construction.

Bei der vorliegenden Hubkolbenmaschine übernimmt der Antriebsblock keinerlei Kolbenführungsfunktion, sondern dient lediglich der Kraftübertragung zwischen Kolben und Kurbelwelle. Dementsprechend kann die Reibung gering gehalten werden, so daß die Verlustleistung des Motors reduziert ist. Beim Betrieb der Maschine als Motor kann der Kraftstoffverbrauch gesenkt und im übrigen der Wirkungsgrad erhöht werden.In the present piston engine, the Drive block no piston guide function, but serves only the power transmission between the piston and crankshaft. Accordingly, the friction can be kept low, so that the power loss of the motor is reduced. When operating the Machine as an engine can reduce fuel consumption and in remaining efficiency can be increased.

Die Aneinander-Vorbeiführung von mehreren Verbindungselementen läßt sich auf einfache Weise durch eine Anordnung der Verbindungselemente an beiden in Axialrichtung der Kurbelwelle gelegenen Seiten eines zugeordneten Kolbens erreichen, da die Axialbeabstandung des jeweiligen Verbindungselements vom exzentrischen Teil durch ein einfaches Abstandselement, welches zwischen Kolben und Führungselement zwischengeschaltet ist, herbeigeführt werden kann.The passing of several connecting elements can be easily arranged by arranging the Connecting elements on both in the axial direction of the crankshaft reach the sides of an associated piston because the Axial spacing of the respective connecting element from eccentric part by a simple spacer, which is interposed between the piston and the guide element, can be brought about.

Es sind jeweils zwei Verbindungselemente vorhanden, wobei jedes an jeweils einer der beiden Seiten des exzentrischen Teils der Kurbelwelle seitlich vorbeigeführt ist. So kann die auf den Kolben und das Führungselement einwirkende Belastung gleichmäßig verteilt werden. Dabei werden die von einem Kolben auf ein diametral gegenüberliegendes Abstützelement bzw. den diametral gegenüberliegenden Kolben ausgeübten Kräfte gleichmäßig und im wesentlichen ohne Kippmomente übertragen. Dementsprechend können dadurch Reibungen zwischen den aneinander gleitenden Flächen reduziert und die Gefahr einer Verkantung vermieden werden.There are two connecting elements each, each on either side of the eccentric part of the Crankshaft is passed to the side. So it can on the Piston and the guide element acting load evenly be distributed. Doing this from one piston to one diametrically opposite support element or the diametrically opposing pistons exerted forces evenly and in transmitted essentially without tilting moments. Accordingly, you can this causes friction between the sliding surfaces reduced and the risk of jamming can be avoided.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist gegenüberliegend der Anlagefläche des Antriebsblocks das Abstützelement am Verbindungselement angeordnet. Es liegt am Antriebsblock derart an, daß dieser spielfrei, jedoch relativ verschiebbar aufgenommen ist. Damit ist eine einwandfreie und genau definierte Führung des Antriebsblocks gegenüber jedem Kolben gewährleistet, und die Gefahr eines Abhebens des Kolbens vom Antriebsblock vermieden.According to a particularly advantageous embodiment opposite the contact surface of the drive block Support element arranged on the connecting element. It's because Drive block in such a way that it is free of play, but relatively is slidably received. This is a flawless and precisely defined guidance of the drive block towards everyone Piston guaranteed, and the risk of lifting the piston avoided by the drive block.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kolben in gleichem Winkelabstand voneinander und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die sich senkrecht zur Achse der Kurbelwelle erstreckt. Eine Hintereinander- bzw. Reihenanordnung von Kolben oder Kolbeneinheiten in Richtung der Kurbelwellenachse ist nicht erforderlich. Die Anzahl der Kurbelwellenhaupt- und Kurbelwellenzapfenlager kann somit auf ein Minimum beschränkt werden. Darüberhinaus reduziert sich die axiale Erstreckung der Hubkolbenmaschine etwa auf die Breite einer Kolben-Zylinder- Anordnung.According to a preferred embodiment, the pistons are in equal angular distance from each other and in a common Plane arranged perpendicular to the axis of the crankshaft extends. A series or series of pistons or piston units in the direction of the crankshaft axis is not required. The number of crankshaft main and Crankshaft journal bearings can thus be kept to a minimum will. In addition, the axial extent of the is reduced Reciprocating machine about the width of a piston-cylinder Arrangement.

Bei einer Wahl von zwei oder mehr Achsen von Kolben-Zylinder- Anordnungen ist darüber hinaus ein hundertprozentiger Massenausgleich möglich. Es kann nahezu die Laufruhe eines Elektromotors erzielt werden. When choosing two or more axes of piston-cylinder Orders is also a hundred percent Mass balance possible. It can almost be a smooth running Electric motor can be achieved.

Bei einer geraden Anzahl von Zylinder-Kolben-Anordnungen sind jeweils zwei diametral gegenüberliegende Kolben durch das als Verbindungs- und Stützelement dienende Verbindungselement starr miteinander verbunden. Die zwei diametral gegenüberliegenden Kolben bewegen sich jeweils mit gleichem Abstand zueinander hin und her. Durch die Verbindungselemente und die kompakte Bauweise der Maschine ist sichergestellt, daß die auf den Kolben einwirkenden Kippmomente gering gehalten werden. Bei dieser Ausführungsform dient jeweils ein Kolben in Bezug auf den diametral gegenüberliegenden Kolben als Abstützelement.With an even number of cylinder-piston arrangements two diametrically opposite pistons by the as Connecting and supporting element serving connecting element rigid connected with each other. The two diametrically opposite Pistons move towards each other with the same distance and forth. Thanks to the connecting elements and the compact design The machine ensures that the piston acting tilting moments are kept low. At this Each embodiment serves a piston in relation to the diametrically opposite pistons as a support element.

Durch die Maßnahme, die Verbindungselemente im wesentlichen geradlinig auszubilden und derart auszurichten, daß sie die miteinander zu koppelnden Abstützelemente und Kolben oder Kolben untereinander in Richtung der wirkenden Zug- oder Druckkräfte verbinden, können relativ leichte Verbindungselemente verwendet werden, so daß eine Konstruktion mit geringem Gewicht und kleiner Dimensionierung möglich ist. Die auftretenden Belastungen können bei dieser Konstruktionsweise von einem leichter ausgeführten Bauelement aufgefangen werden. Eine massive Ausführung zur Kompensation von Biegekräften ist nicht erforderlich. Insgesamt läßt sich dadurch die immer wieder zu beschleunigende und abzubremsende Masse erheblich reduzieren, was sich positiv auf den Wirkungsgrad auswirkt.By the measure, the connecting elements essentially train in a straight line and align them in such a way that they supporting elements to be coupled with one another and pistons or pistons with each other in the direction of the acting tensile or compressive forces connect, relatively light fasteners can be used be so that a construction with light weight and smaller Dimensioning is possible. The loads that occur can in this construction from a lighter one Component to be caught. A massive version for Compensation of bending forces is not necessary. All in all can thereby be accelerated again and again reduce the braking mass considerably, which has a positive effect affects the efficiency.

Eine besonders kompakte Ausführungsform ergibt sich dann, wenn die Verbindungselemente derart flach ausgebildet sind, daß sich bei der erforderlichen Stabilität eine möglichst geringe Ausdehnung der Gesamtanordnung in Axialrichtung der Kurbelwelle ergibt.A particularly compact embodiment results when the connecting elements are designed so flat that the lowest possible with the required stability Expansion of the overall arrangement in the axial direction of the crankshaft results.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Verbindungselemente derart beidseitig um die Kurbelwelle herumgeführt, daß sie in jedem Bewegungszustand des zugeordneten Kolbens die Kurbelwelle nicht berühren. Insbesondere weisen die Verbindungselemente jeweils eine langlochartige Ausnehmung auf, durch die sich die Kurbelwelle in jedem Bewegungszustand der Kolben berührungsfrei hindurch erstreckt. According to a further advantageous embodiment of the invention are the connecting elements on both sides around the Crankshaft passed around that in any state of motion of the associated piston do not touch the crankshaft. In particular, the connecting elements each have one slot-like recess through which the crankshaft extends every movement of the pistons without contact extends.

Der Antriebsblock weist vorzugsweise plane Anlageflächen für die Kolben auf, die eine zwängungsfreie seitliche Relativverschiebung der Kolben erlauben. Durch Zwischenschaltung eines Lagers, beispielsweise eines Gleit-, insbesondere aber eines Wälzlagers, zwischen Kolben und Antriebsblock und/oder zwischen Antriebsblock und Kurbelwelle läßt sich eine äußerst geringe Reibung erreichen. Die Verwendung von Wälzlagern wirkt sich auch positiv auf die Kaltstarteigenschaften der Maschine aus.The drive block preferably has flat contact surfaces for the Piston on that a constraint-free lateral Allow relative displacement of the pistons. By intermediary a bearing, for example a sliding, but especially a rolling bearing, between the piston and the drive block and / or between the drive block and crankshaft can be extremely achieve low friction. The use of roller bearings works also has a positive impact on the cold start properties of the machine out.

Der exzentrische Teil der Kurbelwelle ist vorzugsweise als Kreisscheibe (bzw. Kreiszylinder) ausgebildet. Bei einer Kreisscheibe mit einem relativ großen Durchmesser treten zwischen Kreisscheibenumfangsfläche und der komplementären Lagerfläche des Antriebsblocks kleine spezifische Kräfte auf.The eccentric part of the crankshaft is preferably as Circular disc (or circular cylinder) formed. At a Step circular disc with a relatively large diameter between the circular disk peripheral surface and the complementary Bearing area of the drive block small specific forces.

Um eine frühzeitige Abnutzung der einzelnen Elemente zu verhindern, können die miteinander in Eingriff stehenden Flächen oder Konstruktionselemente zumindest teilweise gehärtet sein.To prevent premature wear of the individual elements can prevent the mutually engaging surfaces or construction elements at least partially hardened.

Die vorgenannte Maschine kann insbesondere nach Art eines Zweitaktmotors, eines Viertaktmotors oder eines Motors mit einer anderen Taktzahl betrieben werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, mit vorgenannter Konstruktion Kompressoren, Expansionsmaschinen oder dgl. Maschinen zu betreiben.The above-mentioned machine can, in particular, in the manner of a Two-stroke engine, a four-stroke engine or an engine with one another cycle number are operated. In addition, it is possible with the above-mentioned construction compressors, To operate expansion machines or the like.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Vorteile, anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:The invention is set out below with respect to others Advantages, based on the description of an embodiment and Reference to the accompanying drawings explained in more detail. The Drawings show in:

Fig. 1 eine stark schematisierte Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Vierzylinder-Hubkolbenmaschine, Fig. 1 is a highly schematic sectional view of an embodiment for a four-cylinder reciprocating engine,

Fig. 2 eine stark schematisierte Explosionsdarstellung von zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Kolben, die durch zwei Verbindungselemente miteinander koppelbar sind, von denen in Fig. 2 nur eines dargestellt ist. Fig. 2 is a highly schematic exploded view of two diametrically opposed pistons which can be coupled together by two connecting elements, of which only one is shown in Fig. 2.

Fig. 3 eine stark schematisierte Schnittansicht einer Kurbelwelle mit exzentrisch dazu angeordneter Kurbelwellenscheibe, auf der ein Antriebsblock gelagert ist, Fig. 3 is a highly schematic sectional view of a crank shaft with eccentrically arranged to crankshaft pulley on which a drive block is stored,

Fig. 4a eine kombinierte Darstellung von Fig. 2 und 3, wobei die Anordnung des Antriebsblocks zwischen den sich diametral gegenüberliegenden Kolben zu erkennen ist, FIG. 4a is a combined view of Fig. 2 and 3, the assembly of the drive block can be seen between the diametrically opposed pistons,

Fig. 4b eine gegenüber der Darstellung in Fig. 4a um 90° gekippte Darstellung, wobei ein weiterer Kolben strichliniert angedeutet ist, . 4b shows a comparison with the illustration in Fig. 4a is indicated by 90 ° tilted view, with dashed lines, another piston,

Fig. 5a bis 5d eine Darstellung der Zündfolge der vier Zylinder beim Betrieb der Hubkolbenmaschine gemäß Fig. 1 im Zweitakt-Verfahren, wobei jeweils die Stellung des Antriebsblocks zu erkennen ist,5a to 5d is an illustration of the firing sequence of the four cylinders during operation of the reciprocating piston engine according to FIG. 1 in the two-stroke method, wherein in each case the position of the drive block can be seen FIG.

Fig. 6 eine stark schematisierte Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Drei-Zylinder-Hubkolbenmaschine mit Kolbenführungselementen, Fig. 6 is a highly schematic sectional view of an embodiment for a three-cylinder reciprocating piston engine with a piston guide elements,

Fig. 7 eine schematisierte Darstellung einer einzelnen Einheit aus Kolben, Verbindungselementen und Kolben-Führungselement, wie sie in Fig. 6 verwendet werden, wobei nur ein Verbindungselement dargestellt ist. Fig. 7 is a schematic representation of a single unit consisting of piston, connecting elements and piston guide element, as used in Fig. 6, only one connecting element being shown.

Fig. 8a bis 8c weitere stark schematisierte Darstellungen von Ausführungsformen zweier diametral gegenüberliegend angeordneter Kolben, die durch - gegenüber Fig. 2 alternative - Verbindungselemente koppelbar sind. FIG. 8a to 8c further highly schematic illustrations of embodiments of two diametrically opposed arranged pistons by - alternative with respect to FIG. 2 - connecting elements are coupled.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer als Motor ausgebildeten Hubkolbenmaschine 10 in stark schematisierter Schnittdarstellung. Die Hubkolbenmaschine 10 umfaßt vier Kolben- Zylinder-Anordnungen, die in gleichem Winkelabstand um eine gemeinsame Kurbelwelle 18 herum angeordnet sind. Jede Kolben- Zylinder-Anordnung umfaßt einen Kolben 16, der in Richtung seiner Längsachse in einem jeweils zugeordneten Zylinder 14 verschiebbar angeordnet ist. Die vier Zylinder 14 des Ausführungsbeispiels sind an einem Maschinengehäuse 12 befestigbar, wobei sich die Zylinder- bzw. Kolben-Achsen jeweils radial zur Kurbelwelle 18 sternförmig erstrecken. Fig. 1 shows an embodiment of a reciprocating engine 10 configured as a motor in a highly schematic sectional view. The reciprocating piston engine 10 comprises four piston-cylinder arrangements which are arranged at the same angular distance around a common crankshaft 18 . Each piston-cylinder arrangement comprises a piston 16 which is arranged displaceably in the direction of its longitudinal axis in a respectively assigned cylinder 14 . The four cylinders 14 of the exemplary embodiment can be fastened to a machine housing 12 , the cylinder or piston axes each extending radially to the crankshaft 18 in a star shape.

Am oberen Ende eines jeden Zylinders 14 ist in bekannter Weise eine Zündvorrichtung 36 (Zündkerze) angeordnet, wobei in Fig. 1 die Zündvorrichtung des oben angeordneten Zylinders 14 gerade zündet. Zwischen der oberen Kolbenfläche eines jeden Kolbens 16 und dem Zylinderkopf ist in ebenfalls bekannter Weise ein Verbrennungsraum 38 ausgebildet, in dem die komprimierten Verbrennungsgase gezündet werden. Dabei wird eine Kraft auf den jeweiligen Kolben 16 in Richtung der Kurbelwelle 18 ausgeübt. Zur Abdichtung zwischen Kolben 16 und Zylinder 14 sind Kolbenringe in dafür vorgesehenen Ausnehmungen des jeweiligen Kolbens 16 angeordnet.An ignition device 36 (spark plug) is arranged in a known manner at the upper end of each cylinder 14 , the ignition device of the cylinder 14 arranged at the top just igniting in FIG. 1. A combustion chamber 38 , in which the compressed combustion gases are ignited, is formed in a known manner between the upper piston surface of each piston 16 and the cylinder head. A force is exerted on the respective piston 16 in the direction of the crankshaft 18 . For sealing between the piston 16 and the cylinder 14 , piston rings are arranged in recesses provided in the respective piston 16 .

In Fig. 2 sind zwei Kolben 16 zu erkennen, die durch zwei Verbindungselemente 34, von denen in Fig. 2 lediglich eines dargestellt ist, diametral gegenüberliegend und starr miteinander verbunden werden. Insbesondere sind die Verbindungselemente 34 in Axialrichtung der Kurbelwelle 18 entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer anderer Verbindungselemente 34 jeweils sehr nahe entweder unmittelbar an einer Seitenfläche des exzentrischen Teils der Kurbelwelle 18 oder einem weiteren Verbindungselement 34 vorbeigeführt (siehe Fig. 4b), wobei jedoch jeglicher Kontakt untereinander oder zu anderen sich relativ zueinander bewegenden Teilen der Hubkolbenmaschine vermieden werden muß. In Fig. 1 ist dies deutlich zu erkennen. Im vorliegenden Fall bestehen die Verbindungselemente 34 aus Flachmetallelementen, welche - wie aus Fig. 4b besonders deutlich wird - eine insgesamt geringe Ausdehnung in Axialrichtung der Kurbelwelle 18 aufweisen, so daß auch bei einer Anordnung von mehreren Kolben-Zylinder- Anordnungen die Gesamt-Axialerstreckung, die sich im wesentlichen zusammensetzt aus der Dicke des exzentrischen Teils und den Dicken der beidseits davon angeordneten Verbindungselemente 34, unter dem Kolbendurchmesser bleibt, der damit die Axialerstreckung bzw. Breite der Hubkolbenmaschine bestimmt. Bei der Dimensionierung der Verbindungselemente 34 ist lediglich zu beachten, daß sie den Stabilitätsanforderungen genügen.In FIG. 2, two pistons 16 are to be recognized by two connecting elements 34, of which only one is shown in Fig. 2, are diametrically opposite and are rigidly connected to each other. In particular, the connecting elements 34 are guided in the axial direction of the crankshaft 18 either directly or with the interposition of one or more other connecting elements 34 in each case very close either directly to a side face of the eccentric part of the crankshaft 18 or a further connecting element 34 (see FIG. 4b), but with Any contact with one another or with other parts of the reciprocating machine that are moving relative to one another must be avoided. This can be clearly seen in FIG. 1. In the present case, the connecting elements 34 consist of flat metal elements, which - as is particularly clear from FIG. 4b - have an overall small expansion in the axial direction of the crankshaft 18 , so that even with an arrangement of a plurality of piston-cylinder arrangements, the total axial extent, which essentially consists of the thickness of the eccentric part and the thickness of the connecting elements 34 arranged on both sides thereof, remains below the piston diameter, which thus determines the axial extent or width of the reciprocating piston machine. When dimensioning the connecting elements 34 , it should only be noted that they meet the stability requirements.

Die Verbindungselemente 34 und zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Kolben 16 bilden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils eine Einheit. An der kurbelwellenseitigen Kolbenseite ist an jedem Kolben 16 ein Kraftübertragungselement 32 mit einer wiederum kurbelwellenseitig ausgebildeten Stützfläche 33 angeordnet, wobei sich die Stützflächen 33 zweier gegenüberliegender Kraftübertragungselemente 32 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils senkrecht zur Kolbenachse, parallel zueinander und in vorbestimmtem Abstand voneinander erstrecken. Die Kraftübertragungselemente 32 und die zugehörigen Kolben 16 können insbesondere einstückig ausgebildet werden.The connecting elements 34 and two diametrically opposed pistons 16 each form a unit in the present exemplary embodiment. On the side of the piston on the crankshaft side, a force transmission element 32 is arranged on each piston 16 with a support surface 33 which is in turn formed on the crankshaft side, the support surfaces 33 of two opposite transmission elements 32 in the present exemplary embodiment extending perpendicular to the piston axis, parallel to one another and at a predetermined distance from one another. The force transmission elements 32 and the associated pistons 16 can in particular be formed in one piece.

Alternativ ist es auch möglich, die Stützfläche 33 unter einem anderen Winkel zur Kolbenachse anzuordnen.Alternatively, it is also possible to arrange the support surface 33 at a different angle to the piston axis.

Die zwei diametral gegenüberliegende Kolben 16 starr miteinander koppelnden Verbindungselemente 34 sind jeweils beidseitig der jeweiligen Kraftübertragungselemente 32 angeordnet und am jeweiligen Kraftübertragungselement 32 mittels Schrauben 50 befestigt, wie dies unter anderem aus Fig. 4b zu erkennen ist.The two diametrically opposed pistons 16 rigidly coupling connecting elements 34 are arranged on both sides of the respective force transmission elements 32 and fastened to the respective force transmission element 32 by means of screws 50 , as can be seen, inter alia, from FIG. 4b.

Alternativ können auch andere Verbindungsarten gewählt werden. Ebenso kann das Kraftübertragungselement nicht unmittelbar am Kolben (wie beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel), sondern durch ein (nicht dargestelltes) Verlängerungselement beabstandet von diesem angeordnet sein. Das Verlängerungselement könnte dabei noch zusätzlich geführt bzw. verschieblich gelagert werden.Alternatively, other types of connection can be selected. Likewise, the power transmission element can not directly on Piston (as in the embodiment shown here), but spaced by an extension element (not shown) be arranged by this. The extension element could additionally guided or slidably mounted will.

Ferner sind in den Fig. 8a bis 8c weitere Ausführungsformen dargestellt, wie die beiden diametral gegenüberliegend angeordneten Kolben 16 durch alternativ ausgestaltete Verbindungselemente starr miteinander gekoppelt werden können.Furthermore, FIGS. 8a to 8c show further embodiments of how the two diametrically opposed pistons 16 can be rigidly coupled to one another by alternative connecting elements.

Gemäß Fig. 8a werden auf jeder Seite des Kolbens lediglich zwei Stäbe verwendet, die als Verbindungselement 34 zwischen den Kolben 16 dienen.Referring to FIG. 8a of the piston rods are used, only two on each side, serving as a connection element 34 between the piston 16.

Gemäß Fig. 8b werden zwei L-förmige Verbindungselemente verwendet, die ebenfalls auf jeweils einer Seite der Kolben 16 oder der Kraftübertragungselemente 32 montiert werden.According to FIG. 8b, two L-shaped connecting elements are used, which are also mounted on each side of the piston 16 or the force transmission elements 32 .

Schließlich ist in Fig. 8c ein U-förmiges Verbindungselement 34 dargestellt, das oder die ebenfalls zum Verbinden der Kolben 16 geeignet ist bzw. sind. Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 8a bis 8c haben unter anderem den Vorteil, daß die aus den Kolben 16 und dem Verbindungselement 34 bzw. den Verbindungselementen bestehenden Einheiten einfacher zu montieren sind. Dabei wird das jeweilige Verbindungselement zuerst an dem einen Kolben 16 und, nachdem die Kurbelwelle 18 zwischen den beiden Stäben bzw. Schenkeln der Verbindungselemente durchgeführt ist, auch am anderen Kolben befestigt. Auch bei den letztgenannten Ausführungsbeispielen der Verbindungselemente 34 sind diese mit einem flachen Querschnitt - wie vorgenannt erläutert - ausgeführt.Finally, a U-shaped connecting element 34 is shown in FIG. 8c, which is or are also suitable for connecting the pistons 16 . The embodiments according to FIGS. 8a to 8c have the advantage, among other things, that the units consisting of the piston 16 and the connecting element 34 or the connecting elements are easier to assemble. The respective connecting element is first attached to one piston 16 and, after the crankshaft 18 has been passed between the two rods or legs of the connecting elements, also to the other piston. In the last-mentioned exemplary embodiments of the connecting elements 34 , too, they are designed with a flat cross-section - as explained above.

Das in Fig. 2 dargestellte Verbindungselement 34 weist mittig ein sich in Bewegungsrichtung der Kolben 16 erstreckendes Langloch 44 oder eine entsprechende Öffnung auf, dessen bzw. deren Funktion weiter unten erläutert wird.The connecting element 34 shown in FIG. 2 has in the middle an elongated hole 44 or a corresponding opening extending in the direction of movement of the pistons 16 , the function of which is explained below.

Zwischen zwei gegenüberliegenden Kraftübertragungselementen 32 bzw. deren Stützflächen 33 ist ein Antriebsblock 22 zwischengeschaltet, der spielfrei eingepaßt ist. Der Antriebsblock 22 ist in einer Ebene senkrecht zur Kolbenlängs- bzw. -bewegungsachse sowie senkrecht zur Kurbelwellenachse 26 relativ zu den Kolben 16 verschiebbar. Dabei gleiten die Stützflächen 33 der Kraftübertragungselemente 32 auf am Antriebsblock 22 angeordneten Anlageflächen 30, die entsprechend den Stützflächen 33 ebenfalls plan ausgebildet sind.A drive block 22 , which is fitted without play, is interposed between two opposing power transmission elements 32 or their support surfaces 33 . The drive block 22 can be displaced relative to the pistons 16 in a plane perpendicular to the piston longitudinal or movement axis and perpendicular to the crankshaft axis 26 . The support surfaces 33 of the force transmission elements 32 slide on contact surfaces 30 which are arranged on the drive block 22 and which are likewise planar in accordance with the support surfaces 33 .

Um eine möglichst leichtgängige Verschiebung des Antriebsblocks 22 relativ zu den Kolben 16 zu ermöglichen, werden die Stütz- und Anlageflächen 33 mit Gleitlager-Beschichtungen versehen. Zusätzlich ist es möglich, ein Wälzlager zwischen den aufeinanderliegenden Flächen vorzusehen. Mit einem solchen Wälzlager kann der Wirkungsgrad erheblich verbessert werden.In order to enable the drive block 22 to move as smoothly as possible relative to the pistons 16 , the support and contact surfaces 33 are provided with slide bearing coatings. In addition, it is possible to provide a roller bearing between the superimposed surfaces. With such a rolling bearing, the efficiency can be significantly improved.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt der Antriebsblock 22 in Richtung der Kurbelwellenachse 26 betrachtet einen quadratischen Querschnitt, wobei jede Umfangsfläche als Anlagefläche 30 für einen Kolben 16 bzw. dessen Kraftübertragungselement 32 dient. Wird jedoch eine andere Anzahl von Zylindern im gleichen Winkelabstand um die Kurbelwelle 18 herum angeordnet, so weist der Antriebsblock 22 eine entsprechende Querschnittsform auf. Demgemäß ist jedem Kolben 16 eine Umfangsfläche des Antriebsblocks 22 als Anlagefläche zugeordnet.In the present exemplary embodiment, the drive block 22 has a square cross section when viewed in the direction of the crankshaft axis 26 , with each circumferential surface serving as a contact surface 30 for a piston 16 or its force transmission element 32 . However, if a different number of cylinders are arranged at the same angular distance around the crankshaft 18 , the drive block 22 has a corresponding cross-sectional shape. Accordingly, a circumferential surface of the drive block 22 is assigned to each piston 16 as a contact surface.

Bei einer Ausführungsform der Maschine mit einer ungeraden Anzahl von Zylindern kann eine doppelt so große Anzahl von Anlageflächen 30 wie Kolben vorgesehen werden. Dies wird genauer anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels nachfolgend noch beschrieben.In an embodiment of the machine with an odd number of cylinders, twice the number of contact surfaces 30 as pistons can be provided. This is described in more detail below using a further exemplary embodiment.

Mittig im Antriebsblock 22 ist eine Bohrung 24 vorgesehen, in der eine den exzentrischen Teil der Kurbelwelle 18 bildenden Kreisscheibe 20 drehgelagert ist.A bore 24 is provided in the center of the drive block 22 , in which a circular disk 20 forming the eccentric part of the crankshaft 18 is rotatably supported.

Gemäß Fig. 3 weist die Kreisscheibe 20 eine derartige Dimension auf und ist in derartiger Weise exzentrisch zur Kurbelwellenachse 26 versetzt, daß zum einen, - in Bild 3 unten - die Umfangsfläche der Kurbelwelle 18 und Kreisscheibe 20 eine sich parallel zur Kurbelwellenachse erstreckende Umfangslinie gemeinsam haben und zum anderen - in Fig. 3 Mitte - die Achse 28 der Kreisscheibe 20 auf der gegenüberliegenden Umfangslinie der Kurbelwelle 18 liegt. Die Exzentrizität beträgt somit einen halben Kurbelwellendurchmesser. Die Kreisscheibe 20 besitzt gegenüber herkömmlichen, gekröpften Kurbelwellen einen vergrößerten Umfang, so daß bei einer Belastung des Antriebsblocks 22 die Kraft pro Flächeneinheit reduziert ist. Bei Zwischenschaltung eines geeigneten Lagers, insbesondere eines Wälzlagers, zwischen Kreisscheibe 20 und Antriebsblock 22, kann die Reibung - wie bereits erwähnt - nochmals erheblich vermindert werden.Referring to FIG. 3 20, the circular disc such dimensions and is placed in such a manner eccentric to the crankshaft axis 26 such that on the one hand, - have the circumferential surface of the crankshaft 18 and circular disk 20 a extending parallel to the crankshaft axis circumferential line together - in Figure 3 below and second - in FIG. 3 center - the axis 28 of the circular disk 20 lies on the opposite circumferential line of the crankshaft 18 . The eccentricity is therefore half a crankshaft diameter. The circular disk 20 has an enlarged circumference compared to conventional cranked crankshafts, so that the load per unit area is reduced when the drive block 22 is loaded. If a suitable bearing, in particular a roller bearing, is interposed between the circular disk 20 and the drive block 22 , the friction can - as already mentioned - be considerably reduced again.

Die Kreisscheibe 20 kann wahlweise auch mit anderer Exzentrizität angeordnet werden. Wichtig für die Verwendung eines Wälzlagers ist jedoch, daß der Umfang der Kreisscheibe 20 immer radial außerhalb der Kurbelwelle angeordnet ist. Dadurch kann ein Wälzlager - im Gegensatz zu einer herkömmlichen Ausführung einer gekröpften Kurbelwelle - problemlos auf die Kreisscheibe 20 aufgebracht werden.The circular disk 20 can optionally also be arranged with a different eccentricity. It is important for the use of a roller bearing, however, that the circumference of the circular disk 20 is always arranged radially outside the crankshaft. In this way, in contrast to a conventional crank crankshaft design, a roller bearing can be applied to the circular disk 20 without any problems.

Beaufschlagt ein Kolben über das jeweilige Kraftübertragungselement 32 und den Antriebsblock 22 die Kreisscheibe 20 in Richtung senkrecht zur Kurbelwellenachse 26, so wird auf die Kurbelwelle 18 ein Drehmoment ausgeübt, welches diese in Drehbewegung versetzt.If a piston acts on the circular disk 20 in the direction perpendicular to the crankshaft axis 26 via the respective force transmission element 32 and the drive block 22 , then a torque is exerted on the crankshaft 18 , which sets it in rotary motion.

In Fig. 4a sind die in Fig. 2 dargestellte Einheit aus zwei diametral gegenüberliegenden Kolben 16, welche durch die Verbindungselemente 34 miteinander gekoppelt sind, sowie der in Fig. 3 auf der Kreisscheibe 20 gelagerte Antriebsblock 22 miteinander kombiniert, wobei der Antriebsblock 22 spielfrei zwischen zwei gegenüberliegenden Kraftübertragungselementen aufgenommen ist.In FIG. 4a, the unit shown in FIG. 2, consisting of two diametrically opposite pistons 16 , which are coupled to one another by the connecting elements 34 , and the drive block 22 mounted on the circular disk 20 in FIG. 3 are combined with one another, the drive block 22 being free of play between two opposite power transmission elements is added.

Dabei erstreckt sich die Kurbelwelle 18 durch das in den Verbindungselementen 34 ausgebildete und sich in Bewegungsrichtung des Kolbens 16 erstreckende Langloch 44 berührungsfrei hindurch, wobei die Verbindungselemente 34 berührungsfrei mit geringem Abstand an der Kreisscheibe 20 und dem Antriebsblock 22 oder an einem anderen Verbindungselement 34 vorbeigeführt sind.The crankshaft 18 extends through the elongated hole 44 formed in the connecting elements 34 and extending in the direction of movement of the piston 16 without contact, the connecting elements 34 being guided past the circular disk 20 and the drive block 22 or another connecting element 34 in a contact-free manner .

Bei den Ausführungsformen der Verbindungselemente 34 gemäß den Fig. 8a bis 8c ist die Kurbelwelle an den jeweiligen Verbindungselementteilen berührungslos vorbei- bzw. zwischen diesen hindurchgeführt.In the embodiments of the connecting elements 34 according to FIGS. 8a to 8c, the crankshaft is guided past the respective connecting element parts without contact or between them.

Die in Fig. 4a dargestellte Einheit ist in Fig. 4b um 90° gekippt. Deutlich sind in dieser Figur links und rechts die Kolben 16 zu erkennen, welche über ihre Kraftübertragungselemente 32 am Antriebsblock 22 anliegen. In Richtung der Kurbelwellenachse geringfügig in Axialrichtung beabstandet sind am Antriebsblock 22 zwei beidseits der Kreisscheibe 20 angeordnete, flache Verbindungselemente 34 vorbeigeführt, welche die beiden diametral gegenüberliegenden Kolben 16 miteinander verbinden.The unit shown in Fig. 4a is tilted by 90 ° in Fig. 4b. The pistons 16 , which abut the drive block 22 via their force transmission elements 32 , can be clearly seen on the left and right in this figure. Slightly spaced in the direction of the crankshaft axis in the axial direction, two flat connecting elements 34 , which connect the two diametrically opposite pistons 16 to one another, are guided past the drive block 22 and are arranged on both sides of the circular disk 20 .

Gegenüber Fig. 4a ist in Fig. 4b (strichlinierter Kreis) ein weiterer Zylinder schematisch angedeutet, der sich über bzw. unter der Kurbelwelle 18 befindet. Dessen Kolben 16 ist ebenfalls mit einem diametral gegenüberliegenden Kolben durch zwei weitere jeweils beidseits der Kreisscheibe 20 angeordnete, flache Verbindungselemente 34 gekoppelt, die wiederum axial in Richtung der Kurbelwelle geringfügig beabstandet außerhalb der Verbindungselemente 34 der vorgenannten Kolbeneinheit vorbeigeführt sind. In Fig. 4b verlaufen diese Verbindungselemente in bzw. aus der Bildebene. Gemäß Fig. 4b sind die Verbindungselemente 34 symmetrisch zur Kreisscheibe 20 angeordnet. Würde ein weiteres Kolbenpaar - beispielsweise bei einem Sechszylindermotor - auf die gleiche Kreisscheibe 20 der Kurbelwelle 18 wirken, dann wären die hierfür erforderlichen Verbindungselemente wieder in symmetrischer Weise mit geringem Abstand axial in Richtung der Kurbelwelle außerhalb der zuletzt genannten Verbindungselemente 34 angeordnet.Compared to FIG. 4a, a further cylinder is schematically indicated in FIG. 4b (dashed circle), which is located above or below the crankshaft 18 . Its piston 16 is also coupled to a diametrically opposed piston by two further flat connecting elements 34 which are each arranged on both sides of the circular disk 20 and which in turn are guided axially slightly apart in the direction of the crankshaft outside the connecting elements 34 of the aforementioned piston unit. In FIG. 4b, these connecting elements extend into and out of the image plane. According to Fig. 4b, the connecting elements 34 are arranged symmetrically to the circular disk 20. If a further pair of pistons - for example in the case of a six-cylinder engine - act on the same circular disk 20 of the crankshaft 18 , the connecting elements required for this would again be arranged in a symmetrical manner at a short distance axially in the direction of the crankshaft outside the last-mentioned connecting elements 34 .

In Fig. 1 ist die aus zwei in Fig. 2 dargestellten und senkrecht zueinander angeordneten Bauteilen kombinierte Einheit gezeigt, wobei der Antriebsblock 22 spielfrei zwischen vier Kraftübertragungselementen 32 aufgenommen ist. In dieser Figur befindet sich die Hubkolbenmaschine 10 in einem Bewegungszustand, in dem der obere Kolben 16 den oberen Totpunkt, der untere Kolben 16 den "unteren" Totpunkt sowie die beiden seitlich angeordneten Kolben den zugeordneten Zylinder 14 jeweils auf halbem Weg durchlaufen. Wird - wie in Fig. 1 und Fig. 5a dargestellt ist - die Zündvorrichtung 36 der oben angeordneten Kolben-Zylinder-Anordnung gezündet, so wird durch die Expansion des Verbrennungsgemisches vom oberen Kolben 16 über das zugeordnete Kraftübertragungselement 32 eine Kraft nach unten (in Fig. 1 und 5a) auf den Antriebsblock 22 ausgeübt, so daß dieser unter Drehung der Kurbelwelle 18 nach unten und gleichzeitig (siehe Fig. 5a bis 5d) nach rechts gedrängt wird. Dabei verschieben sich Antriebsblock 22 und Kolben 16 relativ zueinander seitlich, wobei die Stützflächen 33 der Kraftübertragungselemente 32 sowie die Anlageflächen des Antriebsblocks 22 übereinander hinweggleiten.In Fig. 1, the combined unit shown of two in Fig. 2 and mutually perpendicular components is shown, wherein the drive block 22 is received without clearance between four power transmission elements 32. In this figure, the reciprocating piston machine 10 is in a state of motion in which the upper piston 16 passes the top dead center, the lower piston 16 the "bottom" dead center, and the two pistons arranged on the side each pass halfway through the associated cylinder 14 . Is -.. As shown in Figure 1 and Figure 5a is - the ignition device 36 of the above-arranged piston-cylinder arrangement ignited, then by the expansion of the combustion mixture from the upper piston 16 via the associated load transmitting member 32 a downward force (in Figure exercised. 1 and 5a) of the drive block 22, so that this is urged 5a to 5d) to the right with rotation of the crankshaft 18 downwards and at the same time (see Fig.. The drive block 22 and the piston 16 move laterally relative to one another, the support surfaces 33 of the force transmission elements 32 and the contact surfaces of the drive block 22 sliding over one another.

In den Fig. 5a bis 5d ist beim Betrieb der Hubkolbenmaschine als Zweitakt-Motor der Ablauf einer Drehung der Kurbelwelle um 360° dargestellt. Die Fig. 5a entspricht der Fig. 1, die bereits soeben erläutert wurde. Die Kurbelwellen-Rotationsrichtung sowie die Kolben-Bewegungsrichtung sind dabei durch die Pfeile 46 bzw. 48 dargestellt.In FIGS. 5a-5d during operation of the reciprocating piston machine as a two stroke engine is shown the sequence of a rotation of the crankshaft by 360 °. FIG. 5a corresponds to FIG. 1, which has already been explained. The direction of rotation of the crankshaft and the direction of movement of the piston are represented by arrows 46 and 48 , respectively.

In Fig. 5b hat sich der Kolben I durch Expansion des Brennstoffgemisches um etwa die Hälfte seines Weges nach unten bewegt und dabei die Kurbelwelle unter Zwischenschaltung der Kreisscheibe 20 sowie des Antriebsblocks 22 um 90° im Uhrzeigersinn gedreht. Nunmehr befindet sich der Kolben II in seinem (in Fig. 5b) rechten Totpunkt und wird gezündet. Von Fig. 5b zu Fig. 5c hat sich der Kolben II aus seiner rechten Totpunktposition um etwa die Hälfte seines Weges nach links bewegt, während der Kolben I unter vollständiger Expansion des Verbrennungsgases an seinem unteren Totpunkt angelangt ist. Die Kreisscheibenachse 28 befindet sich nunmehr an ihrem untersten Punkt, und die Kurbelwelle 18 ist gegenüber Fig. 5a um 180° gedreht. Durch sukzessives Zünden des Brennstoffgemisches in den den Kolben III und IV zugeordneten Verbrennungsräumen 38 (Fig. 5c und 5d) wird eine vollständige Rotation der Kurbelwelle 18 um 360° abgeschlossen, wobei sich an Fig. 5d wieder Fig. 5a anschließt.In FIG. 5b, the piston I has moved downward by about half its path due to expansion of the fuel mixture, and in the process has rotated the crankshaft 90 ° clockwise with the interposition of the circular disk 20 and the drive block 22 . The piston II is now at its right dead center (in FIG. 5b) and is ignited. From Fig. 5b to Fig. 5c, the piston II has moved from its right dead center position by about half its way to the left, while the piston I has reached its bottom dead center with the combustion gas fully expanded. The circular disk axis 28 is now at its lowest point, and the crankshaft 18 is rotated by 180 ° with respect to FIG. 5a. By successively igniting the fuel mixture in the combustion chambers 38 assigned to the pistons III and IV ( FIGS. 5c and 5d), a complete rotation of the crankshaft 18 by 360 ° is completed, with FIG. 5d following again in FIG. 5a.

Bei einer Drehung der Kurbelwelle 18 um 360° bewegt sich der Antriebsblock 22 im Bewegungsraum 40 des Gehäuses 12 einmal längs einer Kreisbahn, ohne sich jedoch dabei zu drehen.When the crankshaft 18 is rotated through 360 °, the drive block 22 once moves along a circular path in the movement space 40 of the housing 12 without, however, rotating.

Die Längsführung der Kolben 16 bzw. der aus zwei diametral gegenüberliegenden Kolben 16 sowie den Verbindungselementen 34 bestehenden Einheit wird von den Zylindern 14 und nicht vom Antriebsblock 22 übernommen. Dieser dient nur zur Kraftübertragung von den Kolben 16 auf die Kreisscheibe 20, wobei auf eine möglichst leichtgängige seitliche Verschiebung zwischen dem jeweiligen Kraftübertragungselement 32 und dem Antriebsblock 22 zur Reduzierung der Reibung geachtet werden soll.The longitudinal guidance of the pistons 16 or the unit consisting of two diametrically opposite pistons 16 and the connecting elements 34 is taken over by the cylinders 14 and not by the drive block 22 . This serves only for the transmission of force from the pistons 16 to the circular disk 20 , care being taken to ensure that the lateral displacement between the respective force transmission element 32 and the drive block 22 is as smooth as possible in order to reduce the friction.

Die Tiefe, d. h. Axialerstreckung, der Hubkolbenmaschine in Richtung der Kurbelwelle 18 entspricht im wesentlichen der Breite der Kolben-Zylinder-Einheit, so daß eine äußerst kompakte Bauweise möglich ist.The depth, ie axial extension, of the reciprocating piston machine in the direction of the crankshaft 18 essentially corresponds to the width of the piston-cylinder unit, so that an extremely compact design is possible.

Um eine vorzeitige Abnutzung der miteinander in Eingriff stehenden Elemente von Antriebsblock 22 und Kolben 16 zu verhindern, können deren Lager bzw. deren Gleitflächen zumindest teilweise gehärtet sein.In order to prevent premature wear of the mutually engaging elements of drive block 22 and piston 16 , their bearings or their sliding surfaces can be at least partially hardened.

In den Fig. 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Hubkolbenmaschine dargestellt. Diese umfaßt drei - also eine ungerade Anzahl von - Kolben-Zylinder-Anordnungen. Von den drei Kolben-Baueinheiten ist eine in Fig. 7 dargestellt.In Figs. 6 and 7, another embodiment is shown for a reciprocating piston engine. This includes three - an odd number of - piston-cylinder arrangements. One of the three piston assemblies is shown in FIG. 7.

Diese umfaßt - wie auch bei den vorherigen Ausführungsbeispielen - einen Kolben 16 mit einem Kraftübertragungselement 32, das mit seiner Stützfläche 33 an einer zugeordneten Anlagefläche des Antriebsblocks 22 anliegt. Wiederum mit dem Kraftübertragungselement 32 verbunden ist ein Verbindungselement 34, das in Fig. 7 besonders hervorgehoben ist. Das Verbindungselement 34 umfaßt einen in etwa ovalen Ringteil, an dessen Schmalseiten jeweils sich gegenüberliegenden Befestigungsflansche angeordnet sind. Mit jeweils einem Befestigungsflansch sind die Verbindungselemente 34, von denen nur eines dargestellt ist, beidseitig mit einem zugeordneten Kolben 16 bzw. mit dessen zugeordneten Kraftübertragungselement 32 verbunden.As in the previous exemplary embodiments, this includes a piston 16 with a force transmission element 32 , which rests with its support surface 33 on an associated contact surface of the drive block 22 . A connection element 34 , which is particularly emphasized in FIG. 7, is again connected to the force transmission element 32 . The connecting element 34 comprises an approximately oval ring part, on the narrow sides of which opposing fastening flanges are arranged. The connecting elements 34 , only one of which is shown, are connected on both sides to an associated piston 16 or to its associated force transmission element 32 , each with a fastening flange.

Genau wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen weist auch hier das Verbindungselement ein sich in Bewegungsrichtung des zugeordneten Kolbens 16 erstreckendes Langloch 44 auf, das nunmehr innerhalb des ovalen Ringteils ausgebildet ist. Durch das Langloch 44 ist die Kurbelwelle 18 berührungslos hindurchgeführt. Gegenüberliegend dem Kolben ist am anderen Befestigungsflansch des Verbindungselements 34 ein zylindrisches Abstützelement bzw. Führungselement 52 vorgesehen. Dieses Führungselement 52 weist ebenso wie das Kraftübertragungselement 32 eine Stützfläche 33 auf. Der Antriebsblock 22 ist also bei dieser Ausführungsform zwischen den beiden Stützflächen des Kraftübertragungselements 32 und des gegenüberliegend angeordneten Führungselements 52 spielfrei aufgenommen.Exactly as in the previous exemplary embodiments, the connecting element here also has an elongated hole 44 which extends in the direction of movement of the associated piston 16 and is now formed within the oval ring part. The crankshaft 18 is passed through the slot 44 without contact. A cylindrical support element or guide element 52 is provided opposite the piston on the other fastening flange of the connecting element 34 . Like the force transmission element 32, this guide element 52 has a support surface 33 . In this embodiment, the drive block 22 is thus received without play between the two support surfaces of the force transmission element 32 and the guide element 52 arranged opposite.

Wie bei den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist auch hier das Verbindungselement 34 in axialer Richtung der Kurbelwelle mit geringem Abstand am Antriebsblock 22 vorbeigeführt.As in the two previous exemplary embodiments, the connecting element 34 is also guided past the drive block 22 at a short distance in the axial direction of the crankshaft.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6 sind drei der Kolbeneinheiten, wie in Fig. 7 dargestellt, jeweils um 120° winkelbeabstandet im Gehäuse 12 der Hubkolbenmaschine angeordnet. Dabei wird das Führungselement 52 in einer Führungsausnehmung 54 des Gehäuses 12 gelagert. Die Führungsausnehmungen 54 sind derart angeordnet und ausgebildet, daß sich die zugehörigen Führungselemente 52 möglichst reibungsfrei in Kolben-Bewegungsrichtung verschieben lassen.According to the illustration in FIG. 6, three of the piston units, as shown in FIG. 7, are each arranged at an angle of 120 ° in the housing 12 of the reciprocating piston machine. The guide element 52 is mounted in a guide recess 54 of the housing 12 . The guide recesses 54 are arranged and designed in such a way that the associated guide elements 52 can be moved in the piston movement direction with as little friction as possible.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden die einzelnen Verbindungselemente, von denen an jedem Kolben zwei vorgesehen sind, axial nahe am Antriebsblock 22 bzw. auch an anderen Verbindungselementen 34 vorbeigeführt. In this exemplary embodiment, too, the individual connecting elements, two of which are provided on each piston, are guided axially close to the drive block 22 and also to other connecting elements 34 .

Alternativ ist es möglich, den Kolben in seiner axialen Richtung zu verlängern. Dann kann der längere Kolben die Führungsfunktion allein übernehmen, so daß auf das zylindrische Führungselement 52 verzichtet werden kann.Alternatively, it is possible to extend the piston in its axial direction. Then the longer piston can take over the guiding function alone, so that the cylindrical guiding element 52 can be dispensed with.

In analoger Weise können auch Hubkolbentriebwerke mit einer ungeraden Anzahl von Zylindern, beispielsweise einem Fünf- Zylinder-Triebwerk oder einem Sieben-Zylinder-Triebwerk, ausgebildet werden.In an analogous manner, reciprocating piston engines with one odd number of cylinders, for example a five- Cylinder engine or a seven-cylinder engine, be formed.

Die Triebwerke mit einer ungeraden Anzahl von Zylindern haben den Vorteil, daß bei einer Zündung der - in Drehrichtung der Kurbelwelle gesehen - jeweils übernächsten Kolben-Zylinder- Anordnung ein Vier-Takt-Betrieb problemlos möglich ist.The engines have an odd number of cylinders the advantage that when the - in the direction of rotation Crankshaft seen - the next but one piston-cylinder - Arrangement a four-stroke operation is possible without any problems.

Alle vorgenannt beschriebenen Hubkolbenmaschinen haben den Vorteil, daß gegenüber herkömmlichen Hubkolbenmaschinen oder Verbrennungs-Motoren auf ein Pleuel verzichtet werden kann. Dadurch ist eine erheblich niedrigere Bauhöhe des Motorblocks und, als Folge davon, ein niedrigeres Gewicht und ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielbar.All the reciprocating piston machines described above have the Advantage that compared to conventional reciprocating piston machines or Combustion engines can be dispensed with a connecting rod. This results in a significantly lower overall height of the engine block and, as a result, lower weight and less Fuel consumption achievable.

Darüber hinaus wird durch die reine Sinus-Bewegung der bewegten Massen ein guter, sogar ein hundertprozentiger Massenausgleich möglich.In addition, the pure sine movement of the moving Masses a good, even a hundred percent mass balance possible.

Im übrigen können gegenüber einer herkömmlichen Hubkolbenmaschine die Lager auf zwei Hauptlager für die Kurbelwelle sowie ein "Pleuellager" - nämlich das Lager zwischen Antriebsblock 22 und Kreisscheibe 20 - reduziert werden. Diese Lagerstellen können zusätzlich noch als Wälzlager - im Gegensatz zu den bisher üblichen Gleitlagern - ausgeführt werden (siehe auch Fig. 6). Die dadurch erzielte Reibungsreduktion wirkt sich ebenfalls positiv auf den Kraftstoffverbrauch aus.Moreover, compared to a conventional reciprocating piston machine, the bearings can be reduced to two main bearings for the crankshaft and one "connecting rod bearing" - namely the bearing between the drive block 22 and the circular disk 20 . These bearing points can also be designed as roller bearings - in contrast to the plain bearings previously used (see also Fig. 6). The resulting reduction in friction also has a positive effect on fuel consumption.

Insgesamt ist eine Hubkolbenmaschine geschaffen, bei der unter kompakter und kleiner Dimensionierung sowie herstellungs- und wartungstechnisch einfacher Bauweise die Anordnung auch einer großen Zylinderzahl in einer Radialebene möglich ist, wobei die Reibung im Betrieb klein gehalten werden kann.Overall, a reciprocating piston engine has been created, in which under compact and small dimensions as well as manufacturing and maintenance-technically simple construction, the arrangement also one large number of cylinders in a radial plane is possible, the Friction in operation can be kept small.

Das Grundprinzip der Erfindung läßt sich mit anderen Worten nochmals wie folgt festhalten:
Die Hubkolbenmaschine umfaßt ein Getriebe zum Umwandeln einer drehenden Bewegung in eine hin- und hergehende Bewegung und umgekehrt. Dabei sind zwei in Umfangsrichtung des exzentrischen Teils einer Kurbelwelle diametral gegenüberliegende Druckteile zur Übertragung von Kräften auf den exzentrischen Teil der Kurbelwelle und zwei Verbindungsteile vorgesehen, welche die Druckteile starr miteinander verbinden, so daß die mit dem exzentrisches Teil der Kurbelwelle in Wirkverbindung stehenden Druckteile gleichsinnig hin- und herbewegt werden. Die Verbindungsteile sind sehr nahe an einer in Axialrichtung der Kurbelwelle liegenden im wesentlichen ebenen Seitenfläche des exzentrischen Teils der Kurbelwelle vorbeigeführt.In other words, the basic principle of the invention can be stated again as follows:
The reciprocating machine includes a transmission for converting a rotating movement into a reciprocating movement and vice versa. There are two diametrically opposed pressure parts in the circumferential direction of the eccentric part of a crankshaft for transmitting forces to the eccentric part of the crankshaft and two connecting parts which rigidly connect the pressure parts to one another, so that the pressure parts which are operatively connected to the eccentric part of the crankshaft point in the same direction - and be moved around. The connecting parts are guided very close to an essentially flat side surface of the eccentric part of the crankshaft lying in the axial direction of the crankshaft.

Bei der vorgenannt erläuterten Konstruktion ergibt sich ein erheblicher Kostenvorteil bei der Produktion einer Hubkolbenmaschine sowie ein besonders wirtschaftlicher Betrieb.In the construction explained above, there is a considerable cost advantage in the production of a Reciprocating machine and a particularly economical operation.

BezugszeichenlisteReference list

10 Hubkolbentriebwerk
12 Gehäuse
14 Zylinder
16 Kolben
18 Kurbelwelle
20 Kreisscheibe
22 Antriebsblock
24 Bohrung
26 Kurbelwellenachse
28 Kreisscheibenachse
30 Wirkflächen des Antriebsblocks
32 Kraftübertragungselement oder Kolbenelement
33 Wirkflächen des Kraftübertragungselements
34 Verbindungselement
36 Zündvorrichtung
38 Verbrennungsraum
40 Bewegungsraum für den Antriebsblock
44 Langloch
46 Kurbelwellenrotationspfeil
48 Kolbenbewegungsrichtungspfeil
50 Schraube
52 Führungselement
54 Führungsausnehmung 10 reciprocating piston engine
12 housing
14 cylinders
16 pistons
18 crankshaft
20 circular disc
22 drive block
24 hole
26 crankshaft axis
28 circular disc axis
30 effective surfaces of the drive block
32 power transmission element or piston element
33 active surfaces of the power transmission element
34 connecting element
36 ignition device
38 combustion chamber
40 Movement space for the drive block
44 slot
46 Crankshaft rotation arrow
48 piston movement direction arrow
50 screw
52 guide element
54 guide recess

Claims

1. reciprocating machine with a gear for converting a rotating movement into a reciprocating movement or vice versa, consisting of two in the circumferential direction of an eccentric part of a shaft diametrically opposed power transmission elements ( 32 ) for power transmission between the eccentric part of a shaft ( 18 ) and the Piston ( 16 ) and at least one connecting element ( 34 ) which rigidly connects the force transmission elements ( 32 ) to one another, so that the force transmission elements ( 32 ) which are operatively connected to the eccentric part of the shaft ( 18 ) are reciprocated in the same direction, characterized in that in that the connecting element (34) at a position in the axial direction of the shaft (18) is substantially planar side surface of the eccentric part of the shaft is passed very close.

2. A reciprocating piston machine according to claim 1, characterized in that each connecting element ( 34 ) associated with a piston ( 16 ) consists of two connecting parts spaced apart in the axial direction of the shaft axis ( 26 ), each of which is very close to one of the two sides of the eccentric Part of the shaft ( 18 ) is passed.

3. Reciprocating piston engine according to claim 1 or 2, characterized in that a support element ( 32 , 52 ) is arranged on the connecting element ( 34 ) opposite the piston ( 16 ) connected to the connecting element ( 34 ), which is supported against a drive block ( 22 ) , The drive block ( 22 ) being received between a piston ( 16 ) and the associated support element ( 32 , 52 ) essentially without play but displaceable relative to the latter.

4. Reciprocating machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that in a plurality of piston-cylinder arrangements, these are arranged around the common shaft ( 18 ) at the same angular distance and in a common radial plane of the shaft ( 18 ).

5. Reciprocating piston engine according to claim 3 or 4, characterized in that in an even number of piston-cylinder arrangements, each diametrically arranged piston ( 16 ) are rigidly connected to one another by the connecting element ( 34 ) acting as a supporting element, one piston ( 16 ) takes over the function of a support element ( 32 ) with respect to the diametrically opposite piston ( 16 ).

6. Reciprocating machine according to one of claims 3 to 5, characterized in that the connecting elements ( 34 ) are formed substantially straight and in the direction of between the supporting elements to be connected ( 32 , 52 ) and piston ( 16 ) or piston ( 16 ) with each other acting tensile and compressive forces are aligned.

7. Reciprocating piston machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the connecting elements ( 34 ) are so flat that the smallest possible extent of the overall arrangement in the axial direction of the shaft ( 18 ) results in the stability required for the expected load .

8. Reciprocating piston machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the connecting element ( 34 ) a slot-like recess ( 44 ) is formed through which the shaft ( 18 ) extends in any position of the piston ( 16 ) without contact.

9. Reciprocating piston machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the eccentric part of the shaft ( 18 ) is formed by an eccentric to the shaft axis ( 26 ) arranged circular disc ( 20 ) which is arranged in a centrally in the drive block ( 22 ) bore ( 24 ) is rotatably received.

10. Reciprocating machine according to claim 9, characterized in that the circular disc ( 20 ) is arranged eccentrically to the shaft ( 18 ) that their peripheral surfaces have a circumferential line extending parallel to the shaft axis ( 26 ) in common.

11. Reciprocating piston machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that a roller bearing is provided between the shaft ( 18 ) and drive block ( 22 ) and / or between the drive block ( 22 ) and piston ( 16 ).