DE2134584A1 - Antriebsmaschine, insbesondere brennkraftmaschine mit kurbelwellenfreier kraftuebertragung - Google Patents

Antriebsmaschine, insbesondere brennkraftmaschine mit kurbelwellenfreier kraftuebertragung

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DE2134584A1
DE2134584A1 DE19712134584 DE2134584A DE2134584A1 DE 2134584 A1 DE2134584 A1 DE 2134584A1 DE 19712134584 DE19712134584 DE 19712134584 DE 2134584 A DE2134584 A DE 2134584A DE 2134584 A1 DE2134584 A1 DE 2134584A1
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piston
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bolts
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Erich Oelmann
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0079Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having pistons with rotary and reciprocating motion, i.e. spinning pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/04Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces

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Description

  • Antriebsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine alt kurbelvellenfreier Kraftübertragung Die Erfindung betrifft eine Antriebsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine mit einer kurbelwellenfreien Kraftübertragung mit eine. gylindrischen Gehäuse, einer in das zylindrische Gehäuse eingesetzten Zylinderlaufbuchse und einem in der Zylinderlaufbuchse hin- und hergehenden Kolben.
  • Bei herkömmlichen Hubkolbenmotoren wird die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens Uber eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle übertragen und in eine Drehbewegung umgesetzt. Bei dieser herkömmlichen Konstruktion von Hubkolbenmotoren muß besonderes Augenmerk auf den Massenausgleich bei der Kurbelwelle gelegt werden, um einen ruhigen und unwuchtfreien Lauf des @ Motors sichersustellen. Ferner sind die hin- und hergehenden Teile eines in herkömmlicher Weise konstruierten Bubkolbenmotors einer das Material ermüdenden Wechselbeanspruohang ausgesetzt, so daß die entsprechenden Teile enteprechund groß dimensioniert werden müssen. Insbesondere sind die hin- und hergehenden Teile eines herkömmlichen Hubkolbenmotors erbeblichen wechselnden Beschleunigungs- und Verzögerungskräften ausgesetzt, die eine weitere starke Beanspruchung der einzelnen Teile mit sich bringen. Ferner haben die herkömmlichen Hubkolbenmotore einen erheblichen Platzbedarf, da außer den Zylindern aucl; noch ein entsprechender Raum ftr die Kurbelwelle vorgesehen werden muß.
  • Mit der Erfindung sollte daher eine B@ennkraftmaschine mit einer kurbelwellenfreien Kraftübertragung mit einem in einem zylindrischen Gehäuse hin- und hergehenden Kolben geschaffen werden, bei welcher besondere konstruktive Maßnahmen zum Ausgleich der beim Kurbeltrieb auftretenden Unwuchtkräfte nicht erforderlich sind und bei der nur ein Minimum an Teilen einer Wechselbeanspruchung ausgesetzt ist und die darüberhinaus wesentlich weniger Platz beansprucht als es bei den herkömmlichen Hubkolbenmotoren der Fall ist.
  • Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der golben einander dialoetral gegenüberliegende und radial abstehende Bolzen aufweist, die durch-eine endlose kulissenartige, wellenförmige Bahn in der Zylinderlaufbuchse hindurchgreifen und mit einem die Zylinderlaufbuchse umgebenden, im zylindrischen Gehäuse drehbar gelagerten Zahnkranz drehfest, Jedoch axial verschieblich gelagert sind und daß der Zahnkranz sur Übertragung der Drehbewegung mit einer geeigneten, direkt zum Getriebe führenden Abtriebseinrichtung in Verbindung steht.
  • Bei der erfindungagemäßen Brennkraftmaschine wird also der hin- und hergehende Kolben mit Hilfe einer Kulisse in eine Drehbevegung gebracht. Die Drehbewegung des Kolbens wird auf einen mit den Kolben drehfest verbundenen Zahnkranz übertragen, der die Drehbewegung direkt an ein nachgeschaltetes Getriebe weitergibt Da der mit den Kolben drehfest verbundene Zahnkran@ den Kolben umgibt, kann die Bauform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine äußerst klein gehalten werden. Dar4berhinaus sind nur noch der Kolben und die von iho radial abstehenden Bolzen einer Wechselbeanspruchung ausgesetzt, während sämtliche übrigen Teile stets in der gleichen Richtung beansprucht werden. Da eine in einer Richtung gerichtete Beanspruchnng eines Maschinenteils in wesentlich geringerem Xaße zu einer Ermüdungserscheinung im Werkstoff führt, als es bei einer Wechselbeansrsruchung der Fall ist, können einmal die nur in einer Richtung beanspruchten Teile leichter und damit kleiner gebaut werden und kann auf der anderen Seite die Lebensdauer der einzelnen Teile erhöht werden. Da bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sämtliche sich drehenden Teile rotationssymmetrisch sind, können hier auch keine Unwuchtkräfte auftreten, die wie bei den herkömmlichen Hubkolbenmotoren durch konstruktive Maßnahmen ausgeglichen werden massen. Auf diese Weise kann ein sehr ruhiger Lauf der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine erzielt werden. Da der in der Zylinderlaufbuchne hin- und hergehende Kolben gleichzeitig eine Drehbewegung ausführt, wird das in den Arbeitsraum eingesaugte Luft-/Kraftstoffgeiisch durchwirbelt, so daß eine gute Verwirbelung und Durchmischung des Gemisches im Arbeitsraum ersielt wird. Die gute Verwirbelung und Durchmischung des Luft-/Kraftstoffgemisches führt = einer sehr guten und sauberen Verbrennung, so daß das den Zylinder verlassend Abgas wesentlich weniger schädliche Gasbestandteile hat, als es bei Brennkraftmaschinen obne Verwirbelung des Genisches der Fall ist. Hierdurch wirkt die erfindungegemäße Brennkraftmaschine bei der Verminderung der im Abgas enthaltenen schädlichen Gasbestandteile alte Die gemäß der Erfindung in der Zylinderlaufbuchse vorgesehene kulissenartige Bahn läßt sich in besonders einfacher Weise dadurch herstellen, daß die Zylinderlaufbuchse aus zwei Hälften besteht, deren beide, einander zugekehrten und voneinander in Abstand liegenden freien Enden die kulissenartige Bahn bilden.
  • Eine besonders gute Führung der radial vom Kolben abstehenden Bolzen und eine gute Steifigkeit der Zylinderlaufbuchse kann dadurch erreicht werden, daß die beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse über den Bereich der von den Bolzen in axiale Richtung durchlaufenen Strecke eine verstärkte Wanddicke aufweisen.
  • Eine besonders gute Führung der vom Kolben radial abstehenden Bolzen in der kulissenartigen Bahn kann dadurch erreicht werden, daß die kulissenartige Bahn in der Abwicklung die Form eines über 360 ° gehenden, sinusartigen Linienzuges mit der Funktion y = r sinus (2 t) n oder einer dieser Gleichung angenäherten Punktion hat, wobei y der Hubweg oberhalb und unterhalb der Svmmetrielinie des sinusartigen Linienzuges, r die maximale Aiplitude, # der durchlaufene Winkel und n eine ganze Zahl ab 1 ist. Wenn für n die Zahl 1 gewählt wird, ergibt sich für die kulissenartige Bahn ein linienzug, welcher die halbe Frequenz einer normalen Sinuslinie hat. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die über 360 ° verlaufende tulissenartige Bahn zwei obere und zwei untere Uikehrpunkte hat.
  • Der in der Zylinderlaufbuchse hin- und hergehende Kolben macht also nach zwei Vollhüben, d. h. nach zwei Abwärtsbewegungen und zwei Aufwärtsbewegungen eine volle Umdrehung.
  • Wenn man beispielsweise des Motor anstelle einer hohen Undrehungszahl eine hohe Kraft entnehmen möchte, so kann man für n die Zahl 2 oder 3 oder gar eine höhere Zahl wählen.
  • Wählt nan beispielsweise für n die Zahl 2, so ergibt sich für die kulissenartige Bahn ein sinusartiger Linienzug, der über 360 ° insgesamt 2n, also 22 - 4 obere Umkehrpunkte und 4 untere Umkehrpunkte hat. Wenn die kulissenartige Bahn diesen Kurvenverlauf hat, vollführt der Kolben nach 4 Aufwärtshüben und 4 Abwärtshüben eine volle Umdrehung. Wird beispielsweise die Zahl 3 gewählt, so ergibt sich für die kulissenartige Bahn ein sinusartiger Linienzug, der über 360 ° insgesamt 2n, also 23 . 8 obere Uikehrpunkte und 8 untere Umkehrpunkte hat. In dieses Fall vollführt der Kolben nach 2n, also 23 - 8 Aufwärtshüben und 8 Abwärtshüben eine Umdrehung.
  • Je höher die Frequenz des sinusartigen Linienzuges für die kulissenartige Bahn gewählt wird, desto größer muß zwangsläufig der Umfang und damit der Durchmesser des Kolbens sein. Es bleibt dem Einzelfall überlassen, für welche Frequenz und für welchen Kolbendurchmesser Ban sich entscheidet.
  • Die kulissenartige Bahn braucht jedoch nicht unbedingt einer Gleichung mit einer Sinusfunttion zu entsprechen. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine arbeitet in der gleichen Weise, wenn die kulissenartige Bahn einen Liniensug hat, der aus mindes tons zwei gansen, gleichartigen und hintereinanderliegenden Wellen oder der fachen Wellenanzahl besteht und dessen obere Umkehrpunkte alle 360 0/2n ausgebildet sind, wobei n eine ganze Zahl ab 1 ist, und dessen untere Umkehrpunkte auf der Winkelhalbierenden zwischen den oberen Umkehrpunkten liegen. Wenn für n die Zahl 1 gewählt wird, so weist der über 360 ° gehende Linienzug insgesant zwei obere Umkehrpunkte und zwei untere Umkehrpunkte auf. Bei dieser Ausgestaltung des Linienzuges der kulissenartigen Bahn gelten die gleichen Regeln, wie sie anhand des sinueartigen Linienzuges aufgeseigt wurden. Ein weiteres lin-en n auf die Abwandlungamöglichkeiten dieses Linienzugen dürfte sich daher erübrigen.
  • Eine gute Führung der radial vom Kolben abstehenden Bolzen kann dadurch erreicht werden, daß die kulissenartige Bahn senkrecht zur Achse des Kolben verlaufende Begrenzungwände hat.
  • Eine eventuelle Beschädigung der Kanten der Begrenzungewände kann dadurch vermieden werden, daß die Begrenzungswände der kulissenartiges Bahn abgerundete Kanten haben.
  • Eine weitere Verbesserung der Führungseigenschaften der kulissenartigen Bahn kann dadurch erzielt werden, daß die Begrenzungewände der kulissenartigen Bahn eine einer Erelsbogenbahn folgende Oberfläche haben.
  • Die von Kolben radial abstehenden Bol3en lassen sich auf besonders einfache Weise dadnrch mit den den Zylinder umgebenden Zahnkranz drehfest aber axial verschieblich verbinden, daß die radial vom Kolben abstehenden Bolzen in axial verlaufende Nuten am Innenumfang des Zahnkranzes eingreifen.
  • Der Zusammenb@u der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine wird dadurch erleichtert, daß die am Innenumfang des Zahnkranzes angeordneten, axial verlaufenden Buten sich über die gesamte Breite des Zahnkranzes erstrecken, Die von Kolben radial abstehenden Bolzen sind in ihrer Herstellung einlach und billig, wenn sie zylindrisch ausgebildet sind.
  • lin guter Lauf der Bolzen in der kulissenartigen Bahn kann dadurch erzielt werden, daß die radial abstehenden Bolzen im Bereich der kulissenartigen Bahn einen ballig ausgebildeten Abschnitt aufweisen.
  • Die radial vot Kolben abstehenden Bolzen können dadurch auf sehr einfache Weise den Querschnitt der kulissenartigen Bahn angepaßt werden, daß die vom Kolben radial abstehenden Bolzen zumindest in Bereich der kulissenartigen Bahn einen leicht elliptischen Querschnitt haben und an ihrem freien Ende nit einem Innensechskant versehen und verdrehbar sind. Durch Verdrehen der mit einem elliptischen Querschnitt versehenen Bolzen kann die Projektion der Längenausdehnung der Bolzen parallel zur Achse des Kolbens verändert werden, so daß die radial abstehenden Bolzen auch nach dem Zusamaenbau der Torrichtung und nach einem etwaigen Verschleiß leicht und genau an die kulissenartige Bahn angepaßt werden können.
  • Ein Verdrehen der radial abstehenden Bolzen kann beispielsweise dadurch auf einfache Weise ermöglicht werden, daß der Zahnkranz eine der Zahl der axialen Längenuten entsprechonde Anzahl von radialen Durchgangslöchern £ür den Zugang zu den verdrehbaren Bolzen aufweist, von denen jeweils ein Durchgamgsloch in eine der axialen Langsnuten am Innenumfang des Zahnkranzes mündet.
  • Der den Zylinder umgebende Zahnkranz kann in einfacher Weise dadurch gelagert werden, daß der Zahnkranz an seinen beiden Kanten am Außenumfang eine ui den Umfang verlaufende Ausdrehung zur Lagerung in e em al zylindrischen Gehäuse vorgesehenen Gleitlager aufw@ Eine besonders raumspa ende Anordnung der Abtriebseinrichtung gann dadurch erzielt werden, daß die Abtriebseinrichtung ein mit dem zylindrischen Gehäuse fest verbundenes Lagergehäuse mit einem auf einer Abtriebswelle verkdlten Ritzel ist, welches mit dem Zahnkranz känt.
  • Eine besonders raumsparende erfindungsgemäße Antriebsmaschine kann dadurch geschaffen werden, daß das Lagergehäuse an Zwei einander gegenüberliegenden Stellen mit Jeweils einen zylindrischen Gehäuse verbunden ist.
  • Die Fertigung und der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine kann dadurch erleichtert werden, daß die Symcetrie- und Teilebene des zylindrischen Gehäuses und des Lagergehäuses fUr die mit dem Ritzel versehene Abtriebswelle senkrecht zur Achse des Kolbens verläuft.
  • In nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen naher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Antriebsmaschine gemaß der Erfindung Figur 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Figur 1 Figur 3 einen Teillängsschnitt durch die erfindungsgemäße Antriebsmaschine in vergrößerter Darstellung Figur 4 einen Teilquerschnitt längs der Linie IV-IV in Figur 3 Figur 5 eine Draufsicht auf einen radial abstehenden Bolzen und Figur 6 eine abwicklung des der Kulissenbahn folgenden Linienzuges.
  • Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine weist ein doppelwandiges zylindrisches Gehäuse 1 mit Kühlräumen 2 auf. Das zylindrische Gehäuse 1 ist mit einer Zylinderlaufbuchse 3 versehen, in welcher ein Doppelkolben 4 mit in üblicher Weise eingesetzten Kolbenringen 5 hin- und her beweglich gelagert ist. Die in herkömmlicher Weise in die Arbeitaränme 6 führenden Einlaß- und Auslaßleitungen für die Zufuhr eines Luft- Kraftstoffgemisches und das Ausatoßen des Abgasse sowie in die Arbeitsräuse 6 reichende Zündkerzen und Vorwärmeinrichtungen für Benzin-bzw. Dieselmotore sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
  • Die Zylinderlaufbuchse 3 besteht aus zwei, axial hintereinanderliegenden Hälften, die voneinander in axialem Abstand liegen und zwischen sich eine um den ganzen Umfang verlaufende, endlose kulissenartige Führungsbahn 7 einschließen. In der Abwicklung hat die kulissenartige Führungsbahn die Form von zwei gleichen, hintereinanderliegenden wellen, Die Ausgestaltungsform der kuliseenartigen Führungsbahn 7 wird später noch näher erläutert werden.
  • Der Doppelkolben 4 weist in der Höhe seines Schwerpunktes swei diametral gegenüberliegende und radial abstehende Bolzen 8 auf, welche durch die kulissenartige Führungsbahn 7 hindurchgreifen und von ihr geführt werden. Bei den in Figur 2 dargeatellten Ausführungsbeispiel sind die beiden vom Kolben 4 radial abstehenden Bolzen 8 durch einen einzigen, den Kolben 4 durchdringenden Bolzen gebildet. Der als Hohlkolben aungebildete Kolben 4 ist an den Stellen, an denen er von dem durchgehenden Bolzen durchdrungen wird, mit verstärkenden Ansätzen 9 versehen.
  • Die beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse 3 sind von einem Zahnkranz 10 umgeben, der im zylindrischen Gehäuse 1 drehbar gelagert ist. Der Zahnkranz 10 weist an seinem Außennifang Zähne 11 auf, und ist an seinen Innenumfang mit zwei in axialer Richtung verlaufenden und sich über die gesamte Breite des Zahnkranzes erstreckenden Nuten 12 versehen, die einander diemetral gegenüberliegen. Die freien Enden der vorn Kolben 4 radial abstehenden Bolzen 8 greifen in die Nuten 12 an Innenunfang des Zahnkranzes 10 ein. Die Breite der Nuten 12 ist dabei so besessen, daß die freien Enden der radial vom Kolben 4 abstehenden Bolzen 8 mit möglichst geringem Spiel in die Nuten 12 eingreifen, aber in den Nuten 12 leicht sersohieblich sind.
  • Wenn der Kolben 4 in herkönlicher Weise aufgrund der Verbrennung eines Luft-/Kraftstoffeenisches in den Arbeiteräumen 6 der Autriebsmaschine hin- und herbewegt wird, werden die von Kolben 4 radial abstehenden Bolzen 8 in der kulissenartigen Führungsbahn 7 nach unten oder nach oben bewegt. D3 sich die kulissenartige ?Uhrungsbahn 7 in der Art einer fortlaufenden Well um den gansen Umfang der Zylinderlaufbuchse 3 erstreckt, werden die von Kolben radial abstehenden Bolzen 8 ebenfalls um den ganzen Unfang der Zylinderlaufbuchse 3 geführt. Eierdurch wird dem hin- und hergehenden Kolben 4 gleichzeitig eine Drehbewegung erteilt, welche über die Bolzen 8 auf den Zahnkranz 10 übertragen wird. Da die Bolzen 8 in der Nut 12 an Innenunfang des Zahnkranzes 10 in axialer Richtung des Kolbens verschieblich, aber in Umfangerichtung nit den Zahnkranz 10 fest verbunden sind, können sich die Bolzen 8 susaiten mit den Kolben 4 ungshinderttauf- und abbewegen, wGhrend die durch die Kulisse hervorgerufene Bewegung in Umfangsrichtung auf den Zahakranz 10 in Forn einer Drehbewegung übertragen wird Das zylindrische Gehäuse, welches den Zahnnranz 10 umgibt, weist auf einer Seite eine Öffnung 13 auf, die ein kleines Kreisbogensegment des Zahnkranses 10 freigibt, Ein auf einer Abtriebswelle 14 festgekeiltes Ritzel 15 greift durch die Öffnung 13 des zylindrischen Gehäuses 1 hindurch und kämmt mit dem Zahnkrans 10. Auf diese Weise wird die Drehbewegung des Zahmkranses 10 über das Ritzel 15 auf die Abtriebswelle 14 überkragen, die zu einen nicht dargestellten Getriebe führt. Wie es in Figur 2 andeutungsweise dargestellt int, kanm auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Ritzels 15 Jeweils eine Kolben-/Zylinderanordnung der vorgeschriebenen Art vorgesehen sein. Is sind Jedoch auch Fälle denkbar, in denen um das Ritsel 15 nehr als zwei Kolben-/Zylinderanordnungen der vorbeschriebanen Art angeordnet sind. Da sämtliche um das Mitsel 15 angeordnete Kolben-/Zylinderanordnungen der oben beschriebenen Art die gleiche Drehrichtung haben, ist auch die ausgestaltung sämtlicher um das Ritzel 15 angeordneter Kolben-/Zylinderanordnungen gleich, so daß stets die gleiche Ausgestaltungsform gebaut und verwendet werden kann, unabhängig davon, mit wieviel Kolben-/Zylinderanordnungen der vorbeschriebenem Art der Motor ausgestaltet werden soll. Da es möglich it, auch eine Vielzahl von Kolben-/Zylinderanordnungen der oben beschriebenen Art um das Ritzel 15 herum anzuordnen, kann der erfindungsgemäße Motor sehr klein gebaut werden.
  • Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführnngsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors kämmt das Ritzel 15 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten mit Je einen Zahnkrans 10 einer erfindungsgemäßen Kolben-/Zylinderanordnung. Das Ritzel 15 ist in einen Gehäuse 16 drehbar gelagert. Das oder die zyt lindrischen Gehäuse 1 für den oder die hin- und hergehenden Kolben 4 sowie das Gehäuse 16 für das Ritzel 15 sind längs einer Symmetrieebene teilbar, die zenkrecht zur Achse der Kolben 4 und der Abtriebswelle 14 verläuft. Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform bestehen Jeweils die Hälften der beiden zylindrischen Gehäuse 1 und des Gehäuses 16 für das Ritzel 15 aus einem Stück. Dies hat den Vorteil, daß jeweils die Hälften der drei Gehause in einen Gießverfahren hergestellt werden können.
  • In Abweichung zu der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist es Jedoch auch möglich, das Ritzel 15 mit nur einer einzigen, erfindungsgemäßen Kolben-/Zylinderanordnung anzutreiben. Es ist auch nicht notwendig, daß der in der Zylinderlaufbuchse hin- und hergebende Kolben wie bein gewählten Ausführungsbeispiel in der Form eines Doppelkolbens 4 ausgebildet ist.
  • Der in der Zylinderlaufbuchse hin- und hergehende Kolben kann ebenso gut ein einfacher Kolben sein, ohne daß sich dabei die oben aufgezeigte Wirkung der erfindungsgenäßen Kolben-/Zy.
  • linderanordnung ändert. Wichtig ist hierbei nur, daß die radial vom Kolben abstehenden Bolzen iu einer kulissenartigen Führungsbahn geffflirt werden, die sich wellenartig um den r"; fang der Zylinderlaufbuchse erstreckt, und dafl die freien Enden der Bolzen 8 arial verschieblich aber drehfest mit dem Innenumfang des Zahukrenzes verbunden sind und die Drehbewegung auf den Zahnkranz übertragen.
  • Die vom Kolben 4. radial abstehenden Bolzen 8 bewegen sich in axialer Richtung des Kolbens über eine Strecke, die dem Fub des Kolbens entspricht. Die oberen und unteren Umkehrpun e der wellenförmig ausgebildeten, kulissenartigen Führungsbahn 7 liegen daher in einem axialen Abstand, welcher dem EOlbenhub entspricht. Die Amplituden der wellenförmig ausgebildeten, kulissenartigen Führungsbahn 7 entsprechen daher der halben Hubhöhe des Kolbens 4. Die freien Enden der beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse 3, die voneinander in axialem Abstand liegen und die kulissenartige Nhrungsbahn 7 bilden, folgen einem in Figur 6 dargestellten Linienzug 17, welcher in der Abwicklung die Form von zwei vollständigen und gleichen, hintereinander liegenden Wellen hat. Dies bedeutet, daß die kulissenartige Führungsbahn 7 zwei obere und zwei untere Emkehrpunkte hat, die gleichmäßig um den Unfang der Zylinderlaufbuchse 3 verteilt sind. Auf diese Weine liegenjeaeils die beiden oberen Umkehrpunkte und die beiden unteren Umkehrpnnkte einander diametral gegenüber, so daß die beiden radial vom Kolben 4 abstehenden Bolzen 8 stets die gleiche Höhenlage einnehmen, d. h. zu gleicher Zeit im oberen oder unteren Umkehrpunkt bzw. in der gleichen Zwischenlage sind. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß auf den Kolben 4 an den beiden, einander diametral gegenüberliegenden Befestigungsstellen der Bolzen 8 stets die gleichen in Umfangsrichtung.
  • wirkenden, Kräfte ausgeübt werden. Da die auf dem Kolben einwirkenden Uifangskräfte stets in der gleichen Richtung wirken,und niemals eine unterschiedliche Größe haben, wird ein ruhiger Lauf des Motors erziclt, wobei gleichzeitig das Material keinen im Umfangarichtung wirkenden Wechselbeanspruchungen ausgesetzt wird. IIinzu kommt noch, daf3 die stete, in der gleichen Umfangerichtung wirkende Beanspruchung sich mit der durch die hin- und hergehende Bewegung hervorgerufene Wechnelbeanspruchung überlagert, so daß sich eine günstige Kraftlinienverteilung ergibt, welche die Wechselbeanspruchtung nicht voll zur Geltung kommen läßt. Dies trägt zur Verminderung der Er@üdungserscheinungen im Werkstoff des Kolbens 4 bei.
  • Bei den dargestellten Ausführungsbeispiel folgt die kulissenartige Führungsbahn 7 den in Figur 6 dargestellten Linienzug 17. Dieser Linienzug 17 entspricht der Abwicklung der Stirnkante eines freien Endes der Hälfte einer zylinderlaufbuchse.
  • Gleichzeitig entspridht die auf der Ordinate abgetragene Strekke der Hubhöhe des hin- und hergehenden Kolbens, während dio auf der Abszisse abgetragene Strecke dea Umfang der Zylinderlaufbuchse 3 entspricht. Der in Figur 6 dargestellte Linienzug 17 hat die Form von zwei hintereinanderliegenden, vollständigen Wellen, welche die gleiche Amplitude und die gleiche Frequenz haben. Bei den dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Linienzug 17 ein sägezahnartige. Aussehen, wobei die oberen und unteren Unkehrpunkte des Linienzuges 17 auf dem Umfang U Jeweils in einen Abstand von 11/2 liegen. Der Liniensug 17 braucht Jedoch nicht das in Figur 6 dargestellte sägesahnartige Aussehen zu haben, er kann auch in Jeder anderen beliebige Weise ausgestaltet sein. So kann der Linienzug 17 beispielsweise auch einer Sinusfunktion folgen. Der Linienzug 17 ist auch nicht auf zwei vollständige, aufeinanderfolgende Wellen beschränkt, er kann auch eine Anzahl von Wellen haben, die der n-ten Potenz von zwei tollstindigen, aufeinanderfolgenden Wellen entspricht, wobei n eine ganse Zahl ab 1 ist. Wählt nan beispielsweise für n die Zahl 3, bo weist der Linienzug insgesamt 23 1 8 vollständige wel t u mit acht oben und acht unteren Umkehrpunkten auf.
  • In diesem Fall würde also der Kolben bei einer Umdrehung acht obere und scht untere Umkehrpunkte durchlaufen, also insgesamit sechzehn Hübe ausführen. Man wird der kulissenartigen Führungsbhan jedoch nur dann die soeben aufgezeigte Form geben, wenn es darum geht, Moto@ mit niedriger Umdrehungszahl, aber einer großen Kraft zu schaffen.
  • Wenn der Linienzug 17 beispielsweise einer Sinusfunktion folgt, so körnte der Linienzug die allgemeine Form y I r sinus (2'f) n haben, wobei y der Hubweg oberhalb und unterhalb der Symaletrielinie des sinusartigen Linienzuges, r die maximale maplitude, 9 der durchlaufene Winkel und n eine ganze Zahl ab 1 ist.
  • Im übrigen sind der Ausgestaltung der kulissenartigen Führungsbahn keine Grenzen gesetzt, sofern der Linienzug 17 der kulissenartigen Führungsbahn 7 die oben ausfgezeigten Bedingungen erfüllt.
  • Die beiden @@lften der Zylinderlaufbuchse 3 weisen an ihren einander zugekehrten Enden eine verstärkte Wanddicke auf. Die verstärkten Wanddicken der beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse 3 erstrecken sich dabei über einen Bereich, der etwas größer als die Hubhöhe des Kolbens 4 ist. Auf diese Weise liegt die kulissenartige Führungsbahn in Bereich der verstärkten Wanddicken der beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse 3, so daß eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit der Zylinderlaufbuchse erreicht wird.
  • Die verstärkten Wanddicken gehen über eine Schulter 18 in die normale Wandstärke der Zylinderlaufbuchse 3 über. Die Schulter 18 stützt sich auf einen radial nach innen vorstehenden Umfangeflansch 19 des zylindrischen Gehäuses 1 ab. Hierduroh werden die beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse 3 in Gehäuse 1 zentriert und an ihren freien Enden abgestützt. Da sich die Schultern 18 der beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse 3 an den rad@al nach innen vorstehenden Umfangsflanschen 19 des zylindrischen Gehäuses 1 abstützen, können auch gleichzeitig die freien Enden der beiden Hälften der Zylinderlaufbuchsen 3 in dem richtigen, erforderlichen axialen Abstand gehalten werden, der für die Ausbildung der kulissenartigen Bahn von ausschlaggebender Bedeutung ist.
  • Der die beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse 3 umgebende Zahnkranz 10 hat eine Breite, die der Breite der verstärkten Wanddicken der beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse 3 entspricht. Der Zahnkranz 10 weist auf seinen beiden Seiten Ringschultern 20 auf, die auf entsprechend ausgebildeten Ringscbultern des ylindrischen Gehäuses 1 unter Zwischenlage eines Gleitringes gleitbar gelagert sind. Der Zahnkrans 10 kann Je doch auch mit Hilfe von Wälzkörpern im zylindrischen Gehäuse 1 drehbar gelagert sein.
  • Wie aus Figur 3 hervorgebt, weist der Zahnkranz 10 an seinem Innenumfang in Axialrichtung verlaufende Nuten 21 auf, in welche die freien Enden der radial vom Kolben 4 ab stehenden Bolzen 8 eingreifen. Da rur Jeden Bolzen 8 eine Nut 21 vorgesehen ist, liegen a@ch die Nuten 21 des Zahnkrauzes 10 einander diametral gegenüber. Ferner weist der Zahnkranz 10 radial verlaufende Durchgangsbohrungen 22 auf, welche in die Nuten 21 münden. Der Durchmesser der radialen Durchgangsbohrungen 22 entspricht in etva der Weite der Nuten 21. In Jede Mut 21 zündet eine derrrtige radiale Durchgangsbohrung 22.
  • Die radialen Durchgangsbohrungen 22 bevegen sich aufgrund der Drehung des Zahnkranzes 10 längs einer bestimmten Ereisbogenbahn. Auf der H5be.dieser Kreisbogenbahn sind in zylindrischen Gehäuse 1 ein oder mehrere radiale Bohrungen 23 vorgesehen, die in einer entsprechenden Stellung des Zahnkranzes 10 mit den radialen Durchgangsbohrungen 22 fluchten. Die Radialbohrungen 23 in zylindrischen Gehäuse 1 sind mit einer abnehmbaren Kappe 24 verschlossen. Der Sinn und Zweck dieser Anordnung wird im nachstehenden erläutert.
  • Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf das freie lade eines von Kolben 4 radial abstehenden Bolzens 8. Der Bolzen 8 hat einen leicht elliptischen Querschnitt und weist einen Innensechskant 25 auf. Die Bolzen 8 sind entweder einzeln und toneinander getrennt in Kolben 4 untergebracht oder sie sind entsprechend der Darstellung in Figur 2 zu einem einzigen, den Kolben 4 durchdringenden Bolzen zusaamengefaßt. Unabhängig davon, ob die Bolzen 8 einzeln odor gemeinsam im Kolben 4 untere gebracht sind, können die Bolzen 8 mittels eines in den Innensechskant 25 passenden Schlüssels rerdreht werden. Die Bolzen 8 sind Jedoch so im Kolben 4 angeordnet, daß eine verdrehung der Bolzen 8 nur mit Hilfe eines verhältnisaäßig großen Drehmomentes möglich ist. Die Bolzen 8 haben aufgrund des leicht elliptischen Querschnittes zwei verschiedens Längenausdehnungen. Wenn nun aufgrund von Verschleißerscheinungen zwischen den Bolzen 8 und den Begrenzungwänden der kalissenartigen Führungsbahn ein unsulässiges Spiel entescht, kann dieses Spiel durch Verdrehen der leicht elliptischen Bolzen 8 .ausgeglichen werden.
  • Bei der in Figur 3 dargestellten Ansführungsform läßt sich das unzulässige Spiel zwischen den Bolzen 6 und den Begrenzungsflächen der knlissenartigen Fuhrnngsbabn auf einfache Weise ausgleichen, ohne daß dabei die Kolben-/Zylinderanordnung auseinandergenommen zu werden braucht. Zu Ausgleich des unzulässigen Spiels braucht nur die Kappe 24 von der Badialbohrung 23 des zylindrischen Gehäuses 1 abgenommen und der Kolben in eine Lage gebracht werden, in welcher der oder die Bolzen 8 mit der Radialbohrung 23 und der radialen durch gangsbohrnng 22 fluchten. Sodann wird ein geeigneter Schlüssel durch die Bohrungen 23 und 22 in den Innensechskant 25 des Bolzens 8 eingeführt und der Bolzen 8 in entsprechender Weise verdreht. Anschließend wird der Schlüssel wieder entfernt und die Verschlupkappe 24 auf die Radialbohrung 23 wieder aufgesetzt.
  • Da zylindrische Gehäuse besteht aus zwei, axial aneinander anschließenden Gehäusehälften. Die beiden zylindrischen Gehäusehilften weisen zwei Umfangsflansche 26 und 27 auf, die an ihren Außenumfang mit in axialer Richtung verlaufenden und einander zugekehrten uylindrischen Kragen 28 und 29 versehen sind. Wenn die beiden zylindrischen Hälften des Gehäuses 1 zusammengesetzt und mit Hilfe von Schrauben 30 miteinander verschraubt sind, liegen die beiden zylindrischen Kragen 28 und 29 unter Zwischenlage einer Dichtung dicht aufeinander, so daß um die Zylinderlaufbuchse 3 ein nach außen abgediohteter Ringraum entsteht, in welchem der Zahnkranz 10 drehbar gelagert ist, Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Symmetrie- und Teilebene des zylindrischen Gehäuses 1 und des sich daran anschließenden Gehäuses 16 für das mit der Abtriebswelle 14 verbundene Ritzel 15 quer zur Achse des Kolbens 4 und der Abtriebswelle 14. Durch diese Teil- und Symmetrieebene werden die Gehäuse 1 und 16 in axial aneinander anschließende Gehäusehälften geteilt. Hierdurch ist es möglich, die unaittelbar nebeneinander liegenden Gehäusehälften, d. h. bei Betrachtung der Figur 1 die oberen Hälften der Gehäuse 1 und 16 in einen Stück und damit gleichzeitig mit den gleichen Arbeitsgängen herzustellen. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Kolben-/Zylinderanordnung in wirtschaftlicher Weise gebaut werden.
  • Die erfindungsgemäße antriebsmaschine weist neben den bereits rwähnten Vorteilen noch einen weiteren Vorteil auf. Während bei Brennkraftmaschinen nit einer herkömmlichen Kurbelwelle durch die Pleuelstange Hormalkräfte auf die Wände der Zylinderlaufbuchse übertragen werden, können derartige Normalkräfte bei der erfindungsgeiäßen lntriebsmaschjne nicht auftreten.

Claims (1)

  1. A N S P R Ü C H E
    Antriebsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine mit einer kurbelwellenfreien Kraftübertragung mit einem zylindrischen Gehäuse, einer in dg. zylindrische Gehäuse eingesetzten Zylinderlaufbuches und einem in der Zylinderlaufbuchse hin- und hergehenden Kolben, dadurch gekenuzeichnet, daß der Kolben (4) einander diametral gegenüberliegende und radial abstehende Bolzen (8) aufweist, die durch eine endlose kulissenartige, wellenförmige Bahn (7) in der Zylinderlaufbuchs.e (3) hindurchgreifen und mit einem die Zylinderlaufbuchse umgebenden, im zylindrischen Gehäuse (1) drehbar gelagerten Zahnkranz (10) drehfest, Jedoch axial verschieblich gelagert sind und daß der Zahnkranz (10) zur Ubertragung der Drehbewegung mit einer geeigneten, direkt zum Getriebe führenden Abtriebseinrichtung in Verbindung @t@ht.
    2. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlaufbuchse (3) aus zwei Hälften besteht, deren beide einander zugekehrten und voneinander in Abstand liegenden freien Enden die kulissenartige Pahn. (7) bilden.
    3. Antriebsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hälften der Zylinderlaufbuchse ()) über den Bereich der von den Bolzen (8) in axialer Richtung durchlaufenen Strecke eine verstärkte Wanddicke aufweisen.
    4. Antriebsmaschine nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kulissenartige Bahn t7) in der Abwicklung die Fon eines über 360 ° gehenden sinusartigen Linienzuges nit der Funktion y - r sinus (2 # ) n oder einer dieser Gleichung angenäherten Funktion hat, wobei y der Hubweg oberhalb und unterhalb der Symmetrielinie des sinusartigen Linienzuges, r die maximale Amplitude, # der durchlanfene Winkel und n eine ganze Zahl ab 1 ist.
    5. Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kulissenartige Bahn einen Linienzug hat, der aus zwei ganzen, gleichartigen und hintereinander liegenden Wellen besteht und dessen obere Umkehrpunkte alle 3600/2n ausgebildet sind, wobei n eino g.?.nze Zahl ab 1 ist, und das die unteren Umkehrpunkte auf der Winkelhalbierenden zwischen den oberen Umkehrpunkten liegen.
    6. Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch.
    gekennzeichnet, daß die kulissenartige Bahn (7) senkrecht zur Achse des Kolbens (4) verlaufende Begrenzungswände hat.
    ?. Antriebsmaschine nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände der kulissenartigen Bahn (7) abgerundete Kanten haben.
    8. Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenznngswände der kulssenartigen Bahn (7) eine einer Kreisbogenbahn folgende Oberfläche haben.
    9. Antriebsmaschine nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radial vom Kolben abstehenden Bolzen (8) in axial verlaufende Nuten (21) an Innenumfang des Zahnkranzes (10) eingreifen.
    10. Antriebsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an Innenumfang den Zahnkranzes (10) angeordneten, axial verlaufenden kten (21) sich über die gesamte Breite des Zahnkranzes (10) erstrecken.
    11. Antriebsmaschine nach einen der Anspruche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die radial absteheuden Bolzen (8) zylindrisch ausgebildet sind.
    12. Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bin 10, dedurch gekennzeichnet, daß die radial abstehenden Bolzen (8) im Bereich der kulissenartigen Bahn (7) einen ballig ausgebildeten Abschnitt aufweisen.
    13. Antriebsmaschine nach eine; der Ansprüche 1 bs 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von Kolben radial abstehonden Bolzen (a) zumindest im Bereich der Kulissenartigen Bahn (7) einen leicht elliptischen Qnerschnitt haben und an ihren freien Ende mit einem Innensechskant (25) versehen und verdrehbar sind.
    14. Antriebsmaschine nach einen der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (10) eine der Zahl der axialen Längsnuten (21) entsprechende Anzahl von radialen Durchgangslöchern (22) für den Zugang zu den verdrehbaren Bolzen aufweist, von denen jeweils ein Durchgangsloch (22) in eine der axialen Längsnuten (21) am Innenumfang des Zahnkranzes (10) mündet.
    15. Antriebsmaschine nach einen der Ansprüche t bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (10) an seinen beiden Kanten am Außenumfang eine den Umfang verlaufende Ausdrehung zur Lagerung in einen an zylindrischen Gehäuse vorgesehenen Gleitlager aufweist.
    16. Antriebsmaschine nach einen der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebseinrichtung ein mit dem zylindrischen Gehäuse (1) fest verbundenes Lagergehäuse (16) nit einen auf einer Abtriebswelle (14) verkeilten Ritzel (15) ist, welches nit den Zahnkranz (10) kämmt.
    17. Antriebsmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehänse (16) an zwei einander gegenüberliegenden Stellen mit jeweils einen zylindrischen Gehäuse (1) verbunden ist. @ 18. Antriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrie- und Teilebene der zylindrischen Gehäuses (1) und des Lagergehäuses (16) für die mit den Ritzel (15) versehene Abtriebswelle (14) senkrecht zur Achse des Kolbens (4) verläuft.
    L e e r s e i t e
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