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Die
Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Bei
einem Hubkolbenmotor besteht das Problem, dass das rechnerische
größte Drehmoment erst
dann erreicht wird, wenn der Kolben bereits einen relativ großen Teil
seines Weges vom oberen Totpunkt zurückgelegt hat. Das hat den Nachteil, dass
die in den sich ausdehnenden Verbrennungsgasen enthaltene Energie
nicht optimal in eine Bewegung des Abtriebsorganes umgesetzt werden
kann. So wird das maximal mögliche
Drehmoment bei einem konventionellen Kurbeltrieb erst bei einem
Kurbelwinkel von ca. 70°,
gerechnet vom oberen Totpunkt des Kolbens, erreicht. In dieser Stellung
hat der Kolben bereits fast die Hälfte seines für den Antrieb ausnutzbaren
Arbeitshubes zurückgelegt.
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Ein
Hubkolbenmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art
ist aus der
JP 57-212332
A bekannt. Bei der dort beschriebenen Lösung ist das Sonnenrad drehbar
auf einer Kurbelwelle gelagert, deren Kurbelarm als Planetenradträger dient.
Das Planetenrad ist mit einem weiteren Kurbelarm drehfest verbunden,
an dem die Pleuelstange drehbar gelagert ist. Die Drehung der Kurbelwelle
wird über
ein mit ihr drehfestes Zahnrad auf eine Ausgangswelle übertragen,
die ihrerseits über ein
mit ihr drehfestes Zahnrad das Sonnenrad antreibt. Die Durchmesser
der Zahnräder
sind so gewählt,
dass bei einer Umdrehung der Kurbelwelle das auf ihr gelagerte Sonnenrad
zwei Umdrehungen in der gleichen Drehrichtung ausführt, während das Planetenrad
A und der mit ihm verbundene Kurbelarm eine halbe Umdrehung in der
entgegengesetzten Richtung ausführen.
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Damit
sollen der Kolbenhub und das Drehmoment an der Ausgangswelle pro
Ansaugvolumen erhöht
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hubkolbenmotor der eingangs
genannten Art anzugeben, der einen günstigeren Drehmomentverlauf hat.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung zeigt sich,
daß das
maximale Drehmoment bereits zu einem früheren Zeitpunkt erreicht wird,
wenn der Kolben erst einen vergleichsweise geringen Teil seines Arbeitshubes
zurückgelegt
hat, und wesentlich höher ist.
Das Drehmoment steigt also, vom oberen Totpunkt an gerechnet, steiler
an als bei einem herkömmlichen
Motor.
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Die
Antriebskraft kann direkt an dem Planetenradträger abgegriffen werden, indem
dieser beispielsweise mit einem Abtriebszahnrad drehfest verbunden
ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
ist das Abtriebselement ein koaxial zum Sonnenrad drehbar gelagertes
Hohlrad, an dessen Innenzahnkranz sich das Planetenrad abwälzt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die
Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Teilschnitt durch die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors,
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2 eine
schematische Ansicht von Sonnenrad und Planetenrad in axialer Richtung,
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3 eine
graphische Darstellung des Kolbenweges und des Drehmomentes über dem
Kurbelwinkel, jeweils für
einen herkömmlichen
und einen erfindungsgemäßen Kurbeltrieb,
und
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4 eine
schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform
des Getriebes.
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Von
dem erfindungsgemäßen Hubkolbenmotor
sind in 1 lediglich ein Zylinder 10 und ein in
diesem auf und ab verschiebbar angeordneter Kolben 12 schematisch
angedeutet. Der Kolben 12 ist in herkömmlicher Weise mit einer Pleuelstange 14 verbunden.
Diese ist nicht, wie sonst üblich,
mit einer Kurbelwelle sondern über
ein allgemein mit 16 bezeichnetes Planetengetriebe mit
einem Abtriebszahnrad 18 verbunden.
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Die
Pleuelstange 14 ist über
einen Kurbelzapfen 20 exzentrisch an einem Planetenrad 22 gelagert,
das sich auf einem feststehenden Sonnenrad 24 abwälzt und
mit einem Zapfen 26 an einem Planetenradträger 28 drehbar
gelagert ist, der seinerseits koaxial zum Sonnenrad 24 in
einer Gehäusewand 30 und
um einen Lagerzapfen 32 drehbar gelagert ist, der das Sonnenrad 24 starr
mit einer weiteren Gehäusewand 34 verbindet.
Auf einem axialen Fortsatz 36 des Planetenradträgers 28 sitzt
drehfest das Abtriebszahnrad 18.
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Wie
sich aus den 1 und 2 ergibt,
haben das Sonnenrad 24 und das Planetenrad 22 gleiche
Durchmesser, so daß der
Kurbelzapfen 20 nach einem Umlauf des Planetenrades 22 um
das Sonnenrad 24 wieder seine Ausgangsstellung erreicht hat,
oder anders ausgedrückt,
das Planetenrad 22 bei einem kompletten Hub (Auf- und Abbbewegung) des
Kolbens 12 exakt einen Umlauf um das Sonnenrad 24 ausführt.
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In 3 wurden
der Kolbenweg und das Drehmoment über dem Kurbelwinkel, d. h.
dem Umlaufwinkel des Zapfens 26 bezüglich der Achse 38 des
Sonnenrades 24 aufgetragen. Die Kurve A zeigt den Kolbenweg
für einen
konventionellen Motor, bei dem die Pleuelstange an einer Kurbelwelle
angelenkt ist. Die Kurve steigt vom Nullpunkt (oberer Totpunkt des
Kolbens) ähnlich
einer Sinuskurve an, erreicht bei 180° (unterer Totpunkt des Kolbens)
ein klares Maximum und fällt
dann wieder zu 360° hin
ab.
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Die
zugehörige
Drehmomentkurve steigt zunächst
bis zu einem Maximum an, das bei einem Kurbelwinkel von ca. 70° erreicht
wird. Anschließend
fällt die
Kurve ab bis zu einem Minimalwert bei ca. 290° und steigt dann wieder bis
zum Nullwert bei 360° an.
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Der
Verlauf des Kolbenweges bei dem erfindungsgemäßen Hubkolbenmotor wird durch
die Kurve C wiedergegeben. Der Kolbenweg nimmt zunächst stärker zu,
so daß der
Kolben seinen unteren Totpunkt bereits bei ca. 145° erreicht.
In diesem unteren Totpunkt verharrt der Kolben bis ca. 215°, von wo
der Kolben dann wieder rasch in seine obere Totpunktlage bei 360° zurückkehrt.
Dadurch kann das Auslaßventil
geschlossen bleiben, bis der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht.
Dennoch bleibt genügend
Zeit für
den Gaswechsel.
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4 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung, bei der das Abtriebselement ein Hohlrad 40 ist,
das koaxial zum Sonnenrad 24 drehbar gelagert ist und von
dem einlaufenden Planetenrad angetrieben wird. Die übrigen Teile
des Getriebes stimmen mit denen der ersten Ausführungsform überein.
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Die
zugehörige
Drehmomentkurve wird durch die Kurve D wiedergegeben. Man erkennt,
daß diese
Drehmomentkurve bereits bei 45° ihren
Maximalwert erreicht, der zudem noch um fast ein Drittel höher liegt
als der Maximalwert des Drehmoments für einen herkömmlichen
Motor. Das maximale Drehmoment tritt also bei einem Kurbelwinkel
auf, bei dem der Kolben erst ca. 37% seines Arbeitshubes zurückgelegt
hat, während
bei einem herkömmlichen
Motor das maximale Drehmoment erst erreicht wird, wenn der Kolben
bereits ca. 42% seines Arbeitshubes zurückgelegt hat. Obwohl bei dem
erfindungsgemäßen Motor
der Kolbenweg zunächst
stärker
mit dem Kurbelwinkel zunimmt als bei einem konventionellen Motor,
wird das maximale Drehmoment zu einem Zeitpunkt wirksam, zu dem
der Kolben noch den größeren Teil
seines Arbeitshubes vor sich hat.