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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der in der Zylinderlaufbuchse hin- und hergehende Kolben macht also
nach zwei Vollhüben, d. h. nach zwei Abwärtsbewegungen und zwei Aufwärtsbewegungen
eine volle Umdrehung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine eventuelle Beschädigung der Kanten der Begrenzungewände kann
dadurch vermieden werden, daß die Begrenzungswände der kulissenartiges Bahn abgerundete
Kanten haben.
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Eine weitere Verbesserung der Führungseigenschaften der kulissenartigen
Bahn kann dadurch erzielt werden, daß die Begrenzungewände der kulissenartigen Bahn
eine einer Erelsbogenbahn folgende Oberfläche haben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine besonders raumsparende erfindungsgemäße Antriebsmaschine kann
dadurch geschaffen werden, daß das Lagergehäuse an Zwei einander gegenüberliegenden
Stellen mit Jeweils einen zylindrischen Gehäuse verbunden ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im übrigen sind der Ausgestaltung der kulissenartigen Führungsbahn
keine Grenzen gesetzt, sofern der Linienzug 17 der kulissenartigen Führungsbahn
7 die oben ausfgezeigten Bedingungen erfüllt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.