DE2365050A1 - Umlaufkolbenmaschine, insbesondere verbrennungskraftmaschine - Google Patents
Umlaufkolbenmaschine, insbesondere verbrennungskraftmaschineInfo
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Description
Umlaufkolbenmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Umlaufkolbenmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine, mit einem kreisringförmigen Gehäuse
und einem darin angeordneten, eine Kurbelwelle umgreifenden Kolbenläufer, der gegen das Gehäuse abgedichtet ist
und wenigstens eine diametral.verlaufende Zylinderbohrung aufweist,
die bei der relativ zum Gehäuse erfolgenden Drehung des Kolbenläufers mit im Gehäuse ausgebildeten Überströmkanälen
zyklisch in Verbindung kommt und innerhalb welcher ein bei dieser Drehung verschieblicher Kolben angeordnet ist, der
zur Erzeugung einer ungleichförmigen Bewegung von Kolbenläufer und Kurbelwelle mit einem mit der Kurbelwelle treibend verbundenen
Exzenter treibend verbunden ist.
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Aus der Zeltschrift "New Scientist", Band 56, Seite, 579 vom
7. Dezember 1972 ist eine Vierzylinder-Antriebsmaschine der
vorgenannten Art bekannt, bei welcher der Kolbenläufer in derselben Richtung wie die Kurbelwelle dreht, jedoch nur mit
der halben Drehzahl derselben. Die Kurbelwelle ist dabei als eine Nockenwelle ausgebildet, an welcher in sich kreuzenden
Zylinderbohrungen verschiebliche doppeltwirkende Kolben wirksam sind. Dabei ist eine solche Anordnung-getroffen, daß die
Kurbelwelle zu der Drehachse des Kolbenläufers versetzt ist. Infolge dieser versetzten Anordnung kann es zur Erzeugung
eines beträchtlichen Seitenschubes durch die Kolben auf die Zylinderwände kommen, wobei dieser Seitenschub sowohl im
oberen als auch im unteren Totpunkt seinen maximalen Wert erreicht, also dann, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der
Kolben am größten und die dynamische Schmierung am geringsten ist. In der mittleren Kolbenstellung addieren sich zu diesem
Seitenschub noch die-Kräfte der Coriolis-Beschleunigung.
Solche einem Seitenschub unterworfene Kolben sind beträchtlichen
Reibungskräften ausgesetzt, die im Übrigen auch zwischen
dem Kolbenläufer und dem Gehäuse existent sind. Weiterhin kann esbei diesen bekannten Maschinen wegen der versetzten
Anordnung der Kurbelwelle und wegen der freien Drehbarkeit
des Kolbenläufers relativ zu dem Gehäuse zur Übertragung einer Drehmomentreaktion zwischen der Kurbelwelle und dem Gehäuse
kommen, indem der Kolbenläufer auf die Seitenschufee · der Kolben reagiert. Selbst unter der Voraussetzung, daß der
Kolbenläufer nur mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle umläuft, muß bei den hohen Maschinendrehzahlen damit gerechnet
werden, daß die Schleifreibung einen beträchtlichen Anteil
der in den Zylindern erzeugten Kraft absorbiert, so daß da-. durch der Drehzahlbereich der Maschine eingeengt wird, über
welchen das Verhältnis von Drehzahl zu Leistung optimal ist.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Umlaufkolbenmaschine dieser bekannten Art so weiterzubilden, daß die besagten Seiten-
- 4099-2-9/.Q71)β
ί> - 3 -
sehübe auf ein Minimum reduziert werden. In diesem Zusammenhang ist in der vorerwähnten Veröffentlichung angedeutet, daß
solche Seitenschübe duroh ein geeignetes Getriebe reduziert werden könnten, wobei aber nicht näher ausgeführt ist, wie
dieses Getriebe aussehen und wo genau es angeordnet werden soll.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist bei einem Umlaufkolbenmaschine
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kurbelwelle koaxial zu dem Kolbenläufer angeordnet
und der Exzenter um eine um die Drehachse der Kurbelwelle kreisenden Achse drehbar ist, wobei diese Drehung
des Exzenters durch ein Getriebe in einer solchen seitlichen Beziehung zur Drehung der Kurbelwelle aufrechterhalten wird,
daß der geometrische Mittelpunkt des Exzenters einen geometrischen Ort seiner Bewegung hat, welcher geradlinig und längs
der Zylinderbohung des Kolbenläufers verläuft.
Es wird damit eine Umlaufkolbenmaschine bereitgestellt, die
für eine gegenüber der Kurbelwelle wesentlich kleinere Drehzahl des Kolbenläufers ausgelegt werden kann, wobei eine solche
Konstruktion bevorzugt wird, gemäß welcher das Verhältnis zwischen der Kurbelwellen-Drehzahl und der Kolbenläufer-Drehzahl
gleich der Zylinderanzahl ist. In einer Sechszylinder-Umlauf kolbenmaschine wäre dann also die Kolbenläufer-Drehzahl
ein Sechstel der Kurbelwellen-Drehzahl, wodurch der Vorteil einer öehr beträchtlichen Verringerung der Leistungsverluste
erreicht wird, die bei den bekannten Maschinen durch die Schleifreibung der Kolben hingenommen werden muß.
Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den darauf bezogenen Ansprüchen erfaßt.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt
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-H* 236505Q
Pig. 1 einen Querschnitt nach der Linie I - I in Fig. 2
durch eine Vierzylinder-Umlaufkolben-Verbrennungskraftmaschine gem. Erfindung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch diese Maschine nach der_
Linie H-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III - III in Fig.
5 durch eine Vierzylindermaschine gemäß einer anderen Ausführungsform,
Fig. 4 einen Querschnitt durch diese Maschine nach der Linie IV - IV in Fig. 5,
Fig. 5 den entsprechenden Längsschnitt durch diese Maschine,
Fig. 6 einen der Fig. 1 entsprechenden Querschnitt durch eine Sechszylindermaschine und
Fig. 7 ein Nomogramm.
Die in den Fig. 1 und. 2 gezeigte Umlaufkolbenmaschine hat ein stationäres Gehäuse I, in welchem Einlaß- und Auslaßkanäle IA
und ΊΒ ausgebildet ist. In der zylindrischen Gehäusebohrung
IG, die alternativ dazu auch als abgestumpfte Kugel ausgebildet sein kann, ist ein Kolbenläufer 2 drehbar angeordnet, der
auf inneren Gehäusevorsprüngen IH, U so gelagert ist, daß gegenüber
der Gehäuseinnenwand ein radiales Spiel besteht. Der Kolbenläufer ist jedoch gegenüber dem Gehäuse abgedichtet. An
den beiden Gehäusevorsprüngen, die jeweils hohl ausgebildet sind, ist ein jeweiliger Zahnkranz ID und IF ausgeformt.
Der Kolbenläufer 2 hat zwei Paare diametral ausgerichteter Zy-1inderbohrungen
2A, 2C und 2B, 2D, innerhalb welcher jeweils ein doppeltwirkender Kolben J, 4 angeordnet ist. Die Kolben J>,
4 können innerhalb ihrer jeweiligen Zylinderbohrung hin- und herbewegt werden, wobei eine solche Anordnung getroffen ist,
daß sich der Kolbenkopf J>k des Kolbens J5 in der Zylinderbohrung
2B und dessen Kopf ^B in der Bohrung 2D bewegt, während
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sich der Kolbenkopf 4 A des Kolbens 4 in der Bohrung 2A und dessen
Kopf 4b in der Bohrung 2C bewegen. Die beiden Köpfe 4A, 4B des Kolbens 4 sind über .einen Steg 4D einstückig miteinander
verbunden, wobei in diesem Steg eine Querbohrung 4C ausgebildet ist, über welche dieser Kolben auf einem Exzenter 5A gelagert
wird. In gleicher Art und Weise sind die beiden Köpfe 3A und 3B des Kolbens 3 über zwei Stege 3D einstückig miteinander
verbunden, wobei auch diese Stege eine jeweilige Querbohrung haben, über welche der Kolben 3 auf den beiden gleich ausgebildeten
Exzentern 5B gelagert ist. Der Steg 4D des Kolbens 4
kann sich zwischen den beiden ihn flankierenden Stegen 3D des
Kolbens 3 frei bewegen. Die Exzenter 5A und 5B sind mit einer
Welle 5 einstückig verbunden, die nach Art eines Kurbelzapfens um die dem Kolbenläufer 2 und dem Gehäuse 1 gemeinsame Achse
X-X kreisen kann. Die Welle 5 kann außerdem um ihre eigen Achse drehen, wozu ihre Enden 5C, 5E in Lagerbohrungen 6b, 7Bvon
zwei radialen Stegen 6D, 7D der beiden Kurbelwellenteile 6 und 7 angeordnet sind. Diese Kurbelwellenteile 6, 7 sind in Bohrungen
IC und IE der Gehäusevorsprünge IH, IJ drehbar gelagert
und über eine jeweilige Verlängerung βΑ, 7A zentriert, so daß die Drehachse X-X, um welche auch der Kolbenläufer 2 dreht,
ausreichend abgestützt ist. Die Verlängerung 6A steht über das Gehäuse 1 vor und bildet die Ausgangswelle der Maschine.
Mit der Welle 5 sind außerdem zwei Ritzel 5D, 5? einstückig
verbunden, die mit den Zahnkränzen ID, IP kämmen. Dabei erfüllt
der Zahneingriff zwischen dem Ritzel 5F und dem Zahnkranz
IP den Zweck, eine relative Winke!verstellung zwischen
den beiden Kurbelwellenteilen 6, 1J zu verhindern, so daß es
deshalb auch nicht zu einem Schrägstellen bzw. Verklemmen dieser Kurbelwellenteile kommen kann. Die zweiteilige Ausbildung
der Kurbelwelle ist weiterhin unter dem Gesichtspunkt eines erleichterten Zusammenbaus gewählt, wobei eine solche Anordnung
getroffen ist, daß die beiden Exzenter 5A und 5B so in
Erscheinung treten als wären sie auf einem jeweiligen Kurbelzapfen drehbar gelagert. Weiterhin bilden dabei das Ritzel 5D,
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der Innenzahnkranz ID, der Kurbelzapfen 5C und der Kurbelwellen
steg 6D einen Antrieb, welcher die Drehung der Exzenter 5A, 5B in ein zeitliches Verhältnis setzt zu der Drehung des
Kurbelwellenteils 6. Gleiche Überlegungen treffen zu bezüglich des Ritzels 5F, des Innenzahnkranzes IF und des Kurbelwellensteges
7D.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen den. Ritzeln 5D, 5F und
dem jeweiligen Zahnkranz ID, IP ist so gewählt, daß bei der
Drehung der Kurbelwelle in der einen Richtung der in der anderen Richtung drehende Kolbenläufer mit einem Viertel der
Drehzahl der Kurbelwelle dreht, wobei dann die Exzenter 5A, 5B die Kolben 3, 4 in ihrer jeweiligen Zylinderbohrung hin-
und herbewegen. Dabei tritt dann als geometrische Mitte der Bewegung der einzelnen Exzenter eine Gerade auf, die längs
der Achse der zugeordneten Zylinderbohrung verläuft, wobei der ideale Fall ein paralleler Verlauf zu dieser Achse ist.
Wenngleich in der hier beschriebenen Ausführungsform die Kurbelwelle
in einer zu dem Kolbenläufer entgegengesetzten Dreh-• richtung dreht, kann das Übersetzungsverhältnis zwischen "den
Ritzeln 5D, 5F und ihrem jeweiligen Zahnkranz ID, IF doch so
gewählt werden, daß eine Drehung auch im gleichen Drehsinn erfolgt. In diesem Zusammenhang wird auf das Nomogramm der
Fig. 7 hingewiesen, aus welchem das Zähneverhältnis entnommen
werden kann, ab welchem eine gleichsinnige Drehung von Kurbelwelle und Kolbenläufer stattfindet.
Bei der vorbeschriebenen Maschine werden die Reaktionskräfte auf das stationäre Gehäuse 1 über die Exzenter 5A, 5B, die
Ritzel 5C, 5E und die Zahnkränze ID, IE übertragen, so daß
dann als einzige Seitenschübe, die auf den Kolbenläufer 2 einwirken können, nur diejenigen sind, die zur Drehung des Kolbenläufers
ohnehin zwingend vorhanden sein müssen, damit die Coriolis-Beschleunigungskräfte und auch die Reibungskräfte der
Dichtung überwunden werden, die zwischen den Zylindern und dem Gehäuse angeordnet sind. Ein weiterer Vorteil der vorbeschrie-
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benen Konstruktion ist in der Lagerung des Kolbenläufers 2
in den GehäusevorSprüngen IH, IJ gegeben, da dadurch der Kolbenläufer
in keine schleifende KontaktberUhrung mit dem Gehäuse
kommen kann.
Die vorbeschriebene Maschine ist im übrigen so konstruiert, daß in jeder Zylinderbohrung eine Ansaugung, eine Zündung
und ««ι* ein Auspuffen insgesamt fünfmal während der Drehung des Kolbenläufers 2 relativ zu dem Gehäuse 1 stattfindet, also
einmal mehr als es der Anzahl η der Zylinderbohrungen entspricht. Es sind deshalb in Pig. I sowohl fünf Einlaßkanäle
IA als auch fünf Auslaßkanäle IB gezeigt. Nicht gezeigt sind
die Zündeinrichtungen, welche durch eine jeweilige Zündkerze geschaffen sein können, die dabei so anzuordnen wären, daß
jeweils eine Zündkerze zwischen zwei benachbarten Einlaß- und Auslaßkanälen liegt. Das dynamische Gleichgewicht der Maschine
wird im übrigen mittels Gegengewichten 6C, 7C erreicht, die
mit den Kurbelwellenteilen 6, 7 einstückig verbunden sind. Die
Abdichtung der einzelnen Zylinderbohrungen und die Abdichtung des Kolbenläufers gegen das Gehäuse erfolgt mittels üblicher
Mittel, so daß die zeichnerische Darstellung diesbezüglich nicht näher detailiert ist. Sollte es erwünscht sein, die vorbeschriebene
Maschine zu einer solchen mit nur einem Kolben in nur einer Zylinderbohrung umzufunktionieren, dann müßten
natürlich geeignete ZusatzVorkehrungen getroffen werden, um
beispielsweise bei der dafür getroffenen Auswahl des in der Zylinderbohrung 2C verschieblichen Kolbens 4B den notwendigen
dynaifaischen Ausgleioh zu erhalten.
Bei der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Maschine ist wiederum
ein Kolbenläufer 12 in einem stationären Gehäuse 11 drehbar, welches auch hier mehrere Überströmkanäle hat, nämlich die
Einlaßkanäle HA und die Auslaßkanäle HB. An dem Kolbenläufer 12 sind zu diesem Zweck entsprechende Drehzapfen 12E, 12F
ausgebildet. Doppeltwirkende Kolben 13, 14 sind in Zylinderbohrungen
12 A, 12C und 12B, 12D beweglich, wobei auch hier
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wiederum der Kolben 13 ausden beiden Kolbenköpfen IJA und I3B
besteht, die über zwei Stege I3D einstückig miteinander verbunden
sfad. Jeder Steg I3D hat eine Querbohrung I3C, über wel-
«he der Kolben 13 auf einem jeweils zugeordneten Exzenter I5B
gelagert ist. Gleichartig besteht auch der Kolben 14 aus zwei Kolbenköpfen 14A und 14B, die über einen Steg 14D einstückig
miteinander verbunden sind. Der Steg 14D hat eine Querbohrung 14C, über welche der Kolben 14 auf einem zugeordneten Exzenter
I5A gelagert ist.
Innerhalb des hohlen Drehzapfens 12F des Kolbenläufers 12 ist eine Hohlwelle I9 drehbar gelagert, an deren einem Ende ein
Zahnkranz I9B und an deren anderem Ende ein Ritzel I9C ausgebildet
sind. Innerhalb der Hohlwelle I9 ist die Verlängerung
16b einer Kurbelwelle 16 drehbar gelagert, deren anderes Ende 16C in dem ebenfalls hohlen Drehzapfen 12E des Kolbenläufers
12 drehbar gelagert ist und über das Gehäuse 11 vorsteht, um damit die Ausgajigswelle der Maschine zu bilden.
Die Exzenter I5A, I5B sind einstückig verbunden mit einer Hohlwelle
15* an welcher außerdem ein Ritzel I5C ausgebildet ist.
Die Welle I5 ist auf einem Kurbelzapfen 16a drehbar gelagert,
und das Ritzel I5C kämmt mit dem vorerwähnten Zahnkranz I9B
der Hohlwelle I9.
An dem Lagerzapfen 16B der Kurbelwelle ist endseitig ein Ritzel
17 ausgebildet, mit welchem zwei Planetenräder 18 im Zahneingriff stehen, die auf einer jeweiligen Welle HE gelagert sind.
Die Wellen HE sind einstückig ausgebildet mit dem Gehäuse 11 bzw. genauer mit dem Gehäuseteil HD, welcher den Getriebekasten
bildet. Die Planetenräder 18 stehen im übrigen noch mit einem Zahnkranz 12G im Zahneingriff, der an dem Kolbenläufer
12 bzw. genauer an einer Verlängrungswelle 12P desselben ausgebildet
ist. In dem Getriebekasten HD sind außerdem noch zwei Ritzel 20 untergebracht, die auf einer jeweiligen Welle
HP gelagert sind und welche sowohl mit den Planetenrädern 18
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als auch mit dem einen Ritzel I9C kämmen. Damit liegt eine so
beschaffene Getriebeausbildung vor, daß der Kolbenläufer 12 mit einer von der Kurbelwelle 16 unterschiedlichen Drehzahl
und in einer davon abweichenden Drehrichtung angetrieben wird.
Hinsichtlich des Antriebes der Exzenter I5A, I5B und desjenigen
der Kurbelwelle 16 liegen zu der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 analoge Verhältnisse vor. Der Antrieb umfaßt das Ritzel
15c/ den Zahnkranz I9B, den Kurbelzapfen I6A und die Kurbelwange
IOD. Bei der vorliegenden Ausführungsform isb jedoch eine
zusätzliche Rädergruppe vorhanden, die mit dem Hohlrad I9B treibend
verbunden ist, nämlich die Ritzel I9C, 20 und das Zahnräderwechselgetriebe
mit den Planetenrädern 18, dem als Sonnenrad fungierenden Ritzel I7 und dem als Hohlrad fungierenden Zahnkranz
12G. Auf diese Weise wird auch hier zwischen den Exzentern I5A, I5B, der Kurbelwelle 16 und dem Kolbenläufer 12 eine
bestimmte zeitliche Beziehung aufrechterhalten. Dabei werden die Reaktionsmomente dieser Bauteile über die Wellen HE, HF
an das Gehäuse 11 abgeleitet, so daß die Seitenschübe der Kolben vernachlässigbar klein werden. Solange die Exzenterwelle I5 in
dem bestimmten Verhältnis zu dem Kolbenläufer 12 und der Kurbelwelle
16 angetrieben wird, welches für die Aufrechterhaltung der erwähnten geradlinigen Bewegung jedes Exzenters längs der
jeweiligen Zylinderbohrung benötigt wird, kann somit auch bei dieser Ausführungsform das Übersetzungsverhältnis zwischen den
einzelnen Zahnradsätzen völlig beliebig gewählt werden.
Die in Fig. 6 gezeigte weitere Ausführungsförm der Erfindung
ist hier eine Sechszylinderraaschine, die bevorzugt hinsichtlich Ih1Or wesentlichen Konstruktionsmerkmale so gebaut ist wie
die Vierzylindermaschine in der Ausführungsform gem. den Fig. 3 bis 5. Folglich ist auch hier innerhalb eines Gehäuses 21
ein Kolbenläufer 22 angeordnet, in welchem insgesamt sechs Zylinderbohrungen 22A bis 22F ausgebildet sind. Im Gehäuse 21
sind wiederum fünf Paare Überströmkanäle mit jeweils einem Einlaßkanal
21A und einem Auslaßkanal 21B angeordnet, welche Paar-
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zahl von Überströmkanälen deshalb um eins niedriger ist als die
Anzahl von Zylinderbohrungen, weil bei dieser Ausführungsform eine gleiche Drehrichtung von Kolbenläufer und Kurbelwelle vorausgesetzt
ist, wenn das Drehzahlverhältnis zwischen beiden 1 : η ist, wobei η die Zahl der Zylinderbohrungen ist.
In diesen Zylinderbohrungen 22A bis 22F sind insgesamt drei
doppeltwirkende Kolben 23, 24, 25 angeordnet, die auf Exzentern
26a, 26b, 26c einer Exzenterwelle 26 gelagert sind. Die Exzenterwelle 26 ist über die Kurbelzapfen 27 im Gehäuse gelagert und
wird mittels eines Getriebes angetrieben, welches demjenigen der Maschine gem. den Fig. 3 bis 5 entspricht.
In allen dargestellten und beschriebenen AusfUhrungsbeispielen
der Erfindung ist die Exzentrizität e jedes einzelnen Exzenters, beispielsweise des Exzenters 26A, gleich der Kröpfung r der betreffenden
Kurbel, und weiterhin ist der Hub s jedes Kolbens, wie beispielsweise des Kolbens 23, gleich dem vierfachen Wert
sowohl dieser Exzentrizität e als auch dieser Kröpfung r. Die effektive Kröpfung der Kurbel ist damit verdoppelt und gleich
dem zweifachen Wert sowohl der Exzentrizität e als auch der Kröpfung r.
Wie bei den übrigen Ausführungsformen wird auch in der Sechszylindermaschine
gem. Fig. 6 die geometrische Mitte a beispielsweise des Exzenters 26a in eine Bewegung parallel zu der Achse
A der koaxialen Zylinderbohrungen 22A und 22D gezwungen. Die geometrische Mitte b des Exzenters 26B bewegt sich parallel
zur Achse B der Zylinderbohrungen 22B, 22E und gleichartig bewegt sich schließlich die geometrische Mitte ο des Exzenters
26C parallel zur Achse C der Zylinderbohrungen 220 und 22P.
Weiterhin gilt auch für diese Ausführungsform die folgende allgemeine Beziehung zwischen der Drehzahl N des Hohlrades und
der Drehzahl N0 der Kurbelwelle:
1 _ R)
Nc T .
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wobei t β Zähnezahl des Ritzels (beispielsweise Ritzel
T = Zähnezahl des Hohlrades (beispielsweise Hohlrad ID)
R β Drehzahlverhältnis zwischen Kolbenläufer und Kurbelwelle
(beispielsweise Kolbenläufer 2 und Kurbelwelle 6)
Bei der vorstehenden Gleichung ist vorausgesetzt, daß Drehungen
im Uhrzeigersinn ein positives Vorzeichen und Drehungen im Uhrzeigergegensinn ein negatives Vorzeichen haben. Wenngleich bei
allen vorbeschriebenen AusfUhrungsbeispielen der Erfindung ein Drehzahählverhältnis R in der Größe von l/n gewählt ist, kann
dafür auch jeder andere beliebige Wert gewählt werden.
Bei dem AusfUhrungsbeispiel 1, 2 ist das Hohlrad ID ortsfest
gehalten, so daß der Wert Nr zu Null wird. Weiterhin hat dort
das Drehzahlverhältnis R den Wert -l/n, so daß bei diesem Ausführungsbeispiel die vorstehende Gleichung öle folgende Vereinfachung
erhält:
T =2t (1 +1 )
weil insgesamt vier Zylinderbohrungen vorhanden sind, muß folglich
dort das Hohlrad zweieinhalbmal so viele Zähne haben wie das Ritzel 5C Wird für dieses Ausführungsbeispiel jedoch verlangt,
daß der Kolbenläufer in derselben Richtung drehen soll wie die Kurbelwelle, dann muß das Hohlrad ID nur eineinhalbmal
so viele Zähne haben wie das Ritzel 5D, weil dann das Drehzahlverhältnis R zwischen dem Kolbenläufer und der Kurbelwelle den
Wert 1/4 annimmt.
Um für das AusfUhrungsbeispiel der Fig. 1 und 2, bei welchem
das Drehzahlverhältnis R immer einen positiven Wert hat, weil
Kolbenläufer und Kurbelwelle in derselben Richtung drehen, die zutreffende Zähnezahl für das Hohlrad und das Ritzel schnell
zu erhalten, kann man dafür auch das in Fig. 7 gezeigte Nomogramm heranziehen. Weißman die Anzahl η der Zylinder und kennt
man den Wert der Exzentrizität e des jeweiligen Exzenters,
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dann muß lediglich die Gerade 40 gezogen werden, die dann zum
Schnitt gebracht wird mit der Vertikalen cp, welche für einen bestimmten'Teilkreisdurchmesser des Ritzels maßgebend ist.
Von dem betreffenden Schnittpunkt aus wird dann die Verbindungsgerade
zu einem auf der Vertikalen t ausgewählten Punkt gezogen, wobei dieser ausgewählte Punkt die für das Ritzel
gewählte Zähnezahl ist. Von dem Schnittpunkt der Verbindungsgeraden 41 mit der Vertikalen P, auf welcher die Zahnteilung
im Teilkreis des Hohlrades abgetragen ist, wird dann die Verbindungsgerade 42 zu dem gewählten Wert e hin gezogen, so
daß dann an dem Schnittpunkt mit der "Vertikalen Tt der Wert für (T-t) direkt abgelesen werden kann.
Bei den erfindungsgemäßen Umlaufkolbenmaschinen ist es möglich, sowohl von dem Kolbenläufer als auch von der Kurbelwelle einen
Antrieb abzuleiten bzw. darüber einen Antrieb der Maschine vorzunehmen. Diese Möglichkeit besteht insbesondere für solche
AusfUhrungsformen, bei denen der Kolbenläufer mit der Kurbelwelle
über ein Getriebe gekuppelt ist. Der Konstrukteur hat damit den Vorteil, daß/ er zwischen dem Kolbenläufer und der
Kurbelwelle jede beliebige Drehzahldifferenz herstellen kann. Wenngleich sich die erfindungsgemäße Umlaufkolbenmaschine insbesondere
für"\ferbrennungskraftmaschinen. eignet, kann sie daneben
auch als eine Dampfmaschine oder als eine Heißluftmaschine mit. beispielsweise einem Stirling- oder einem Ericson-Kreislauf
entweder als Pumpe oder als Kompressor ausgeführt sein, wobei dann eine mechanische Kupplung zur Erzeugung der
geradlinigen Bewegung der geomatrischen Mitte jedes einzelnen Exzenters verwendet werden würde. Eine solche Kupplung, die
folglich ebenfalls von der vorliegenden Erfindung erfaßt wird, kann auch für·stationäre Maschinen verwendet werden.
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Claims (10)
- Ansprüchel.yUmlaufkolbenmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine, mit einem kreisringförmigen Gehäuse und einem darin angeordneten, eine Kurbelwelle umgreifenden Kolbenläufer, der gegen das Gehäuse abgedichtet ist und wenigstens eine diametral verlaufende bzw. ausgerichtete Zylinderbohrung aufweist, die bei der relativ zum Gehäuse erfolgenden Drehung des Kolbenläufers mit im Gehäuse ausgebildeten Überströmkanälen zyklisch in Verbindung kommt und innerhalb welcher ein bei dieser Drehung verschieblicher Kolben angeordnet ist, der zur Erzeugung einer ungleichförmigen Bewegung von Kolbenläufer und Kurbelwelle mit einem mit der Kurbelwelle treibend verbundenen Exzenter treibend verbunden ist, dadurch gekennzeichne t., daß die Kurbelwelle (6, 16) koaxial zu dem Kolbenläufer (2, 12) angeordnet und der Exzenter (5A, 5B, 15A, 15B) um eine um die Drehachse (X, 16, 16b) der Kurbelwelle kreisende Achse (5, 16a) drehbar ist, wobei diese Drehung des Exzenters durch ein Getriebe (ID, 5D, IP, 5P, HD, 15c, I9B) in einer solchen zeitlichen Beziehung zur Drehung der Kurbelwelle aufrechterhalten wird, daß der geomatrische Mittelpunkt des Exzenters einen geometrischen Ort seiner Bewegung hat, welcher geradlinig und längs der Zylinderbohrung des Kolbenläufers verläuft.
- 2. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein zu der Kurbelwelle (6) koaxial angeordnetes, stationäres Hohlrad (ID) und ein damit kämmendes, für einen gemeinsamen Umlauf mit dem Exzenter (5A, 5B) angeordnetes Ritzel (5D) umfaßt.
- 3. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein zur Drehung um die Drehachse der Kurbelwelle (16, 16b) angeordnetes Hohlrad (I9B), ein zur Drehung mit dem Exzenter (15A, I5B) angeordnetes und mit dem Hohlrad kämmendes Ritzel (15C) und eine409829/0738Rädergruppe umfaßt, welche mit dem Hohlrad treibend verbunden ist und welche gemeinsam mit dem Antrieb (16A, 16d) den Kolbenläufer (12), die Kurbelwelle (16, 16b) und den Exzenter (15A, 15B) für eine zeitlich abgestimmte Drehung verbindet.
- 4. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rädergruppe ein Zahnräderwechselgetriebe umfaßt, bestehend aus einem zur Drehung mit der Kurbelwelle (16, ΙβΒ) angeordneten Sonnenrad (1?)» einem dieses Sonnerirad umgebenden und zur Drehung mit dem Kolbenläufer (12) angeordneten Hohlrad (12G) und einem zur Drehung um eine gehäusefeste Achse (HE) angeordneten Planetenrad (18), welchesmit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmt.
- 5. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rädergruppe weitere Zahnräder (19c, 20) zur Verbindung des Planetenrades (18) des Zahnräderwechselgetriebes mit dem Hohlrad (I9B) "aufweist, welches über das RitzeJ. (15C) mit dem Exzenter (I5A, 15B) verbunden ist. ' "
- 6. Umlaufkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Kurbelzapfen (5C, 5E, 16a) und eine diesen mit der Kurbelwelle (6, 16) verbindende Kurbelwange (6D, 7D, 16d) umfaßt, wobei der Exzenter (5A, 5B, I5A, I5B) für eine Drehung um die Längsachse des Kurbelzapfens angeordnet ist.
- 7. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ζ ei ohne t , daß der Kurbelzapfen (5C, 5E) für eine Drehung um seine Längsachse und der Exzenter (5A> 5B) für eine gemeinsame Drehung mit dem Kurbelzapfen (5C, 5E) angeordnet sind.
- 8. Umlaufkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderboh-409829/07 3 8rung (2A, 2C, 12A, 12C) im Kolbenläufer (2, 12) durchgehend ist und daß der Kolben (4, 14) an beiden Enden dieser Zylinderbohrung wirkt.
- 9. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine durchgehende Zylinderbohrung (2A, 2C, 12A, 12C) mit wenigstens einer weiteren durchgehenden Zylinderbohrung (2B, 2D, 12B, 12D) gekreuzt ist, in welcher ein weiterer doppeltwirkender Kolben (J>$ 13) angeordnet ist, wobei die beiden Antriebsexzenter (5A, 15A, 5B, 15B) für diese beiden Kolben für einen gemeinsamen Antrieb in einer zeitlichen Beziehung zu -der Drehungder Kurbelwelle (6, 16) durch ein so gestaltetes Getriebe (ID, 5D, IP, 5P, 15c, I9B) gestaltet sind, daß der geomatrische Mittelpunkt jedes Exzenters einen geomatrischen Ort seiner Bewegung erhält, welcher geradlinig und längs der Zylinderbohrung des zugehörigen Kolbens verläuft.
- 10. Uralaufkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzei chnet , daß der Kolbenläufer (2, 12) eine zylindrische Umfangsflache hat und in eine angepaßte Zylinderbohrung (IG, lic) des Gehäuses fl, 11) eingepaßt ist.409829/0738
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Cited By (4)
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DE3414227A1 (de) * | 1984-04-14 | 1985-10-24 | Karl 6908 Wiesloch Lehr | Kombinations-drehzylindermotor |
WO1988008483A1 (en) * | 1987-04-30 | 1988-11-03 | Josef Gail | Planetary piston internal combustion engine |
DE4328416A1 (de) * | 1993-08-24 | 1995-03-09 | Logic Innovationssysteme Gmbh | Hybridantrieb zur Erzeugung, Wandlung, Zwischenspeicherung und Nutzung unterschiedlicher Energieträger als dauerhaft netzunabhängiger Antriebsmaschinensatz mit der Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Hubeingriff (2.00) als Haupt-Wirkmodul |
DE19955231B4 (de) * | 1999-11-17 | 2006-05-04 | Josef Hofmann | Verbrennungsmotor mit rotierendem Zylinderblock |
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